czesc I - metoda tradycyjna badań2003
Transkrypt
czesc I - metoda tradycyjna badań2003
PODSTAWY NAUKI O MATERIAŁACH Ćwiczenia laboratoryjne (oznaczone symbolem B2-013 ) A. Tradycyjna Metoda badań tarcia i zużywania kompozytów tarflenowych Wprowadzenie: Elementy mechaniczne maszyn i urządzeń muszą spełniać cały szereg wymogów stosownie do przeznaczenia tych mechanizmów i ich odpowiedzialności (ważności). Każdy element mechaniczny musi zazwyczaj charakteryzować się nie tylko odpowiednią wytrzymałością mechaniczną np. na: ściskanie, ścinanie, zginanie, skręcanie itp. ale też określoną odpornością na działanie: substancji chemicznych (powodujących korozję, destrukcję, trawienie itp.), niskich lub wysokich temperatur, promieniowania, starzenia, pól magnetycznych itp. Natomiast te elementy mechaniczne, które współpracują ślizgowo z innymi elementami muszą jeszcze dodatkowo charakteryzować się określonymi cechami tarciowymi i zużyciowymi. Oznacza to, że materiały z których wykonywane są np. elementy hamulców muszą się charakteryzować wysoką wartością współczynnika tarcia, natomiast elementy łożysk powinny charakteryzować się minimalną wartością tego współczynnika. Ponadto każdy element ślizgowy podlega zużywaniu podczas współpracy ślizgowej i chodzi tu o to ażeby zużywał się jak najwolniej w przemysłowych warunkach ślizgania czyli ażeby jego intensywność zużywania była jak najmniejsza co oznaczać będzie najwolniejsze powiększanie się luzu np. pomiędzy pierścieniem uszczelniającym a cylindrem sprężarki. W takim przypadku sprężarka zachowa przez zadawalająco długi okres czasu pracy korzystne cechy użytkowe. Natomiast w przypadku dużej intensywności zużywania, stosunkowo szybko nastąpi przekroczenie wartości granicznej tego luzu (utrata szczelności) co sprawi, że sprężarka będzie tłoczyć mniej gazu i przy niższym niż wymaganym ciśnieniu – sprężarka nie będzie zdatna do użycia. W celu uzyskania ekonomicznie uzasadnionej trwałości elementów maszyn powinny być prowadzone badania nad opracowaniem receptury odpowiednich materiałów konstrukcyjnych w ramach Nauki o Materiałach. Działania te mogą być wspierane (w uzasadnionych ekonomicznie przypadkach) przez badania tarcia i zużywania w zakresie tribologii (tribologia – nauki o tarciu i zużywaniu materiałów konstrukcyjnych). W 1939 roku wynaleziono teflon (PTFE – politetrafluoroetylen) lecz do dnia dzisiejszego konstruktorzy nie znają pełnych jego charakterystyk użytkowych. Produkowany PTFE w Tarnowie nazwany zastał tarflenem. Charakteryzuje się całym szeregiem unikalnych właściwości. Najważniejsze z nich to bardzo niskie opory tarcia, odporność na prawie wszystkie chemikalia oraz poprawna współpraca ślizgowa przy stosunkowo podwyższonej temperaturze. Bardziej szczegółowe dane na jego temat są między innymi na stronie internetowej http://pl.wikipedia.org/wiki/Teflon Tarflen w postaci proszku suspensyjnego (płatki) jest używany do produkcji półwyrobów. Proszek ten jest zasypywany do odpowiednich form, prasowany a następnie spiekany w dość złożonym cyklu wygrzewania. Ze względu na duży skurcz po wygrzewaniu praktycznie nie można uzyskać wymaganych dokładności geometrycznych elementów ślizgowych. Dlatego z półwyrobów czystego tarflenu (w kształcie: tulejek, wałków, płyt itp.) wykonuje się (metodą obróbki skrawaniem) elementy maszyn przeznaczone do współpracy ślizgowej , które znajdują zastosowanie w przemyśle spożywczym, w medycynie, farmacji, 1 technice kosmicznej, próżniowej itp. Są one stosunkowo mało odporne na