ИОНИЗАЦИЯ ОКСИАЗОРЕАГЕНТОВ В НЕВОДНЫХ РАСТВОРАХ

В неорганическом анализе широко применяются оксиазосоединения, содержащие оксигруппы в ОиО¹ – положениях по отношению к азогруппе [1 - 2]. Наиболее часто использующиеся для количественного определения Мо (VI) в смесях неводных растворителей эриохром черный Т и магнезон ИРЭА и выбраны нами для изучения [3].

Большинство оксиазосоединений представляют собой слабые органические кислоты с различными по природе, количеству и месту присоединения заместителями. Ионизация этих реагентов и эффективный выход их ионных форм определяются кислотностью неводного раствора.

Для точной принадлежности какой-то определенной части равновесия определенному интервалу рН^М необходимо наличие буферных растворов в широком интервале кислотности, в котором можно проследить за всеми равновесиями, существующими в неводных растворах спектрофотометрическим методом.

Растворы оксиазосоединений интенсивно окрашены и поглощают электромагнитное излучение в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях.

Из структурных формул (рис.1) видно, что реагенты имеют одинаковую функционально-аналитическую группировку, но отличаются структурой и заместителями.

Реагенты могут иметь три ступени кислотной ионизации: один протон способна отщеплять сульфогруппа и два протона гидроксильные группы.

В водных растворах кислотно-основные равновесия и состояние эриохром черного Т подробно изучены И.П.Алимариным с сотрудниками (3). На кривых, выражающих зависимость светопоглощения водных растворов эриохром черного Т от величины рН, четко проявляются три участка, соответствующие различным ступеням ионизации (рис.2), по данным работы (2). Каждая форма реагента имеет определенную окраску: в кислых растворах при рН меньше 6,0 реагент ионизирован по сульфогруппе, окраска – виннокрасная; при рН от 7,0 до 11,0 окраска синяя, реагент ионизирован по сульфогруппе и одной гидроксильной группе; при рН выше 13,0 окраска оранжевая, реагент полностью ионизирован. На кривых светопоглощения магнезона ИРЕА в зависимости от рН водного раствора (кривая 1) видны только два участка существования определенных форм реагента. При рН от 1,0 до 5,0 реагент ионизирован по сульфогруппе и одной из гидроксильных групп. Практически во всех случаях сульфогруппа входит в молекулу в диссоциированной форме, вследствие ее легкой ионизации (рК = 0 – 1).

Рис.1 Структурные формулы магнезона ИРЭА и ЭХЧ-Т

В водных растворах кислотно-основные равновесия и состояние эриохром черного Т подробно изучены [3]. На кривых, выражающих зависимость светопоглощения водных растворов эриохром черного Т от величины рН, четко проявляются три участка, соответствующие различным ступеням ионизации (рис.2.2) данной работы [2].

Рис. 2. Влияние рН на окраску водных растворов магнезона ИРЭА (I) и

эриохром черного Т (2)
Величины констант диссоциации, найденные графически и рассчитанные по формуле Комаря, хорошо совпадают рК₂= 6,83±0,2; рК₃ = 11,4±0,1 [2].

На кривых светопоглощения магнезона ИРЭА в зависимости от рН водного раствора (рис.2 (1)) [3] видны только два участка существования определенных форм реагента. При рН от 1 до 5 реагент ионизирован по сульфогруппе и по одной из гидроксильных групп.

Практически во всех случаях сульфогруппа входит в молекулу в диссоциированной форме, вследствие ее легкой ионизации (рК₁~0÷1) [4].

Последовательность диссоциации оксигрупп в молекулах магнезона ИРЭА и эриохром черного Т неоднозначна, так как наличие одинаковых атомов (двух атомов кислорода и двух атомов азота) делает неочевидным порядок вступления их в реакцию.

Г. Цолингер [5], рассматривая константы ионизации ряда азокрасителей, объяснил понижение величины второй константы диссоциации по сравнению с первой наличием внутримолекулярной водородной связи.

Органические реагенты, содержащие две расположенные в О,О¹ – положениях гидроксильные группы, образуют лишь одну внутримолекулярную водородную связь атома водорода ОН- группы с координационно ненасыщенным β-атомом азота азогруппы [6].

В случае магнезона ИРЭА образование водородной связи возможно как между окси группой бензольной составляющей и азогруппой, так и между окси группой нафталинового ядра и азогруппой.

