EXPERIMENTÁLNÍ STUDIUM CHOVÁNÍ MAZACÍCH FILMŮ KONTAMINOVANÝCH VODOU

Transkript

1 EXPERIMENTÁLNÍ STUDIUM CHOVÁNÍ MAZACÍCH FILMŮ KONTAMINOVANÝCH VODOU Ing. Daniel Koutný Experimental study of lubrication films contaminated by water VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ v BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ

2 Osnova Současný stav poznání Cíle práce Dosažené výsledky Závěr

3 Selhání mazacího filmu nevhodná geometrie dotykových ploch utváření tenkých filmů neúčinné mazání velké tření a zahřívání snížení viskozity a kolaps mazacího filmu vniknutí cizí částice mezi kontaktní plochy protržení mazacího filmu kontaminaci cizími chemickými látkami ztenčení mazacího filmu úplné selhání mazacího filmu kontaminace vodou

4 Rozdělení emulzí O/W oil in water olej ve vodě tváření, obrábění kovů hydraulické systémy W/O water in oil voda voleji maziva s nehořlavými vlastnostmi vysoká tepelná kapacita netoxické, levné

5 O/W emulze plate out teorie různé utváření EHD filmu nízké rychlosti - dle EHD vyšší rychlosti - hladovění Yang H a kol. (2004) Tribology Transactions

6 Experimentální studium chování mazacích filmů W/0 emulze do kontaktu je unášen přednostně olej tloušťka filmu je téměř nezávislá na - koncentraci - velikosti částic Benner J a kol. (2006) Journal of Tribology Liu W a kol. (1994) Wear

7 Emulze tloušťka filmu do 30% je nezávislá na koncentraci i velikosti částic vstupování /nevstupování vody do kontaktu viskozita koncentrace velikost disperzních částic rozložení disperzních částic typ a obsah smáčedla Yang H a kol. (2004) Tribology Transactions Liu W a kol. (1994) Wear

8 Cíle práce stanovení vlivu kontaminace maziva vodou na funkci mazaných kontaktů Etapy řešení Srovnání materiálů používaných u šnekových kol na základě stanovení jejich tribologických parametrů (AX-MAT) Stanovení tribologických parametrů při mazání vodou a porovnání materiálů vhodných pro provoz ve vodou kontaminovaném prostředí (AX-MAT) Měření vybraných materiálů ve vodní emulzi (AX-MAT) Stanovení rozložení tloušťky mazacího filmu pomocí optické interferometrie

9 Experimentální zařízení zařízení AX-MAT Typ ring on disc plošný kontakt tvaru mezikruží kontakt je stále zaplaven sledované veličiny součinitel tření objem opotřebení

10 Realizované experimenty Experiment 1 měření v oleji porovnání různých bronzových materiálů objem opotřebení [mm ] 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 kroužek trubička CuSn12 CuSn14 CuSn14Ni1 CuSn14Ni2 Zn-slitina varianty materálových dvojic součinitel tření [-] CuSn14Ni1 0,023 CuSn14Ni2 0,021 CuSn14 0,019 Zn-slitina 0,017 CuSn12 0,015 0,013 0,011 0,009 0,007 0,005 čas [h] Experiment 2 měření ve vodě porovnání materiálů a povrchových úprav pro provoz ve vodě úbytek hmotnosti [g] 0,15 0,12 0,09 0,06 0,03 kroužek trubička součinitel tření [-] 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0, , varianty materiáolvých dvojic varianty materiálových dvojic

11 Realizované experimenty Experiment 3 měření v emulzi 0,4 0,35 HPO %V/O HPO min test emulze připravené ultrazvukem emulze připravené čerpadlem součinitel tření 0,3 0,25 0,2 0,15 HPO %V/O HPO ,1 0,05 0,25 0,2 HPO %V/O HPO čas [min] součinitel tření 0,15 0,1 0, čas [min]

12 Měření emulzí rozložení velikosti částic metoda laserové difrakce zařízení HORIBA příprava ultrazvukem příprava čerpadlem četnost [%] ; 5% Ultrazvuk 15% Ultrazvuk 5% Ax-mat 15% Ax-mat 5 četnost [%] ,1 1 velikost částic [μm] 0 0, T 10min velikost částic [μm] T 20min T 30min T 40min T 50min T 0min ultrazvuk 0,45 μm čerpadlo (AX-MAT) 1,4 μm

13 Měření emulzí povrchové a mezifázové napětí úhel smáčení - Dataphysics OCA 10 odtrhování prstence - KSV Instruments Sigma 701 test. povrch test. kapalina průměr kulička/aceton kulička /voda voda smáčecí úhel θ[ ] 70,2 92,0 P.F. HPO 100 P.F. 5% V/O HPO 100 5% V/O ρ g/cm3 0,9970 0,8530 0,9966 0,8532 ST mn/m 23,5 30,2 29,6 30,2

14 Experimentální zařízení optický tribometr modelování bodového kontaktu skleněný disk, ocelová kulička tloušťka a tvar mazacího filmu kolorimetrická interferometrie

15 Měření emulzí tloušťka mazacího filmu emulze připravené ultrazvukem při rychlostech 0,013 m/s až 0,39 m/s vodníčástice kontakt obchází % olej tloušťka filmu [nm] % olej 80% olej 1 0,001 0,01 0,1 1 rychlost valení [m/s]

16 Měření emulzí pozorování vodních částic emulze připravené ultrazvukem při malých rychlostech - 0,0024 m/s -vodníčástice kontakt obchází

17 Měření emulzí pozorování vodních částic při velmi malých rychlostech 0,00024 m/s utváření velkých vodních oblastí tloušťka filmu se významně nemění vodní částice kontakt obchází tloušťka filmu [nm] vzdálenost [μm]

18 Měření emulzí pozorování vodních částic s drsnými povrchy při velmi malých rychlostech 0,00024 m/s utváření větších vodních oblastí nebylo pozorováno tloušťka filmu se významně nemění vodní částice kontakt obchází při vyšších rychlostech 0,0498 m/s

19 Závěr Pro koncentrace emulzí do 20% vody se voda do kontaktu nedostává Ani velmi maléčástice vody (0,4mm) nepronikají do kontaktu Vodní kapičky i při malých rychlostech obcházejí kontakt Při velmi malých rychlostech pozorováno utváření velkých vodních oblastí Tloušťka filmu se přesto významně nemění Částice vody nepronikají do kontaktu ani u drsných povrchů Povrchové napětí významně ovlivňuje chování vodních kapiček Děkuji za pozornost