Analýza opotřebení materiálů kluzných povrchů velkorozměrných hydrostatických ložisek

Tato práce se zaměřuje na experimentální studium opotřebení materiálů kluzných povrchů velkorozměrných hydrostatických ložisek během selhání dodávky tlakového oleje. Cílem bylo objasnit vliv materiálů a povrchových úprav na tření a opotřebení pomocí univerzálního tribometru. Za tímto účelem byla navržená metodika testování v laboratorních podmínkách. Pro tribometr byl vyvinut experimentální modul pro simulaci kritického stavu a nové postupy vyhodnocení pro získání informací o chování kontaktu. Pomocí profilometru, přesné váhy a mikroskopu byly pozorovány výsledky opotřebení. Práce obsahuje soubor vhodných potenciálních materiálů pro kluzné povrchy kapes, které byly otestovány za kritických podmínek. Jednalo se o zástupce konstrukčních ocelí a antikorozních úprav (pozinkování), měkkých i tvrdých (hliníkových) bronzů, kompozitních ložiskových výstelek (stanit), polymerů (UHMWPE) a kompozitních materiálů (PTFE). Výsledkem experimentů je závislost tření na kluzné rychlosti, míra opotřebení materiálů a další jevy naměřené pro statistický soubor vzorků pro vybrané materiály. Vznikl tak seznam charakteristik, omezení a doporučení pro testované kluzné materiály, který lze použít k efektivnějšímu návrhu a provozu velkorozměrných hydrostatických ložisek.
This thesis focuses on the experimental investigation of the wear behavior of sliding surface materials in large-scale hydrostatic bearings during oil supply failure. The aim is to clarify the influence of materials and surface treatments on friction and wear. For this purpose, a testing methodology was designed and implemented in laboratory conditions. An experimental module was developed for the tribometer to simulate a critical state and a new procedures were established for evaluating the behavior of the contact. Wear results were observed using a profilometer, precise scales, and a microscope. A set of suitable materials for pad sliding surfaces was created, which were tested under critical conditions. The selected materials were representatives of construction steel and anticorrosion treatments (galvanization), soft and hard (aluminium) bronzes, composite bearing linings (Babbitt), polymers (UHMWPE), and composite materials (PTFE). The experimental results show the dependence of friction on sliding velocity, wear rate, and other phenomena repeatedly measured on a statistical sample of selected materials. The final result is a list of characteristics, limitations, and recommendations for the tested sliding materials, which can be used for more effective design and operation of large-scale hydrostatic bearings.

Keywords

hydrostatické ložisko, tribologie, míra opotřebení, součinitel tření, kluzné povrchy kapes, hydrostatic bearing, tribology, wear rate, coefficient of friction, surface of pads

Citation

DANĚK, L. Analýza opotřebení materiálů kluzných povrchů velkorozměrných hydrostatických ložisek [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2023.

Language of document

cs

Study field

bez specializace

Comittee

prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. (předseda) doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D. (místopředseda) doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D. (člen) doc. Ing. Ivan Mazůrek, CSc. (člen) Ing. Dětřich Robenek (člen) Ing. Jan Čermák, Ph.D., MBA (člen) doc. Ing. Radomír Mendřický, Ph.D. (člen) prof. RNDr. Matej Daniel, Ph.D. (člen) Ing. Petr Čížek, Ph.D. (člen)

