РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА ГИДРОПРИВОДОВ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН
ОБРАБОТКОЙ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ ВНЕШНИМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМ ПОЛЕМ
2.1. Влияние скорости изнашивания на ресурс пар трения гидроприводов
транспортных машин
Ресурс гидроприводов ТМ зависит, в первую очередь, от интенсивности падения их
объемного КПД (КП) [23], величина падения которого определяется утечками из-за
изнашивания пар трения элементов гидропривода. Интенсивность изнашивания пар
трения, в соответствии с работами [44] и [101], выражается следующей
зависимостью:
, (2.1)
где J – интенсивность изнашивания поверхностей трения;
Р – давление в контакте, МПа;
f – коэффициент трения;
н – коэффициент, зависящий от вида износа (упругий, пластический контакт,
микрорезание);
НВ – твердость материала, подверженного износу.
Давление Р находится как отношение силы, приложенной к поверхности трения N, к
фактической площади контакта SФ [43]:
. (2.2)
В зависимости ресурса гидропривода от КПД (1.3) тангенс б представляет собой
скорость изнашивания, который можно выразить соотношением износа к пути
трения:
, (2.3)
где Ik – износ, мгм;
l – путь трения, м;
t – время работы пары трения, с;
v – относительная скорость перемещения пар трения, м/с.
В выражении (2.3) отношение износа Ik ко времени t является скоростью
изнашивания. Таким образом, учитывая (2.1), (2.2) и (2.3), скорость изнашивания
можно представить в следующем виде:
. (2.4)
Ресурс гидропривода, в этом случае, будет находиться в виде зависимости:
. (2.5)
Зависимость (2.5) позволяет сделать вывод, что увеличение ресурса
пропорционально снижению скорости изнашивания пар трения гидроприводов ТМ.
Вследствие обработки РЖ ЭП на поверхностях трения формируется адсорбционная
пленка, состоящая из продуктов износа и молекул ПАВ (рис.2.1), что, несомненно,
снижает скорость изнашивания и увеличивает ресурс [53,60,61,63].
Рис.2.1. Формирование смазочного слоя на поверхностях трения в условиях
обработки рабочей жидкости внешним электростатическим полем
Увеличение величины ресурса в результате электрообработки РЖ можно определить
из отношений ресурсов с обработкой РЖ и без нее:
, (2.6)
где То, Тбо – ресурс гидропривода с обработкой РЖ и без нее соответственно;
Sбо, Sо – фактическая площадь контакта до, и после обработки РЖ ЭП
соответственно.
Таким образом, допуская, что коэффициенты н и f не изменяются в результате
обработки, и при одинаковых нагрузках N и твердости материалов поверхностей НВ,
получается следующее соотношение:
. (2.7)
Определив изменение фактической площади контакта в результате обработки РЖ ЭП,
можно узнать, насколько увеличится ресурс пар трения гидроприводов ТМ.
В аксиальнопоршневых насосах ТМ контурная площадь контакта между поршнем и
цилиндром представляет собой полуэллипс [48]. Представим, что по всей контурной
площади равномерно расположены микронеровности, имеющие радиус кривизны вершины
равный приведенному радиусу кривизны для хонингованных поверхностей [3,87]. В
этом случае контакт противоположных поверхностей будет происходить по
сферическим микровыступам. Фактическая площадь контакта определяется по формуле
Герца [43]:
, (2.8)
где - радиус фактической площади контакта между двумя сферическими
поверхностями, м.
R1, R2 – радиусы контактирующих сфер, м;
Е1, Е2 – модули упругостей контактирующих поверхностей.
Сумма i-х площадей контактов микронеровностей в пределах контурной площади
контакта и будет определять фактическую площадь контакта двух поверхностей.
Количество i –х площадок nm определяется отношением контурной площади контакта
к площади, занимаемой одной микронеровностью:
, (2.9)
где Sк – контурная площадь контакта, м2;
t – шаг между микронеровностями, м.
Контакт между двумя микронеровностями определяем согласно (2.8), где в качестве
R1 и R2 принимаем радиус закруглений вершин микронеровностей Rм. Произведение
nm на площадь между двумя микронеровностями позволяет получить площадь
фактического контакта:
, (2.10)
где Rм – радиус вершин сферических микронеровностей, м;
Е1, Е2 – модули упругости поверхностей трения.
В случае обработки РЖ внешним ЭП на поверхностях адсорбируются продукты износа,
покрытые оболочкой ПАВ, изменяя топографию поверхности контакта и фактическую
площадь контакта (при той же контурной площади Sк). Допускается, что,
адсорбировавшись, продукты износа равномерно покрывают поверхность трения. В
результате этого контакт между поверхностями происходит по сферическим
продуктам износа. Фактическая площадь контакта в этом случае рассчитывается как
произведение площади контакта между двумя сферическими частицами износа на
количество контактов в пределах контурной площадки nd. Количество i –х площадок
nd определяется отношением контурной площади контакта к площади, занимаемой
одной частицей:
. (2.11)
Площадь фактического контакта для случая обработки РЖ ЭП выражается
произведением nd на площадь между двумя частицами:
. (2.12)
Подставив (2.10) и (2.12) в (2.7), получается:
. (2.13)
Поскольку продукты износа являются производными от поверхностей трения, то в
качестве допущения модули упругости принимаются равными между собой. После
преобразований выражение (2.13) принимает следующий вид:
. (2.14)
Однако в полученной зависимости (2.14) рассматривается идеальная картина,
которая не учитывает микрогеометрию реальных поверхностей трения, в которых
контакт происходит по случайным микронеровностям, а не по всем одновременно,
как в вышеописанной модели.
Полученная зависимость увеличения ресурсов от параметров микронеровностей,
разме