zużywanie w cięższych warunkach pracy. Bardziej odporne na zużywanie są kompozyty na osnowie tarflenu bo tworzą na stalowym elemencie (z którym ślizgowo współpracują) warstewkę samosmarną – film transferowy. Otrzymuje się je przez zmieszanie proszku suspensyjnego tarflenu z wybranymi napełniaczami, którymi mogą być: np. koks, grafit, proszki brązu, włókna szklane lub węglowe Napełniacze o określonej granulacji, właściwościach powierzchniowych i w określonej proporcji są wprowadzane do mieszanki. Po starannym zmieszaniu składników są formowane, prasowane i spiekane. Następnie (z półwyrobów) metodą obróbki skrawaniem otrzymujemy elementy ślizgowe „na gotowo” Zazwyczaj nie są jednak znane właściwości tarciowe i zużyciowe nowych gatunków kompozytów. Dlatego przedmiotem badań w Katedrze Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn były między innymi półfabrykaty kompozytów tarflenowych wyprodukowane w Zakładach Azotowych w Tarnowie. Charakteryzują się one głównie tym, że wykonane z nich elementy mechaniczne podczas poprawnej współpracy ślizgowej nie wymagają smarowania. Znajdują one zastosowanie między innymi jako pierścienie ślizgowe lub uszczelniające np. w urządzeniach do sprężania tlenu i wszędzie tam gdzie nie dopuszcza się obecności smarów. Badania charakterystyk tarciowych i odporności na zużywanie i materiałów konstrukcyjnych są najbardziej pracochłonnymi i czasochłonnymi a tym samym kosztownymi badaniami spośród badań własności tych materiałów. Jednak dla poszerzenia wiedzy konstruktorów i użytkowników węzłów ślizgowych podejmuje się badania z pomocą urządzeń potocznie nazywanych stanowiskami badawczymi lub tribotesterami (rys. 2, fot.3, fot 4). Przedmiotem badań są próbki kompozytów, które są zamontowane na tych urządzeniach współpracują ślizgowo z wybranymi gatunkami materiałów konstrukcyjnych (zazwyczaj ze stalą nierdzewną). W celu znacznego skrócenia czasu badań zużyciowych prowadzone są liczne prace w wielu ośrodkach badawczych. Z tego samego powodu w naszej Katedrze zbudowano stanowisko badawcze i opracowano podstawy do opracowania szybkiej metody oceny odporności na zużywanie kompozytów tarflenowych. Opracowywana metoda jest bardziej szczegółowo opisana w II części objaśnień do ćwiczenia B2-013. Ponadto opracowano szablon, który umożliwia powtarzalne usytuowanie końcówki pomiarowej podczas pomiaru wysokości próbek przed – i po tarciu. Dzięki jego zastosowaniu było możliwe skrócenie czasu doświadczeń ponad 3 krotne. Szablon został uznany Przez Urząd Patentowy jako nowość ( P384478). 1. Podstawowe zasady podejmowania decyzji o rozpoczęciu badań laboratoryjnych tarcia i zużywania tworzyw konstrukcyjnych Do nowoprojektowanych węzłów ślizgowych coraz częściej są potrzebne materiały o wyjątkowych właściwościach. Coraz częściej wymagania te spełniają kompozyty tarflenowe, które powinny współpracować ślizgowo zazwyczaj w nietypowych warunkach ślizgania. Jakkolwiek łatwe były zmiany receptury i technologii otrzymywania nowych gatunków kompozytów (np. w Zakładach Azotowych w Tarnowie), to konstruktorzy niewiele wiedzą o ich właściwościach tarciowych i zużyciowych a tym samym o ich przydatności do konkretnego nowego skojarzenia ślizgowego. Spośród zbadanych gatunków kompozytów, jest wybierany zazwyczaj ten gatunek kompozytu (do produkcji nowych elementów ślizgowych), którego intensywność zużywania podczas badań laboratoryjnych była najmniejsza. 