Использование магнитоэластомеров в комбинированных магнитожидкостных уплотнениях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование магнитоэластомеров в комбинированных магнитожидкостных уплотнениях

Аннотация

магнитожидкостный эластомер уплотнение

В статье рассмотрены вопросы применения в комбинированных магнитожидкостных уплотнениях магнитного эластомера в качестве источника магнитного поля. Магнитный эластомер обладает по сравнению с твердотельными магнитами меньшей намагниченностью, но при этом не требует специальной магнитной системы, хорошо поддается обработке, может быть использован в качестве рабочих элементов комбинированных магнитожидкостных уплотнений. Приведены результаты исследования процесса трения магнитоэластомера в присутствии магнитной жидкости.

При герметизации вращающихся валов машин и механизмов встает задача создания надежных и простых уплотнений. Долговечность работы уплотнения оказывает значительное влияние на работоспособность узлов и агрегатов пожарной техники. Так, например, по статистическим данным 90% [1] случаев аварийных разруений подшипниковых узлов вызвано неудовлетворительной работой уплотнений. Даже незначительное нарушение герметичности подшипниковых узлов в условиях эксплуатации машин снижает надежность их работы, повышает расход смазочных материалов и потребность в запасных частях, а так же необходимость выполнения внеплановых ремонтных работ и дополнительные трудовые ресурсы.

В пожарных насосах возникает проблема уплотнения перекачиваемой среды. Выход из строя уплотнения перекачиваемой среды помимо снижения рабочих характеристик насоса может повлечь за собой выход из строя всего агрегата.

Таким образом, повышение эксплуатационных параметров уплотнительных устройств, их безотказность и долговечность -- один из путей повышения надежности и долговечности пожарной техники.

В пожарной технике применяется целый ряд традиционных уплотнительных устройств. Однако, они не всегда обеспечивают необходимые рабочие характеристики.

Элементы трения торцовых уплотнений чаще всего изготавливаются из силицированного графита -- материала стойкого к истиранию, но не лишенного недостатков, основным из которых является плохая обрабатываемость и хрупкость [1]. Применяемая для изготовления манжетных уплотнений резина не способна работать при высоких контактных нагрузках в отсутствии смазочного материала [1]. Решить проблему трения рабочих поверхностей уплотнения, изготовленных из эластомерных материалов возможно применением в качестве смазки магнитной жидкости [2,4]. Для удержания магнитной жидкости в области трения необходимо использовать специальную магнитную систему и источник магнитного поля.

Традиционно в магнитожидкостных уплотнительных устройствах в качестве источника магнитного поля используются постоянные магниты [3].

Однако применение магнитной системы и постоянных магнитов значительно увеличивают габариты конструкции, усложняют и удорожают ее.

Поэтому, актуальным является поиск замены традиционно применяемой магнитной системе и постоянному магниту в качестве средства удержания МЖ в области трения уплотнительного устройства.

Решением данной задачи может стать использование в качестве материала для изготовления рабочего элемента трения магнитоэластомера. Магнитоэластомер представляет из себя резину с магниным наполнителем. Материал легко складывается или сгибается, не теряя магнитных свойств, его легко разрезать.

Применение магнитоэластомера в качестве материала для изготовления рабочего элемента уплотнения позволяет избавиться от громоздкой магнитной системы и значительно упростит технологию изготовления уплотнения. Однако, процесс трения магнитоэластомера как в присутствии традиционных смазочных веществ, так и магнитных жидкостей изучен недостаточно. Поэтому эта задача является актуальной.

При работе контактных уплотнений трение происходит между рабочим элементом изготовленным из эластомерного материала и металлическим контртелом. Таким образом, наибольший интерес и практическую ценность при разработке уплотнения представляет процесс трения в паре магнитоэластомер -- металл.

Для обоснования выбора магнитоэластомерного материала в качестве рабочего элемента уплотнения так же необходимо изучить и проанализировать влияние различных смазочных композиций на процесс трения. В качестве смазочных материалов при проведении эксперимента целесообразно использовать:

1. Индустриальное масло, применяемое для смазки подобных уплотнений;

2. Магнитную жидкость [5].

Для оценки эффективности различных смазок необходимо так же изучить процесс трения магнитоэластомера в сухую.

На процесс трения эластомеров значительное влияние оказывают скорость скольжения и контактные усилия в зоне трения [3].

Скорость скольжения и контактное усилие при проведении эксперимента целесообразно выбирать в соответствии с параметрами работы подобных уплотнений [1].

Таким образом, полученные в ходе эксперимента данные в дальнейшем позволят сделать вывод о целесообразности использования магнитоэластомера в качестве рабочего элемента уплотнения и сделать выводы о параметрах его работы.

На рис. 1. представлены зависимости коэффициента трения магнитоэластомерного материала по стали от контактного усилия для скорости скольжения 0,697433 для различны смазок.

При трении без смазочного материала с увеличением контактного усилии происходит некоторое снижение коэффициента трения. Это обусловлено особенностями трения эластомерного материала по твердым поверхностям. С увеличением контактного усилия значительного увеличения площади касания с выступами микронеровностей поверхности твердодго контртела не происходит. Соответственно не происходит и увеличения релаксационной составляющей силы сопротивления. Адгезионная составляющая с достижением определенного значения с дальнейшим увеличением контактного усилия меняется незначительно [1].

Рисунок 1. Зависимость коэффициента трения магнитоэластомерного материала по стали от нагрузки для различных смазочных материалов

В случае трения в присутствии масла И-5 при минимальной скорости скольжения происходит значительное снижение коэффициента трения, по сравнению с трением в сухую. Коэффициент трения уменьшается на 0.38. С ростом контактного усилия коэффициент трения увеличивается, от 0.18 до 0.4. Увеличение коэффициента трения связано с выдавливанием смазочного материала из зоны трения и изменению режимов трения.

В присутствии магнитной жидкости, при минимальных значениях контактного усилия коэффициент трения несколько выше чем при трении в присутствии масла И -- 5. С увеличением контактного усилия значительного роста коэффициента трения не происходит. В отличии от масла И -- 5, магнитная жидкость надежно удерживается в области трения магнитными силами и обеспечивает смазку трущихся поверхностей.

Поэтому, магнитоэластомерный материал может быть использован для изготовления рабочих элементов контактных уплотнений, при условии использования в качестве смазки магнитной жидкости.

Таким образом можно ожидать, что использование подобных уплотнений в пожарной технике, а в частности в пожарных насосах позволит увеличить общий срок службы на 20% [2] . Благодаря увеличению промежутков времени между планово-предупредительным ремонтом и регламентными работами, сокращению числа отказов вследствие выхода из строя уплотнений возможно добиться сокращения затрат на 20-30% [5] эксплуатацию пожарных насосов.

Список литературы

1. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / А.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер и др.; Под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. - М.: Машиностроение, 1986- 464 с., ил.

2. Топоров А.В Разработка комбинированных магнитожидкостных уплотнений и исследование их трибологических характеристик. Специальность: 05.02.04 - трение и износ в машинах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Иваново 2000

3. Магнитные жидкости в машиностроении / Д.В. Орлов, Ю.О. Михалёв, Н.К. Мышкин и др.: Под общ. Ред. Д.В. Орлова, В.В. Подгоркова. - М.: Машиностроение, 1993. - 272 с.

4. Топоров А.В., Топорова Е.А., Пучков П.В. Комбинированное торцовое магнитожидкостное уплотнение Патент на полезную модель RU 88407 U1 от 10.11.2009

5. Гольдаде В.А., Неверов А.С., Пинчук Л.С. Магнитоуправляемые материалы для подвижных уплотнений. Трение и износ. - М., 1981. - 712 с

Размещено на Allbest.ru