Date of acceptance

2023-06-21

Defence

Student prezentoval svoji práci a odpověděl na otázky oponenta: 1) Otázka č. 1 – v kapitole 4.6.12 Testování a úpravy experimentálního modulu jsou v prvním odstavci na straně 83 uvedeny pojmy „ deformace vodní hladiny“ a „oddělení vodního proudu“. Předpokládám, že se jedná pouze o přehlédnutou chybu v textu, nicméně to zapůsobilo jako popud k otázce, jak by se parametry otáčení nádoby změnily, kdyby byl olej skutečně nahrazen vodou ? ZODPOVĚZENO A v této souvislosti ještě podotázka – s ohledem na ekologickou prevenci – mělo by smysl zabývat se návrhem hydrostatického ložiska, které by jako pracovní kapalinu využívalo vhodnou vodní emulzi ? ZODPOVĚZENO Uveďte prosím zásadní odlišnosti od známého provedení VHSL, pracující na olejové bázi. ZODPOVĚZENO 2) Otázka č. 2 – na straně 51 v podkapitole Mazivo uvádíte, že z důvodů tamtéž uvedených se jako mazivo používá hydraulický olej. Vzhledem k tomu, že hydraulický olej není primárně určen pro mazání strojních zařízení a má proto mazací schopnosti pouze na úrovni nezbytné pro funkci hydraulických systémů, a dále s ohledem na požadovanou provozní spolehlivost a technickou hodnotu zařízení, které využívají VHSL, lze předpokládat, že kvalita mazacího oleje představuje velmi významný parametr. V situaci, kdy je VHSL nuceno doběhnout do klidového stavu bez tlakové vrstvy mazací kapaliny, budou mazací vlastnosti použitého oleje hrát významnou roli ve vazbě na možné poškození kontaktních ploch ložiska. Otázka tedy zní, zda jste se zamýšlel rovněž nad experimentem, který by přinesl nové poznatky o vlivu kvality mazací kapaliny na opotřebení kluzných povrchů VHSL v případě havárie tlakového systému mazání? ZODPOVĚZENO 3) Otázka č. 3 - na obr. 4-7 je uveden výkres vzorku disku. Zajímala by mě tloušťka disku (kóta T) a dále, zda byla nosná část disku vyrobena z oceli a kluzná vrstva z jiného materiálu následně nanesena? Pokud ano, pak by mě zajímalo jakým technologickým způsobem a jak silná byly tato kluzná vrstva? ZODPOVĚZENO doc. Mazůrek – Naznačujete, že parametry zkoušky by zůstali identické i při použití vody místo oleje? Vaše zařízení je uschopněno k tomuto použití? ZODPOVĚZENO doc. Mazůrek – Kalibrace se musí dělat jak s olejem i s vodou? ZODPOVĚZENO doc. Koutný – Jak dlouho běžela zkouška? ZODPOVĚZENO doc. Koutný – V jaké fázi se vyhodnocovali sledované parametry? ZODPOVĚZENO doc. Mazůrek – Jak dlouho trvá havárie ložiska? ZODPOVĚZENO doc. Koutný – Součinitel tření – zaznamenával jste celou zkoušku? Jak jste jej metodicky vyhodnocoval? ZODPOVĚZENO Jak jste získal jednu konkrétní hodnotu součinitele tření pro jeden konkrétní vzorek, proč to není jedna hodnota? ZODPOVĚZENO Dr. Čížek – Vy jste kumuloval opotřebení na základě série cyklů a následně jste zastavil mazání? ZODPOVĚZENO Dr. Čížek – Odpovídá tento stav reálnému stavu? Havarijní stav je když vypadne tak a pak proběhne pouze jednou tento havarijní stav? ZODPOVĚZENO Dr. Čížek – Nemůže mít vliv, že reálná havárie proběhne pouze jednou, ale vy kumulujete na 100 cyklů? Neovlivňuje to vaše výsledky? Neovlivňuje to opotřebení? ZODPOVĚZENO Dr. Čížek – Máte nějakou kalibraci na reálné stavy? ZODPOVĚZENO Dr. Čížek – Srovnával jste reálné poškození na základě foto s vaší modelovou situací? ZODPOVĚZENO doc. Mazůrek – porovnával jste rozptyl nebo směrodatnou odchylku na jednom vzorku vs. napříč všemi pokusy? ZODPOVĚZENO doc. Mazůrek – Chcete naznačit, že směrodatné odchylky přerůstali hodnoty v daném měření? ZODPOVĚZENO

Result of defence

práce byla úspěšně obhájena

Document licence

Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení