УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ АДГЕЗИИ ЖИДКИХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR CONTROL OF ADHESION OF LIQUID LUBRICANT MATERIALS

Изобретение относится к области исследования материалов, а именно к устройствам для испытания смазок/масел жидких или полужидких составов. Знание адгезионных характеристик и качеств таких видов смазочных сред является весьма важным для различных двигателей, систем смазывания механического оборудования, космических систем и ответственных подвижных узлов специальной техники, работающих в условиях сильно изменяющихся температур как положительных, так и отрицательных.
Известны, например, устройство для определения маслянистости смазочных материалов (RU 2125256, G01N 13/14, опубл. 1999.01.20), адгезиометр (RU 2018803, G01N 11/10, опубл. 1994.08.30), ротационный вискозиметр (RU 2109266, G01N 11/14, опубл. 1998.04.20), ротационный вискозиметр (RU 2056626, G01N 11/14, опубл. 1996.03.20) и ротационный вискозиметр, содержащий сосуд с входным и выходным патрубками (RU 2051373, G01N 11/14, опубл. 1995.12.27). В последнем из перечисленных использован сосуд, где размещены первое цилиндрическое тело, механически связанное с синхронным двигателем, и второе цилиндрическое тело, установленное с зазором соосно первому на свободно вращающемся валу, причем второй конец вала посредством шкива соединен с измерителем момента вращения. Работа вискозиметра основана на измерении крутящего момента, возникающего на оси цилиндрического тела, погруженного в исследуемую жидкость, при взаимном перемещении цилиндрического тела и жидкости. При постоянной угловой скорости вращения вала крутящий момент на шкиве однозначно определяет вязкость жидкости. Недостатком данного вискозиметра и других перечисленных устройств является низкий КПД, невысокая надежность в связи со сложностью конструкций и их высокая стоимость.
Наиболее близким решением к заявленному относится патент на полезную модель РФ №86313, зарегистрированный в Госреестре 27.08.2009 под названием «Адгезиметр универсальный», принятый за прототип. В основе конструкции использованы высокооборотный электрический двигатель, соединенный с валом, на который предварительно наносится пластичная смазка (не жидкая). Имеется датчик Холла для контроля чисел оборотов вращения вала и электронные весы, на которых установлен пустотелый стакан для улавливания отлетающей в стороны при вращения вала смазки. Внутри корпуса прибора можно создавать как несколько повышенную положительную температуру, так и несколько пониженную. Основным недостатком известного прибора является невозможность контроля адгезии текучих смазочных материалов, а также недопустимо влияние повышенных положительных или пониженных отрицательных температур на комплект основного используемого оборудования (мотор и весы точные электронные).
Цель разработки - создание устройства/прибора для контроля адгезионных свойств легко текучих смазочных материалов не только в обычных условиях температур, но и при более высоких или низких.
Технический результат устройства достигается за счет использования горизонтально установленной тарелки с кольцевым буртиком малой высоты, идущим по краю тарелки, в которую заливается масло/смазка. Верхний уровень налитого смазочного материала не позволяет ему в статике перетекать через кольцевой буртик. Однако при вращении тарелки возникающая центробежная сила заставит смазочный материал преодолеть силы адгезии и оторваться от тарелки с вылетом в стороны. Кроме того, рабочая камера с испытываемым смазочным материалом выполнена в виде отдельного блока, из которого удалены (вынесены наружу) как привод/мотор, так и точные электронные измерительные весы.
Суть разработанного устройства показана на рис. 1; при этом обозначено:
1 - камера съемная температурная (блок); 2 - тарелка для смазочного материала; 3 - буртик тарелки кольцевой; 4 - масло/смазка; 5 - опоры для привода/мотора вращения; 6 - вал выходной мотора; 7 - мотор (привод) высокооборотный; 8 - втулка верхняя; 9 - муфта соединительная; 10 - вал, соединенный как с муфтой, так и с тарелкой 2; 11 - стакан; 12 - стержень опорный; 13 - втулка нижняя; 14 - основание уширенное стержня опорного 12; 15 - стойка боковая в виде опорной стенки; 16 - весы точные электронные; 17 - основание устройства. Примечание: кнопка включения-выключения мотора и управления частотой вращения его выходного вала, а также система автоматического контроля температуры в блоке 1 не показаны, являясь стандартными, типовыми.
Таким образом, поставленная задача выделения зоны контроля адгезии смазочного материала в отдельный температурный блок решена, так как в нем можно обеспечивать стандартными способами любую температуру окружающей среды, не влияющую отрицательно на работу основного оборудования устройства (в частности, для мотора и весов).