2 2. Podstawowe zasady pobierania i przygotowania próbek do badań Właściwości kompozytów są anizotropowe czyli zależą miedzy innymi od geometrycznego kierunku w jakim jest realizowane badanie określonej właściwości. Charakteryzują się najmniejszą intensywnością zużywania w przypadku gdy kierunek ślizgania jest zgodny z kierunkiem prasowania mieszanki tarflenowej. Z tego powodu zarówno pierścienie tłokowe jak i próbki do badań muszą być tak wycinane z tulei półfabrykatu ażeby zachować tę prawidłowość Rys.1. Zasada pobierania próbek i wykonywania tłokowych pierścieni uszczelniających z półfabrykatu kompozytu tarflenowego w formie walca 3. Podstawowe zasady wyboru gatunku materiału konstrukcyjnego tarczy (nazywanej potocznie przeciwpróbką) do współpracy ślizgowej z próbkami, przygotowanie powierzchni roboczej do badań W ramach symulacji przemysłowych warunków pracy np. pierścieni uszczelniających z cylindrem sprężarki bezsmarowej staramy się ażeby tarcza przeciwpróbkowa – przeciwpróbka była wykonana z tego samego gatunku materiału i według podobnej technologii wytwarzania co cylinder sprężarki. Podobnie, cechy geometryczne powierzchni roboczej tarczy, która współpracować będzie z próbkami, powinny być zbliżone ( np. chropowatość, falistość powierzchni itp.) do charakterystyk powierzchni roboczej cylindra sprężarki. 3 film transferowy Fot. 2. Tarcza przeciwpróbkowa (przeciwpróbka) z bardziej widoczną powierzchnią roboczą i śladami współpracy ślizgowej z próbkami. 4. Podstawowe zasady wyboru urządzenia (stanowiska) badawczego Stanowiska były i są budowane doraźnie w celu symulowania warunków pracy konkretnego węzła ślizgowego, w przypadku nadmiernej jego awaryjności np. nadmiernego zużywanie się węzła ślizgowego, nadmiernego rozgrzewania, zacierania, generowania drgań tarciowych, itp. Budowanie nietypowych stanowisk badawczych sprawia, że nie są one objęte Polskimi Normami co oznacza, że PN nie zawierają szczegółowych procedur, według których należy realizować doświadczenia tarciowo zużyciowe. Oznacza to również, że uzyskane na nietypowych urządzeniach w różnych krajowych laboratoriach wyniki doświadczeń nie mogą być ze sobą porównywane ani też umieszczane w Polskich Normach.. Badania są realizowane na takim stanowisku, które umożliwia symulowanie warunków pracy takiego przemysłowego skojarzenia ślizgowego, które charakteryzuje się wspomnianą wyżej awaryjnością. Wyniki badań zazwyczaj ułatwiają wykrycie przyczyn wadliwego funkcjonowania takiego węzła ślizgowego. Jeżeli zachodziła potrzeba, to umożliwiały również wyselekcjonowanie najbardziej odpowiedniego gatunku kompozytu spośród zbadanych próbek kompozytytów z którego można by wykonać nowe elementy ślizgowe np. pierścienie uszczelniające. Zazwyczaj chodzi tu o taki kompozyt, który zużywa się najwolniej, charakteryzuje się najmniejszymi oporami tarcia lub najniższą temperaturą pracy w skojarzeniu ślizgowym. Ażeby ta selekcja była poprawna należy poszczególne doświadczenia tarciowe realizować w identycznych warunkach badań. Zachowanie tego warunku umożliwiają nam: cechy konstrukcyjne badanego skojarzenia ślizgowego i urządzenia badawczego, aparatura kontrolno pomiarowa i przestrzeganie wypracowanych wcześniej procedur badawczych. Na stanowisku badawczym powinny być zatem symulowane warunki pracy przemysłowego skojarzenia ślizgowego: • dynamiczne (docisk jednostkowy próbek do tarczy przeciwpróbkowej i jego rozkład wartości), • kinematyczne (prędkość ślizgania), • termiczne (intensywność odprowadzania ciepła), • materiałowe (próbki i tarcza przeciwpróbkowa) • a nawet otoczenie (np. w komorze