В работе М.З. Ямпольского с сотрудниками [6] для выяснения вопроса, какая из оксигрупп образует водородную связь исследованы О,О¹– азосоединения с различной природой и положением заместителей в бензольной и нафталиновой составляющих. При изменении природы и положения заместителей в бензольной составляющей величина рК₂значительно меняется в пределах от 8,0до 2,0. Это говорит о том, что первым повергается ионизации протонбензольной окси группы. Замена заместителей в нафталиновой составляющей отражается в основном на значении рК₃ (10÷12), т.е. на прочности водородной связи, которая разрушается только в сильнощелочной среде. Предпочтительная диссоциация бензольной оксигруппы позже доказана квантово-механическими расчетами [7].

Экспериментальные данные С.Б. Саввина [7], говорят о том, что наличие сульфогруппы ослабляет водородную связь, а нитрогруппы усиливают способность оксигрупп к ионизации.

По-видимому, электроноакцепторный характер нитро- и сульфогрупп способствует смещению центра тяжести электронного облака от атома водорода к атому кислорода, поляризации этой связи и предпочтительной диссоциации гидроксильной группы нафталиновой составляющей, содержащей заместители.

Наши экспериментальные данные по кислотно-основным равновесиям магнезонаИРЕА и эриохром черного Т в смесях метанола с изоамилацетатом различного состава показывают, что зависимость оптической плотности от кислотности растворов и качественный вид спектров реагентов имеют подобный характер, что и в водных растворах.

Разработанные нами буферные растворы для смесей неводных растворителей позволили определить константы ионизации магнезона ИРЕА и эриохром черного Т спектрофотометрическим методом. Этот метод позволяет получить не только качественную характеристику состояния реагентов и отразить влияние на них таких факторов, как природа растворителя, присутствие посторонних ионов, рН раствора, температуры, но и количественно учесть влияние всех этих факторов. Кроме того, спектрофотометрический метод позволяет удачно обойти вопрос о неизвестных величинах коэффициентов активности всех форм реагентов, участвующих в равновесии, при расчете величин констант ионизации, поскольку для определения активной концентрации этих форм используются пропорциональные им величины светопоглощения.

Для оценки состояния реагентов визученныхсмсях неводных растворителей были сняты спектры поглощения в широком диапазоне длин волн и кислотности среды. Кривые светопоглощения растворов магнезона ИРЕА и эриохром черного Т приведены рис.3 и 5. Концентрация реагентов в фотометрируемых растворах составляла 3,6.10^-5М/л. Общий объем 4,15 мл, кюветы кварцевые с толщиной слоя 1,0 см. Ионная сила раствора ( = 0,01 ) поддерживалась постоянной добавлением рассчитанного количества хлорида лития с учетом степени диссоциации его в каждой из смесей неводных растворителей.

Кривые, выражающие зависимость светопоглощения растворов реагентов от величины рН^м раствора при различных длинах волн приведены на рис. 4 и 6. На рисунках четко проявляются три участка кривой, соответствующие различным ступеням ионизации реагентов.

Как видно из рис.3, растворы магнезона ИРЕА в интервале кислотности от рН^м = 2,0 до рН^м = 10,5 имеют максимум светопоглощеня при 500 нм. При рН^м больше 10,5 наблюдается батохромный сдвиг полосы поглощения реагента до 560 – 610 нм.


Растворы эриохром черного Т (рис.4) в кислой области имеют максимум светопоглощения при 500 – 520 нм, в щелочной области также наблюдается батохромный сдвиг полосы поглощения реагента до 580 – 610 нм.

Для каждой из равновесных форм реагентов определены величины констант диссоциации. Поскольку на первой ступени диссоциации (по сульфогруппе) оба реагента даже при рН^м = 1,0 находятся в виде аниона, процессы ступенчатой диссоциации по спектрофотометрическим данным начинаются не с молекулы, а с однозарядного аниона. В связи с этим, а также невозможностью приготовления более кислотных неводных растворов, вследствие разделения компонентов смеси, расчет констант диссоциации по сульфогруппе не проводился.

Величины констант диссоциации были определены графическим методом по кривым А – рН^м и рассчитаны по методу Н.П. Комаря (8) по данным наклонных участков зависимостей А – рН^м. Необходимые для расчетов констант диссоциации данные приведены в табл.27 и 29

Определенные таким образом ступенчатые константы диссоциации гидроксильных групп реагентов в исследованных смесях неводных растворителей приведены в табл.31 и 33. Сравнивая величины констант диссоциации, полученных двумя методами, видим, что они хорошо согласуются друг с другом.

1. 
   Басаргин Н.Н. Журнал аналитической химии.- 1967.- т.22.- с.1445
   
2. 
   Дьяченко С.С., Агринская Н.А. – 1969.-т.220.- с.108
   
3. 
   Алимарин И.П., Арсланова Н.В., Судаков Ф.П. Журнал аналитической химии.- 1971.- т.26.- в.12.- с.1632.
   
4. 
   Гладкова Е.В., Дедков Ю.М. и др. Журнал аналитической химии. -1971.- т.26.-в.7.- с.894.
   
5. 
   Цолингер Г. Химия красителей. – Л.: Госхимиздат, 1960. – 276с.
   

В России в 2012 году было произведено 41,1 млн. пар обуви, из них более 35% было произведено предприятиями Южного федерального округа. Таким образом, Юг России занимает ведущее положение в производстве обуви в стране.

Но, несмотря на большую долю в производстве, в регионе спрос на обувь удовлетворен только на 14,3%, а в Северо-Кавказком федеральном округе в связи с отсутствием обувных предприятий - 0,1%.

Таким образом, более половины обувной продукции импортируется из других федеральных округов и из-за границы, к тому же, большая часть обувных предприятий, функционирующих на территории регионов, работают неофициально.

Одним из вариантов решения проблемы возрождения обувной промышленности ЮФО, СКФО и обеспечения востребованности отечественной обуви является преобразование разрозненных предприятий легкой промышленности в этих регионах в конкурентоспособный обувной кластер.

Кластер – это группа географически соседствующих взаимосвязанных компаний (поставщики, производители и др.) и связанных с ними организаций (образовательные заведения, органы государственного управления, инфраструктурные компании), действующих в определенной сфере и взаимодополняющих друг друга.

Наличие обувного кластера в ЮФО и СКФО обеспечит для входящих в него предприятий и регионов ряд преимуществ:

- повышение производительности благодаря наиболее эффективной комбинации факторов производства, доступу к информации, лучшей координации деятельности, созданию общественных благ (квалифицированная рабочая сила, специализированная инфраструктура, снижающая издержки и т.д.), стимулированию соперничества, ограничению влияния недобросовестной конкуренции;

- идет широкое распространение инноваций благодаря быстрому реагированию на изменяющиеся потребности покупателей, наличию информации о новых методиках, технологиях, возможностях осуществления поставок или экспериментирования с меньшими издержками;

- создание кластера способствует распространению новых технологий, развиваются не только взаимосвязи между предприятиями, но и эффективное взаимодействие обувной отрасли с наукой, образованием, влияющее и на стратегию региональных властей;

- доступность предприятий и местных организаций внутри кластера к информации о маркетинге, технологиях, текущих потребностях покупателей, которая может быть лучше организованна и требует меньших затрат, что позволяет предприятиям работать более продуктивно и выходить на передовой уровень производительности;

- разделение высоких затрат и рисков инноваций между участниками сети, которые не под силу изолированной фирме. Снижение издержек на приобретение и распространение знаний и технологий становится возможным благодаря включению в состав объединения производителей знаний, кадровой миграции между участниками кластера и непрерывному обучению в результате реализации формальных и неформальных связей;

- кластер оказывает позитивное влияние на повышение конкурентоспособности обувной продукции, воздействуя на две основные ее составляющие: цену и качество. Он дает возможность снижения затрат на переподготовку кадров, консалтинговые услуги, разработку и внедрение новых технологий. Плюс ко всему, кластер позволит решать и социальные задачи, посредством обеспечения большого количества рабочих мест на предприятиях, входящих в кластер;

- внедрение и сертификация предприятиями системы управления качеством продукции в соответствии со стандартами ИСО серии 9000.

В настоящее время управление качеством выпускаемой продукции гарантирует устойчивое положение обувным предприятиям ЮФО и СКФО, поэтому им необходимо радикально изменить свое отношение к качеству продукции.

Современный уровень рыночных отношений требует от производителя продукции и поставщика услуг не только обеспечения соответствия требованиям, установленным для его продукции и услуги, но и гарантии стабильности, а также надежности в его договорных обязательствах перед покупателем. Насыщенность предложений заставляет производителей завоевывать доверие своих потребителей, а также стремиться предвосхитить их требования и ожидания.

В последние годы сложилась практика, при которой основным критерием надежности поставщика продукции или услуг является наличие у него сертификата соответствия Системы Менеджмента Качества (СМК) требованиям международных стандартов (МС) ИСО (Международной Организации по Стандартизации) серии 9000. Данный сертификат подтверждает наличие на предприятии контролируемых условий для выпуска продукции такого качества, при котором достигается удовлетворенность потребителя.

Вступившая в силу с 1 января 2013 г. новая версия стандартов ИСО серии 9000 - ГОСТ ISO 9000-2011, ГОСТ ISO 9001-2011 - сократила число стандартов и уточнила принципиальные требования к менеджменту качества.

Эти стандарты стали самыми популярными из-за значительных рекламных преимуществ, которые они дают обладателю сертификата перед ближайшими конкурентами.

