Nazwisko Data AKADEMIA GÓRNICZO - HUTNICZA i imię LABORATORIUM Z PAYNÓW EKSPLOATACYJNYCH I TECHNIKI Rok studiów Ocena SMAROWNICZEJ specjalność Temat: Badanie olejów silnikowych na aparacie czterokulowym 1. Wstęp teoretyczny Smarność zdolność do tworzenia warstw granicznych, zabezpieczających przed nadmiernym zużywaniem i zatarciem. Własności tych warstw zależą również od własności powierzchniowych elementów współpracujących, stąd smarność jest cechą zespołową (oleju i ciała stałego). Najczęściej smarność charakteryzuje się za pomocą parametrów mierzonych na tzw. aparacie czterokilowym. Urządzenie to posiada zalany badanym olejem węzeł tarcia, w którym do trzech nieruchomych dolnych kulek stalowych dociskana jest siłą N obracająca się kulka górna (czwarta skąd aparat czterokulowy). Cały test składa się z wielu prób, wykonywanych przy kolejnych, coraz to większych obciążeniach. Po każdym biegu mierzy się średnicę śladu zużycia kulek d i sporządza wykres (rys.1). Rys. 1. Charakterystyka z aparatu czterokulowego NA obciążenie początku zacierania, NC obciążenie zespawania. Przy względnie nie dużym obciążeniu węzła N (odcinek OA), utworzone na kulkach, poprzez adsorpcję fizyczną lub chemiczną, warstwy ochronne (graniczne) zabezpieczają powierzchnię przed zacieraniem. Odbywa się jedynie łagodne zużywanie, średnica śladów zużycia kulek są niewielkie. Przy pewnym obciążeniu, które odpowiada na wykresie punktowi A, rozpoczyna się zacieranie, czyli lokalne sczepianie wierzchołków nierówności (chropowatości). Zużywanie jest bardziej intensywne (odcinek AB). Rośnie nieco obszar styku, spadają naciski jednostkowe, odbudowują się warstwy graniczne (najczęściej o innej budowie niż dla odcinka OA), a zużywanie się stabilizuje, chociaż na wyższym poziomie wartości zużycia d (odcinek BC). Przy wartościach obciążenia odpowiadających punktowi C, zniszczeniu ulegają warstwy graniczne a układ czterech kulek ulega zespawaniu. 2. Metodyka badań 2.1. Użyte urządzenia 2.1.1. Maszyna czterokulowa a) Opis maszyny czterokulowej Maszyna czterokulowa stosowana jest powszechnie do badania materiałów smarowych. Do badań zastosowano znajdującą się w Katedrze Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn AGH maszynę czterokulową model Four - Ball Wear Tester Brown/G. E. Modyfication firmy Roxana Works USA (rys. 2.) Rys. 2. Maszyna czterokilowa a) widok maszyny czterokilowej, b) schemat maszyny czterokilowej. b) Zabudowa węzła tarcia Dolna część węzła tarcia umieszczona jest na tłoczysku siłownika pneumatycznego i dociskana jest do górnej obracającej się próbki. Aby węzeł tarcia był samocentrujący zastosowane jest łożysko aerostatyczne. Pomiędzy łożyskiem aerostatycznym a korpusem węzła tarcia znajduje się grzejnik elektryczny. Styk ruchomy przewodów termopary i grzejnika stanowią studzienki rtęciowe - dzięki czemu nie występuje zniekształcenie pomiaru momentu tarcia. c) Konstrukcja maszyny pozwala na szeroki zakres zmian parametrów badania. - Regulacja obciążenia Węzeł tarcia obciążony jest przy użyciu siłownika pneumatycznego. Siłownik pneumatyczny zainstalowany w maszynie czterokulowej daje możliwość obciążenia od 0 do 1800 Regulację ciśnienia w siłowniku przeprowadza się ręcznie przy użyciu reduktora ciśnienia. Siłę odczytuje się na mierniku ciśnienia. - Regulacja prędkości obrotowej Bezpośrednia regulacja prędkości obrotowej jest realizowana za pomocą elektronicznego układu i daje możliwość ustawienia prędkości obrotowej od 60 do 3000 obr/min - Regulacja temperatury Węzeł tarcia może być podgrzewany przy użyciu grzejnika oporowego do temperatury 673 K. Temperatura mierzona jest przy pomocy termopary, której czujnik umieszczony jest w węzle tarcia w pojemniku na materiał smarowy. - Pomiar momentu tarcia Moment tarcia mierzony jest przetwornikiem oporowym w układzie mostka i rejestrowany na rejestratorze. - Czas badania Czas badania ograniczony jest tylko względami ekonomicznymi. Wyłącznik czasowy ma zakres do 5 godzin. 2.1.2. Zastosowany węzeł tarcia Węzeł tarcia w układzie czterech kul (fig 2) stanowią trzy dolne nieruchome kule dociskane do czwartej obracającej się kulki. Stosowane są kule o średnicy 1/2 wg PN-75/M-86452. Układ ten stosowany jest przede wszystkim do badania własności smarowych olejów i smarów. Miarą własności przeciwzużyciowych jest średnica skaz na kulkach dolnych przy stałych określonych parametrach badania: f& prędkość obrotowa 1200 obr/min f& temperatura 75 oC, f& obciążenie 400 N, f& czas trwania 60 min. Rys. 3. Układ tarcia: układ czterech kul 2.1.3. Mikroskop typu MPB-2 Średnice skaz na dolnych kulkach mierzone są za pomocą lupy Brinela będącej na wyposażeniu laboratorium. Pomiaru dokonuje się dla każdej kulki w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach: �� W kierunku stycznym do drogi tarcia �� W kierunku prostopadłym do drogi tarcia 2.2. Użyte materiały 2.2.1. Standardowe kulki łożyskowe �ć�ć� 2.2.2. Badane oleje: - shell helix 15W-40 Typowe własności fizyczne Klasa lepkości SAE 15W-40 Lepkość kinematyczna mm2/s w 40� C - 105,4 (ASTM D 445) w 100� C - Wskaznik lepkości (ISO 2909) - 132 Gęstość w 15� C kg/dm3 (ASTM D 4052) - 0,885 Temperatura zapłonu � C (ISO 2952) - 220 Temperatura płynięcia � C (ISO 3016) - -30 Lepkość dynamiczna mPa*s w -15� C 3300 Charakterystyka ta jest typowa dla obecnej produkcji. - Quaker State 3. Analiza wyników badań 3.1. Warunki badań f& prędkość obrotowa 1200 obr/min, f& temperatura 75 oC, f& obciążenie 400 N, f& czas trwania 60 min. 3.2. Wyniki badań Shell helix 15W-40 Kulka 1 Kulka 2 Kulka 3 średnie Styczne* Promien.* Styczne Promien. Styczne Promien Nr bad. // // // 4% 4% 4% 1 2 3 * Styczne (równoległe) do kierunku ruchu * Promieniowe (prostopadłe) do kierunku ruchu Quaker State 15W-40 Kulka 1 Kulka 2 Kulka 3 średnie Styczne* Promien.* Styczne Promien. Styczne Promien Nr bad. // // // 4% 4% 4% 1 2 3 * Styczne (równoległe) do kierunku ruchu * Promieniowe (prostopadłe) do kierunku ruchu 3.3. Wykresy 4. Wnioski końcowe