badawczej) badanego skojarzenia ślizgowego (skład chemiczny gazu, jego ciśnienie, wilgotność względną,) itp. 4 5. Podstawowe zasady budowy, przeznaczenie i wykorzystanie torów pomiarowo – rejestrujących Jak wspomniano wyżej, w celu uzyskania porównywalnych wyników doświadczeń, musimy realizować powtarzalne warunki badań (wielkości zadawane) dla każdego eksperymentu. Uzyskujemy je poprzez poprzez kontrolę ewentualnie rejestracje wielkości zadawanych. Jako wielkości zadawane – wejściowe zazwyczaj są uznawane: • charakterystyki materiałowe próbki i tarczy przeciwpróbkowej, • docisk jednostkowy próbek do tarczy przeciwpróbkowej, • prędkość ślizgania, • wilgotność otoczenia, • cechy geometryczne (np. chropowatość) i materiałowe powierzchni roboczej. Jako skutki tarcia –(wielkości wyjściowe) zazwyczaj są uznawane: • opory tarcia, • temperatura, • zużycie liniowe itp. Zarówno wielkości zadawane (wejściowe) jak i skutki tarcia (wielkości wyjściowe w procesie tarcia) są zazwyczaj wielkościami nieelektrycznymi. W celu ich przetwarzania i zarejestrowania należy je przekształcić na sygnały elektryczne. Zazwyczaj każdy tor pomiarowo – rejestrujący składa się z przetwornika (czujnika), który właśnie zamienia wartości nieelektryczne (np. siły, prędkości, przemieszczenie liniowe, temperatury itp.) na sygnały napięciowe lub prądowe. Są one kierowane zazwyczaj do wzmacniaczy a dalej do przetworników (kart pomiarowych), w których sygnały analogowe (napięciowe, prądowe) ulegają zmianie na cyfrowe i dopiero takie mogą być rejestrowane przez system operacyjny komputera. Podstawowym warunkiem poprawnego funkcjonowania torów pomiarowych i stanowiska badawczego, jest między innymi takie zabudowanie czujników (przetworników) pomiarowych w stanowisku badawczym ażeby nie zakłócały badanego procesu tarcia. Na przykład ślizgająca się termopara dociskana do powierzchni roboczej stalowej tarczy przeciwpróbkowej może częściowo usuwać naniesiony na tę powierzchnie film samosmarny pomijając fakt, że błędy pomiaru tą metodą sięgają 30%. W takim przypadku do pomiaru temperatury powierzchni roboczej tarczy przeciwpróbkowej należy zastosować np. bezstykowy pirometr optyczny. Tak zbudowane tory pomiarowe są wykorzystywane nie tylko na stanowiskach do badania tarcia i zużywania, lecz szeroko w technice. W większości przypadków wymagane jest ażeby przed pomiarami były one wywzorcowane. Każdy tor pomiarowy jest oddzielnie wzorcowany. Polega to na zadawaniu czujnikowi (przetwornikowi) znanych wartości mierzonego parametru i odczytywaniu (rejestrowaniu) wskazań mierników (rejestratorów). Przykładowo: Podczas wzorcowania toru pomiarowego oporów tarcia (rys. 2, rys. 6 i fot. 6a), z pomocą dynamometrów przykładamy kolejno różne wartości siły na ramieniu 0,5 . DT i w ten sposób do głowicy przykładamy różne wartości momentów obrotowych, np. Mo= 1 Nm, który symuluje określone opory tarcia. Następnie kolejno odczytujemy wskazania rejestratora lub wartości wyświetlane na ekranie monitora. Dla przykładu: do głowicy stanowiska GFO-02 (poprzez dynamometry) przyłożono siłę na ramieniu 0,5 DT , uzyskując moment obrotowy równy Mo= 1 Nm, który symuluje opory tarcia. Mo = (T1 + T2 +T3 ) 0,5 DT (rys. 2, rys. 6 i fot. 6a), czyli: 1Nm = (T1 + T2 +T3 ) . 0,5 . 0,122 5 natomiast na monitorze wyświetliła się wartość np.0,6789, podczas, gdy symulowana sumaryczna wartość oporów tarcia była: Jeżeli podczas doświadczenia tarciowego (podczas ruchu tribotestera) odczytana wartość na monitorze wynosiła 1,36 to: 1,36 : 0,6789 = 2 zakładając, że ten tor pomiaru jest liniowy. Zatem wartość oporów tarcia Mt = 2 Nm , czyli: Mt = 2Nm = (T1 + T2 +T3 ) . 