Systems. Methods. Technologies 3 (43) 2019

Системы Методы Технологии. Н.А. Райковский и др. Методика бесконтактного … 2019 № 3 (43) с. 14-19 15 tem of the stand allows to determine the load-speed and tribological characteristics of a friction pair, as well as the surface temper- ature of the disk and the sample. The measured parameters are displayed on the personal computer in the form of trends over time. The proposed method, which provides a measurement error of no more than 2%, has been tested on various materials, including metal films, polymer composite and ceramic materials. Keywords: experimental technique; friction without lubrication; transfer film; temperature; pyrometer; radiation coefficient. Введение Температура является важным фактором, опреде- ляющим основные технические показатели работы са- мосмазывающихся узлов трения, в связи с чем, учиты- вая задачи трибоисследований, разработаны различные методы экспериментальной оценки температуры [на- пример, 1–9]. Учитывая тот факт, что большинство самосмазывающихся материалов имеют низкие значе- ния коэффициентов теплопроводности, целесообразно измерять температуру трения на поверхности (или на некотором расстоянии от поверхности) контртела, в качестве которого, как правило, выступают стальные детали. Однако выполнить реализацию системы изме- рения температуры с контактными датчиками [10], вращающуюся вместе с объектом измерения и разме- щенную внутри него, часто невозможно, в том числе в связи с малыми размерами трибосопряжений. Анали- тические методы определения температуры разработа- ны для малых скоростей [11]. В связи с этим интерес вызывают бесконтактные методы контроля температу- ры контртела [12;13]. Однако при реализации таких методов возникает ряд сложностей, обусловленных малой величиной излучательной способности метал- лов, ее неопределенностью и переотражением излуче- ния [13]. Теория. Интегральный коэффициент излучения оп- ределяется в соответствии с международным стандар- том [14], по классическому методу отношения спек- тральной мощности излучения r ОК , попадающей на приемник излучения от объекта контроля (ОК) при известной температуре Т , к мощности излучения r АЧТ , попадающей на приемник излучения от АЧТ (абсолют- но черное тело) при той же температуре Т как: ε (как Т ) = ок ( λ , Т ) АЧТ ( ,Т) . (1) Таким образом, согласно закону Стефана– Больц- мана, для пирометров полного излучения, прошедших градуировку по АЧТ, температура металла определяет- ся при условии определенной ранее величины коэффи- циента излучения. В справочной литературе и техниче- ской документации к пирометрам приводятся ориенти- ровочные значения коэффициентов излучения для определенной температуры с неопределенностью Δ  = 0.01…0.05 и более. Погрешность определения температуры ΔТ , связанная с неопределенностью коэффициента излучения Δ  , для пирометра частичного излучения с учетом отраженного фонового излучения определяется уравнением [15]: ⎹ Δ Т ⎸ = ∙ 1 − Т Т ∙ ⎹ Δε ε ⎸ ∙ Т , (2) где Т —истинная температура поверхности ОК, K ; T O — отраженная условная температура фона, K ; Δ  — неопределенность коэффициента излучения;  — интегральный коэффициент излучения; n — коэффициент, определяемый спектральным интерва- лом чувствительности пирометра Δ  . В практике беcконтактного контроля температуры используется понятие эффективного коэффициента излучения как интегрального коэффициента, учиты- вающего воздействие возмущающих факторов в реаль- ных условиях. В соответствии с выраженем (1) эффективный коэффициент излучения поверхности с известной температурой определяется непосредственно в условиях измерений по уравнению: ε эф λ , Т р = Т р Т А Т Д Т А , (3) где T Д —действительная температура поверхности дис- ка, К ; T Р —радиационная температура, измеренная пи- рометром, имеющим градуировку по АЧТ при задан- ном коэффициенте излучения ε =1, К ; T А —температура приемника излучения. В качестве практического решения по повышению достоверности бесконтактного измерения температуры в соответствии с РД [16] возможно чернение поверхно- сти краской с коэффициентом излучения ε = 0,95. В таком случае контроль температуры осуществляется в максимальной близости к зоне трения, а поправка вно- сится расчетным путем [17]. При этом принимается, что зависимость температуры в зоне трения от темпе- ратуры прилегающего кольца линейная. Описание экспериментальной установки. Блок- схема системы измерения экспериментального стенда для определения триботехнических и температурных характеристик самосмазывающихся пар трения, реали- зованного по схеме «палец – диск», представлена на рис. 1, фотографическое изображение — на рис. 2. Экспериментальный стенд состоит из вертикально установленного электрошпинделя, размещенного на раме, в котором закреплен стальной диск диаметром 80 мм, выполненный из стали 40Х, с параметрами HRC 54 и Ra 0,32. Частота вращения шпинделя регулируется за счет частотного преобразователя S900-2RS2.2GE в диапазоне 0÷24000 об/мин, что позволяет реализовать скорости скольжения в зоне трения до 80 м/с. Учиты- вая большие частоты вращения, электрошпиндель снабжен системой охлаждения. Самосмазывающийся образец выполнен в форме пальца с размерами: диа- метр —7 мм, длина —10 мм. Образцы, в зависимости от задач исследования, выполняются из различных ма- териалов, в том числе из полимерных и керамических материалов, пленок металлов. Инфракрасный термо- метр MLX90614-ACF имеет заводскую калибровку по модели АЧТ, спектральный диапазон чувствительности Δ  = 5,5–14 мкм и возможность введения коэффициен- та поправки на коэффициент излучения поверхности ε .