Итак, в статике созданное устройство имеет следующие рабочие части: камеру съемную температурную (блок) 1, привод в виде мотора 7, выходной вал 6 которого через муфту соединительную 9 связан с валом 10, причем последний жестко соединен с центром тарелки 2. В конструкции последней предусмотрен кольцевой, идущий по ее краю буртик 3, что удерживает от растекания испытываемые масло/смазку 4 (или вообще смазочный материал) на величину адгезии к материалу поверхности тарелки 2. Высота буртика 3 обычно не должна превышать 2 мм. Вне блока 1, ниже его, установлены точные электронные весы 16, на которые своим съемным основанием уширенным 14 свободно опирается стержень опорный 12, имеющий на своем верхнем конце прикрепленный к нему стакан 11. В устройстве имеются опоры 5 для установки на них мотора/двигателя, стойки боковые 15, играющие роль поддерживающих стен для устанавливаемых на них съемных температурных камер/блоков 1. Втулка 8 верхняя и втулка 13 нижняя - монтажные, служащие для прохода через них соответственно выходного вала 6 мотора и стержня опорного 12. Наконец, стакан 11 для улавливания разлетающейся в боковые стороны смазки установлен жестко на стержне опорном 12.
Работа устройства включает в себя следующие операции.
В съемной температурной камере (или в блоке) 1 установить тарелку 2 с прикрепленным к ней валом 10, соединив этот вал с соединительной муфтой 9, имеющейся на конце выходного вала 6 мотора 7, опирающегося на опоры 5. Налить исследуемую на адгезию к материалу тарелки 2 масло/смазку 4 в тарелку 2 до краев (по верхний край кольцевого буртика 3). Большая высота буртика, чем 2 мм, не совсем желательна, так как может начаться в испытании просто разрыв и отделение самой смазки, а не ее отрыв с поверхности тарелки 2. Форма этого буртика такова, что его поверхность полого наклонена к дну тарелки 2 в сторону центра. Далее установить стакан 11, в днище которого ввернуть верхнюю часть стержня опорного 12. К нижнему концу этого стержня прикрепить съемное уширенное основание 14, которое должно лечь на установленные точные электронные весы 16, поставленные (как и все устройство) на общее основание устройства 17. Так как температурная камера (или блок) 1 съемная, то есть возможно тестирование адгезии масла/смазки как при повышенной, так и при пониженной температурах, то верхняя 8 и нижняя 13 втулки должны быть установлены в сделанных отверстиях блока из таких материалов, которые минимальным образом реагируют на температуру по линейному расширению, которое должно быть минимальным. В противном случае при недопустимом увеличении внутренних диаметров отверстий втулок из-за нагревания будет заклинивание пар трения (выходного вала двигателя и/или стержня опорного 12), что недопустимо. При использовании холодильной температурной камеры реализуется иное требование к обеим втулкам 8 и 13. В частности, их внутренние диаметры отверстий должны почти не изменяться.
Включив мотор 7, плавно увеличиваем его число оборотов. Сразу после отрыва первых капель смазки 4 с поверхности вращающейся тарелки 2, которые попадут на стенки стакана 11, точные электронные весы покажут увеличение массы. При этом скорость вращения выходного вала 6 мотора 7 также считывается (например, при использовании датчика Холла). Обороты мотора постепенно увеличиваются до тех пор, пока масса стакана не перестанет возрастать из-за того, что вся смазочная масса вылетела с вращающейся тарелки 2, что как раз и характеризует фактическую адгезионную характеристику смазки к конкретному материалу, из которого была изготовлена тарелка 2. На этом принципе можно осуществлять сравнение адгезионных характеристик масел/смазок, контактирующих с различными поверхностями деталей при разных температурах, для чего отверстия в блоке 1 снабжены съемными втулками, которые по своим материалам и линейным размерам соответствуют изменяемым температурным режимам тестирования легкотекущих смазочных материалов. Это обеспечивает сохранение в сопряжениях минимальных зазоров, уменьшающих утечки тепла или холода из блока 1. После завершения тестирования мотор отключается, а устройство подготавливается к следующему циклу испытаний.
Таким образом, заявленная цель выполнена. Дополнительным преимуществом является то, что благодаря наличию съемной температурной камеры (блока) можно проводить эксперименты как при положительных, так и при отрицательных температурах, используя для этого стандартное нагревательное или холодильное оборудование, включая стандартные приборы контроля температуры и скорости вращения вала привода и систему взвешивания.