0,5 . 0,122, stąd sumaryczna wartość rzeczywistych oporów tarcia wynosi: 6. Podstawowe zasady wyboru warunków badań laboratoryjnych Jak wspomniano wcześniej stanowisko badawcze powinno symulować warunki pracy tego skojarzenia przemysłowego, które zamierzamy analizować. Należy w tym celu przeprowadzić pomiary lub obliczenia wartości parametrów współpracy przemysłowego skojarzenia ślizgowego oraz określić pozostałe warunki pracy. Chodzi tu głownie jak już wcześniej wspomniano o: • wartości i rozkład nacisków jednostkowych pomiędzy np. pierścieniem ślizgowym a powierzchnią roboczą cylindra sprężarki bezsmarowej, • przebieg zmian prędkości ślizgania, • zakres zmian temperatury w obszarze ślizgania, • charakterystykę chropowatości powierzchni roboczej cylindra sprężarki itp. W Katedrze Konstrukcji Maszyn i Eksploatacji podjęto porównawcze badania tarcia i zużywania kompozytów tarflenowych na zlecenie użytkownika sprężarek do tlenu o średnicy cylindrów około 800 mm. Oferowane za granicą uszczelniające pierścienie do tych sprężarek jako pierścienie zamienne były bardzo drogie. Dlatego podjęto badania kompozytów tarflenowych wyprodukowanych w Zakładach Azotowych w Tarnowie. Miały one na celu wyselekcjonowanie polskiego kompozytu jako alternatywy dla bardzo drogiego kompozytu zagranicznego. Badania trwały kilka miesięcy i dlatego powstał w Katedrze Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn pomysł opracowania szybszej metody testowania. Zbadano kilkadziesiąt gatunków kompozytów krajowych i wyselekcjonowano gatunek, który charakteryzował się najmniejszą intensywnością zużywania. Wykonane z tego gatunku pierścienie uszczelniające okazały się nie gorsze od zagranicznych, a były kilka razy tańsze. Porównawcze badania zostały zrealizowane na nietypowym tribotesterze GF-02. 6 B. Tradycyjna Metoda badań tarcia i zużywania kompozytów tarflenowych Najpopularniejszą grupę stanowisk badawczych - tribotesterów używanych do badania tarcia i zużywania kompozytów na osnowie PTFE, stanowią tribotestery typu „pin on disk” (trzpień na tarczy). Urządzenia typu „pin on disk” są przeznaczone do badania tarcia i zużywania materiałów używanych na elementy trące – czyli własności tribologicznych. Przy ich pomocy może być określana intensywność zużywania próbek materiału przy współpracy ślizgowej z innym materiałem w zależności od zadanych: prędkości poślizgu, nacisków powierzchniowych, wilgotności, składu chemicznego i ciśnienia w komorze badawczej oraz innych czynników. Najważniejszym elementem tego urządzenia jest węzeł ślizgowy. Składa się on z: • tarczy obracającej się z ustaloną zadaną prędkością obrotową „n” • trzpienia dociskającego próbkę do tarczy z określoną zadaną siłą „P” w punkcie odległym od środka obrotu o wartość promienia „R”. B1. Stanowisko badawcze, wyposażenie i oprzyrządowanie Wybrano tradycyjne stanowisko badawcze - tribotester typu „ pin on disc” przy czym zamiast jednej próbki w kształcie walcowej lub kulistej wybrano próbki w kształcie graniastosłupa o podstawie prostokąta. Warunki te spełnia tradycyjny tribotester oznaczony symbolami GFO-02. Trzy próbki osadzone w obsadach są przytwierdzone do tarczy głowicy badawczej. Tarcza jako przeciwpróbka, napędzana silnikiem, wykonuje ruch obrotowy względem pionowej osi. Takie rozwiązanie umożliwia równomierna rozłożenie siły docisku na próbki (pochodzące od masy grawitacyjnej) oraz