Повышение эффективности очистки рабочих жидкостей от механических загрязнений путем сохранения ее адсорбционных свойств

Старик С.В., бакалавр

Научный руководитель – доцент, к.т.н Косолапов В.Б.

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

В процессе эксплуатации строительных и дорожных машин до 70 % отказов происходит за счет поломок гидроприводов. Это является следствием быстрого износа их пар трения из-за высокой концентрации загрязнений в (РЖ). Так вследствие износных процессов в объеме РЖ количество продуктов износа может достигать 10¹² штук в 1см³ [1]. До 80 % размерного ряда частиц загрязнений составляют частицы соизмеримые с зазором в парах трения. Загрязнители РЖ имеют различную природу (окислы металлов, кварц, краска, резина и прочие), поэтому реальная РЖ представляет собой многокомпонентную среду, основными компонентами которой являются базовое масло, присадки и загрязнители металлического и неметаллического происхождения. Все эти компоненты вносят свой вклад в процесс износа трибосопряжений элементов гидроприводов. Эффективность

очистки РЖ от загрязнителей в значительной мере определяет надежность и долговечность гидроприводов строительных и дорожных машин. Суть процесса очистки РЖ от загрязнителей состоит в разделении ее на несколько составляющих: твердая фаза; смолы; РЖ в состоянии пригодном для эксплуатации. Наиболее распространенными в строительных и дорожных машинах является очистка фильтрами и центробежными очистителями.

Данный метод основан на использовании центробежной силы для удаления загрязнений из рабочей жидкости. Центробежная сила (G _ц) перемещает частицу на периферию поля, и осаждает ёё на стенке ротора. На частицу, в этом случае, действует сила сопротивления ее перемещению в вязкой жидкости (R), направленная противоположно центробежной силе [2]

, (1)

где с _об – коэффициент объема, учитывающий форму загрязнителя и отклонение ее формы от сферической;

с _п – коэффициент поверхности, учитывающий форму загрязнителя и характеризующий соотношение между ее поверхностью и поверхностью равнообъемного шара;

l – характерный линейный размер загрязнителя;

r_ж – плотность жидкости;

r _т – плотность загрязнителя;

n_ж – кинематическая вязкость жидкости;

v – скорость движения загрязнителя в жидкости;

r – радиус вращения частицы.

На частицу действует также гравитационная сила, но она значительно меньше, чем центробежная и поэтому при расчете процессов очистки в центробежном поле ею обычно пренебрегают [1, 2]. Силовой анализ работы

центробежного очистителя (1) показывает, что эффективность работы очистителя при прочих равных условиях определяется величиной характерного линейного размера загрязнителя (l), его плотностью (r _т) и коэффициентом поверхности (с _п).

Известно, что загрязнители обладают относительно высокой удельной свободной поверхностной энергией, в результате чего на его поверхности адсорбируется значительное количество поверхностно-активных веществ (ПАВ) из состава рабочей жидкости рис.1 [3].

Плотность такого агрегата можно определить из выражения

, (2)

где т_ПАВ и V _ПАВ – масса и объем адсорбированных на поверхности загрязнителя ПАВ;

т_т и V_т – масса и объем загрязнителя.

1 – ПАВ; 2 – частица загрязнения

Рисунок 1 – Структура загрязнителя

Это вызывает увеличение линейного размера загрязнителя (l) и коэффициента поверхности (с _п) при одновременном уменьшении плотности загрязнителя (). Такого рода изменения приводят к резкому росту силы

сопротивления перемещению частицы в вязкой жидкости (R), а значит к снижению эффективности разделения загрязнителя и РЖ.

Удаления загрязнителя с ПАВ очистителем неизбежно сопровождается уменьшением концентрации ПАВ в объеме РЖ, что приводит к уменьшению толщины адсорбированной пленки на поверхностях пар трения гидропривода. Это приводит к увеличению количества зон непосредственного контакта поверхностей трения, а значит к повышению интенсивности их износа.

Фильтрация рабочей жидкости осуществляется за счет искусственного задержания абразивных загрязнителей при прохождении РЖ через пористую среду (фильтр) и последующего его вынесения.

Количественная оценка эффективности разделения загрязнителя от РЖ выражается коэффициентом фильтрации (К _ф)

, (3)

где d _к – диаметр капилляра поры;

n – количество пор на единицу поверхности;

μ – динамическая вязкость жидкости.

Анализ работы пористого очистителя показывает, что эффективность работы очистителя при прочих равных условиях определяется величиной диаметр капилляра поры (d _к), а значит величиной характерного линейного размера загрязнителя (l).

Адсорбционные процессы на поверхности загрязнителя, также как и в центробежных очистителях, приводят к процессу выноса ПАВ из состава РЖ. Чем выше темп поступления загрязнителя в гидросистему машины и чем эффективнее работа фильтра, тем быстрее протекает процесс выноса ПАВ из состава РЖ., тем выше скорость износа трибосопряжений.

Поскольку силы связи в молекулярных агрегатах “загрязнитель - ПАВ” имеют электростатический характер (Ван-дер-Ваальсовые силы), то возможно разделение загрязнителя и ПАВ путем воздействия на агрегаты “загрязнитель - ПАВ” полями той же природы. Исследования, проведенные в ХНАДУ показали, что приобработке внешним электростатическим полем РЖ, содержащую агрегаты “загрязнитель - ПАВ” (15 класс чистоты), с последующей ее очисткой противоизносные свойства РЖ не ухудшаются.

Обработка РЖ в процессе эксплуатации экскаватора внешним электростатическим полем привела к увеличению ресурса аксиально-поршневых гидронасосов до 1,6 раза.

Рисунок 2 – График изменения КПД насоса при обработке РЖ внешним электростатическим полем

Выводы

Существующие технологии удаления загрязнителей из состава РЖ неизбежно сопровождается ухудшением ее противоизносных качеств и сокращением срока службы

Возможно сохранение адсорбционной способности РЖ при ее обработке внешним электростатическим полем перед процессом очистки.

Обработка РЖ внешним электростатическим полем позволяет значительно увеличить срок службы РЖ

Литература

1. Киселев М.М. Топливо-смазочные материалы для строительных машин. 1988., справочник, Москва: Стройиздат. – 270 с.

2. Коваленко В.П. Основы техники очистки от механических

загрязнений // Коваленко В.П., Ильинский А.А. – М.: Химия, 1982. – 272 с.

3. Коновалов В.М. Очистка рабочих жидкостей в гидроприводах станков // Коновалов В.М., Скрицкий В.Я., Рокшевский В.А. – М.: Машиностроение, 1976.– 288 с.

4. Мицеллообразование, солюбилизация и микроэмульсии // Под ред. К.Л. Миттела – М.: Мир, 1980. – 579 с.

Дата добавления: 2015-07-16