stabilne „prowadzenie” próbek względem tarczy (jako przeciwpróbki) podczas procesu zużywania tychże próbek. Niekontrolowane zmiany docisku są zminimalizowane poprzez: • staranne wypoziomowanie stanowiska 7 • zmniejszenie bicia wzdłużnego tarczy do wartości około 2 mikrometrów dzięki elastycznemu osadzeniu tarczy na wrzecionie stanowiska. Rysunek 2 przedstawia schemat stanowiska GFO – 02. Widok głowicy stanowiska GFO – 02 oraz sposób mocowania próbek w obsadach do głowicy przedstawia fot. 3, natomiast ogólny widok stanowiska umieszczono na fot. 4. Do badań wybrano prostokątny kształt próbek, który utrudnia przypadkowe usytuowania kierunku prasowania próbek względem kierunku ślizgania. Rys.2. Schemat tradycyjnego tribotestera (GFO – 02) z czujnikami do pomiaru oporów tarcia oraz z termoparą do pomiaru temperatury; 1 – próbka kompozytu w obsadzie, 2 – tarcza jako przeciwpróbka wykonana za stali 4H13, 3 – czujnik naprężno-oporowy do pomiaru oporów tarcia 4 – płaska belka sprężysta , 5 – głowica urządzenia, 6 – nawilżacz, 7 – masa obciążająca, 8 – łożyskowanie wrzeciona, 9 – sprzęgło podatne, 10 – silnik elektryczny , 11 – kadłub urządzenia, 12 – pokrywa komory badawczej, 13 – wilgotnościomierz z nastawnymi stykami, D – średnica nawinięcia linki do wzorcowania = 110mm. DT = średnia średnica tarcia = 122mm, T1, T2, T3 – opory tarcia poszczególnych próbek 8 Tradycyjny tribotester GFO- 02 umożliwia doświadczenia w zadanej wilgotności w przypadku gdy badane skojarzenie ślizgowe zamkniemy pokrywą, w której umieszczony jest wilgotnościomierz z nastawnymi stykami. Steruje on podgrzewaniem wody w komorze badawczej aż do osiągnięcia zadanej wilgotności. Fot. 3.Przechylona głowica stanowiska GFO – 02 wraz z zamocowanymi próbkami w obsadach Fot. 4. Widok tradycyjnego stanowiska GFO – 02 9 B2. Przykładowa kolejność najbardziej istotnych czynności podczas jednego doświadczenia • wyciąć próbki z półfabrykatu wybranego kompozytu zachowując zgodność kierunków: prasowania półfabrykatu i przewidywanego kierunku ślizgania na stanowisku (rys. 1), • wykonać otworki w próbkach dla termopar, • zamocować próbki w oprawkach a oprawki w głowicy stanowiska badawczego, • wyrównać powierzchnię roboczą próbek tak ażeby całą powierzchnią przylegały do tarczy przeciwpróbkowej (np. z pomocą noża tokarskiego przy obracającej się głowicy z próbkami, osadzonej w uchwycie tokarskim – fot. 5). Nominalna powierzchnia styku jednej próbki z tarczą wynosi około 1cm2, Fot. 5 Wyrównanie powierzchni roboczej próbek osadzonych wraz z oprawkami w uchwycie tokarki. • wywzorcować tor pomiaru oporów tarcia zadając (symulacja) znane wartości momentu oporów tarcia (fot. 6, fot. 6a) i uruchamiając rejestracje wyników, obliczyć przeliczniki niezbędne przy opracowywaniu wyników doświadczeń, 10 Fot. 6a. Wzorcowanie toru pomiarowego oporów tarcia metodą symulowania oporów tarcia z pomocą dynamometru i obciążników: 1 - tarcza o średnicy rowka D = 110 mm, 2 – cięgno, 3 – krążek linowy, 5 – obciążnik, 6 – dynamometr wywzorcować tor pomiaru temperatury zadając (symulacja) znane wartości temperatury i uruchamiając rejestracje wyników, obliczyć przeliczniki • po wzorcowaniu termopara jest osadzana w otworku wykonanym w próbce (w pobliżu obszaru współpracy ślizgowej) 11 • zmierzyć wysokość każdej próbki (nie wyjmując jej z obsady!) w trzech powtarzalnych miejscach z dokładnością 0,001 mm z pomocą optimetru (fot. 7a, fot.7b), wynik pomiaru zapisać na karcie badań w rubryce „ przed tarciem”, • oczyścić powierzchnię roboczą tarczy przeciwpróbkowej z poprzedniego filmu transferowego z pomocą luźnego proszku korundu o określonej granulacji w celu uzyskania podobnej chropowatości jaka jest na powierzchni roboczej w danym cylindrze sprężarki, • odtłuścić powierzchnię roboczą tarczy przeciwpróbkowej, • ułożyć głowicę wraz z próbkami na tarczy przeciwpróbkowej, • zadać wartości parametrów badań zbliżone do przemysłowych warunków pracy danego skojarzenia ślizgowego: nacisk jednostkowy z pomocą obciążników, prędkość ślizgania z pomocą przemiennika częstotliwości (falownika), wilgotność względną z pomocą nastawnych styków wilgotnościomierza, • zamknąć przeźroczystą pokrywę komory badawczej (jeżeli w planie badań przewidziano doświadczenie w zadanej wilgotności względnej), • uruchomić program komputerowy do rejestrowania oporów tarcia i temperatury w obszarze tarcia, wpisać nastawy do próbkowania i warunki badania, które razem z wynikami chwilowych pomiarów, będą stanowić dokumentację doświadczenia (fot.8), • uruchomić rejestracje pomiarów z pomocą programu komputerowego, • uruchomić silnik, który wprawia w ruch obrotowy tarczę przeciwpróbkową, • okresowo kontrolować prace stanowiska badawczego, • obliczyć po jakim czasie tarcza przeciwpróbkowa, na wybranej średnicy współpracy ślizgowej (DT = 122 mm) oraz przy zadanej liczbie obrotów (z pomocą falownika), wykona tyle obrotów, że droga współpracy ślizgowej z próbkami wyniesie 30 km, • po upływie obliczonego czasu obracania się tarczy przeciwpróbkowej, wyłączyć silnika następnie wyłączyć rejestracje chwilowych wartości oporów tarcia i temperatury, 12 Przykładowy początek pliku G30 z danymi zebranymi podczas badania badania 2 kompozytu SMSM-S25 przy nacisku 60 N/cm i prędkości 1 m/sek m/sek Czas liczony od chwili uruchomienia stanowiska Chwilowa wartości rzeczywistych oporów tarcia "10"10-2020-2005 16:21:11 SMSM-S25 karta badan G30 pomiar 1 szlif osc papierem 60 na sucho odtluszczono bezyna p60 v1 wzmocniwnie 3%.pokrywa zadana wilgotnosc 50%" 0.000 -0.002 0024 0.547 -0.002 0024 1.258 -0.002 0024 Gatunek badanego kompozytu, zadane warunki badania, 2.250 -0.002 0024 charakterystyka powierzchni roboczej 3.238 -0.002 0024 tarczy przeciwpróbkowej, 4.230 -0.002 0024 nastawy przyrządów pomiarowych, 5.219 -0.002 0024 data badania, nr dokumentu pomiarowego 6.258 -0.002 0024 7.250 -0.002 0024 8.238 -0.002 0024 "10"10-1818-2005 16:36:08 SMSM-S25 karta badan G30 pomiar 1 szlif osc papierem 60 na sucho odtluszczono bezyna p60 v1 wzmocniwnie 3%.pokrywa zadana wilgotnosc 50%" 0.063 0.000 0024 0.723 0.000 0024 1.652 0.000 0024 2.641 0.000 0024 3.633 0.000 0024 4.621 0.000 0024 5.660 0.000 0024 6.652 0.383 0024 Chwilowa wartość temperatury 7.641 0.563 0024 w obszarze tarcia próbki z 8.633 0.548 0025 tarczą przeciwpróbkową 9.621 0.550 0025 10.660 0.555 0025 11.652 0.559 0026 ……………………………….. ………………………………. ………………………………. po 30 000 sekundach ( 8 godzin i 20 minut) zakończenie pomiarów pomiarów • • • • podnieść pokrywę komory badawczej, unieść głowicę i odłączyć od niej oprawki wraz z próbkami (zdemontowanie próbek z oprawek uniemożliwi pomiar wysokości próbek w oprawkach po tarciu a tym samym pomiar zużycia liniowego podczas całego doświadczenia – doświadczenie należy powtórzyć), próbki w oprawkach ułożyć na stoliku pomiarowym opimetru na okres około 2 godzin w celu wyrównania temperatur: kadłuba optimetru i próbek w obsadach, po wyrównania temperatur zmierzyć wysokość każdej próbki w obsadzie, oddzielnie w trzech powtarzalnych miejscach z pomocą szablonu. Wynik zapisać na karcie badań w rubryce „po tarciu”. Obliczyć wartość zużycia linowego każdej próbki oddzielnie jako różnicę wysokości próbek „ przed tarciem” i „po tarciu”, wypełnić kartę badań dla danego doświadczenia, opracować wyniki doświadczenia w formie graficznej, 13 Przykładowe opracowanie wyników badania na stanowisku GFOGFO-02 • • opracować zbiorczą analizę wyników całej serii doświadczeń zrealizowanych dla wybranego gatunku kompozytu tarflenowego przy różnych kombinacjach wartości zadawanych parametrów współpracy ślizgowej (nacisk, prędkość ślizgania, wilgotność względna itp.), porównać z innymi analizami zbiorczymi w celu wyselekcjonowania takiego gatunku kompozytu, który charakteryzuje się zespołem najkorzystniejszych cech użytkowych np. najmniejszą intensywnością zużywania lub najniższą temperaturą współpracy ślizgowej w zakresie zadawanych parametrów współpracy na stanowisku badawczym. Na zakończenie wypada podkreślić, że uzyskane wyniki badań na tradycyjnym stanowisku GFO-02 są ponadto wykorzystywane przy opracowywaniu szybkiej metody testowania kompozytów tarflenowych na tarcie i zużywanie z pomocą nowoczesnego stanowiska badawczego usytuowanego w laboratorium 013. 14 Przestrzenny wykres intensywności zużywania dla kompozytu SMK22G3 współpracującego ślizgowo z stalowa tarczą przeciwpróbkową 4H13 uzyskany na podstawie kilku badań na stanowisku GFOGFO-02 Zużycie w funkcji nacisku P[N] i prędkości v[m/s] Zużycie liniowe próbek Docisk jednostkowy próbek do tarczy przeciwpróbkiowej M Prędkość poślizu póbek po tarczy przeciwpróbkowej Na podstawie powyższego przestrzennego wykresu można zaobserwować ekstremum minimum powierzchni zakrzywionej (oznaczonej wielokolorowo), wyznaczonej na podstawie znacznej liczby laboratoryjnych doświadczeń zużyciowych. To ekstremum odpowiada minimalnej intensywności zużywania kompozytu SMK22G3 współpracującego ślizgowo ze stalą nierdzewną 4H13. Na podstawie tego wykresu można odczytać wartość docisku (tu np. 1N/cm^2) oraz wartość prędkości poślizgu (tu np. 20 cm/sek), przy których to parametrach pracy zbadany w warunkach laboratoryjnych kompozyt tarflenowy zużywał się najwolniej. Podobne wykresy sporządzone dla innych gatunków kompozytów mogą być wykorzystane przez konstruktorów, podczas projektowania nowego skojarzenia ślizgowego złożonego np. z dostępnego kompozytu SMK22G3 i stali 4H13. Zawierają one informacje o tym jakie należy realizować parametry pracy przemysłowego skojarzenia ślizgowego ażeby zastosowany tam kompozyt zużywał się najwolniej. Bibliografia: 1. Rymuza Z. : Tribologia polimerów ślizgowych. WNT, Warszawa 1986. 2. Bryła P.: Wpływ chropowatości nierdzewnej tarczy jako przeciwpróbki i wilgotności względnej otoczenia na intensywność zużywania się wybranych kompozytów na osnowie tarflenu (PTFE). Praca magisterska WIMiR 2006. 3. Zakłady Azotowe w Tarnowie Mościcach S.A. TARFLEN® Politetrafluoroetylen. Katalog. Tarnów 2005. 4. Oleksiak Z.: Sprawozdanie z badań „Metodyka szybkiego oznaczania parametrów tribologicznych tworzyw konstrukcyjnych współpracujących ślizgowo w wybranych ośrodkach gazowych i w próżni”. Projekt badawczy nr 7 T07C 033 18 finansowany w latach 2000 -20006 przez Komitet Badań Naukowych Opracował: Zbigniew Oleksiak 15
Podobne dokumenty
B2-013
Zarówno wielkości zadawane (wejściowe) jaki skutki tarcia (wielkości wyjściowe w procesie tarcia) są zazwyczaj wielkościami nieelektrycznymi. W celu ich przetwarzania i zarejestrowania naleŜy je p...
Bardziej szczegółowo