Стандарты ISO 9000 довольно универсальны. Они не предлагают абсолютных критериев качества для каждого отдельного вида продукции и услуг. И основываются на представлении о качестве, как способности продукции или услуг удовлетворять потребности людей. Поэтому стандарты ISO 9000 лишь задают методологию функционирования СМК на предприятии, которая и должна обеспечить необходимый уровень качества.

Система менеджмента качества, разработанная в соответствии со стандартами ИСО серии 9000, является средством достижения следующих целей руководства предприятия:

- выпуск качественной конкурентоспособной продукции и получения при этом максимальной прибыли за счёт осуществления контроля за качеством продукции на всех стадиях ее изготовления;

- улучшения качества труда;

- повышения производительности;

- снижения потерь от брака и незапланированных расходов, исключения или уменьшения затрат, связанных с претензиями потребителей.

Создание эффективной системы качества на предприятиях, объединенных в кластер, позволит добиться достижения поставленных целей при оптимальных затратах и в заданные временные интервалы.

Международный стандарт ISO 9000 определяет СМК как систему менеджмента для руководства и управления организацией применительно к качеству. СМК призвана так организовать деятельность предприятия, чтобы гарантировано обеспечивать качество продукции или услуг предприятия и «настраивать» это качество на ожидания потребителей (заказчиков). При этом ее главная задача - не контролировать каждую единицу продукции, каждую операцию, а сделать так, чтобы не было ошибок в работе, которые могли бы привести к появлению несоответствий. СМК делает акцент на предупреждение проблем, что для обувного производства является актуальным и важным.

Предприятия, вошедшие в кластер, получат такие выгоды как, демонстрация заказчику возможностей кластера, создание благоприятного имиджа; возможность конкурировать на равных с сертифицированными компаниями; сосредоточение деятельности персонала на достижении целей компании и ожиданиях клиентов; достижение и сохранение желаемого качества продукции; эффективная координация работ, повышение производительности, снижение затрат; устранение дублирования функций, оптимизацию информационных потоков, повышение показателей результативности и эффективности бизнеса.

СМК, соответствующая требованиям ГОСТ ISO 9000-2011, является гарантом стабильности деятельности организации, а также того, что никакие форс-мажорные обстоятельства не повлияют на возможности кластера предоставлять потребителям обувь высокого качества.
Литература

1. Портер М. Международная конкуренция: пер. с англ. / М. Портер. – Москва: Международные отношения, 1993. – 896 с.

2.Управление качеством конкурентоспособных и востребованных материалов и изделий: монография / Ю.Д. Мишин [и др.]; под общей редакцией д.т.н., проф. В.Т. Прохорова.- Шахты: Изд-во ГОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2008. - 654 с.

3. ГОСТ ISO 9000-2011. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь [Электронный ресурс] URL: обращение http://protect.gost.ru/

4. ГОСТ ISO 9001-2011. Системы менеджмента качества. Требования [Электронный ресурс] URL: обращение http://protect.gost.ru/

5. Тебекин А.В. Управление качеством: учебник для бакалавров. М.: Издательство Юрайт, 2012. 371с.

Решение проблем трения, смазки и износа стало важнейшим фактором повышения надежности и ресурса эксплуатации машин, с узлами с относительным перемещением их деталей.

В настоящее время в связи с интенсивным развитием мирового машиностроения различных областей применения, включая разработки для космической отрасли, вопросы трения, смазки и износа стали весьма актуальными, а их непосредственное решение занимает первоочередные места.

Такое положение обусловлено рядом причин:

Во-первых, со временем в технически развитых странах мира происходит усовершенствование и постоянное увеличение сложных машиностроительных комплексов, причем выход из строя хотя бы одного звена оборачивается колоссальными материальными и трудовыми затратами.

Во-вторых, растет производительность создаваемых технологических комплексов, также увеличивается потребность в оборудовании способном работать в сложных, агрессивных условиях [1].

В-третьих, существует необходимость в создании такого оборудования, которое имело бы достаточно большой срок службы при высоких скоростях, нагрузках температурах, а также в космосе.

Все это невозможно без применения деталей имеющих высокие физико-механические характеристики, в частности поверхностных слоев высокого качества, поскольку эти детали должны обладать износо- коррозионной и радиационной стойкостью, а также другими эксплутационными характеристиками.

Ужесточение требований к структуре и свойствам поверхностных слоев стимулировало развитие новых методов их модификации различными видами технологической обработки.

Кроме того, развитие науки о трении и изнашивании твердых тел показало, что во многих случаях в контакте трущихся тел наблюдается адаптация их материалов к условиям трения за счет протекания гаммы физических и химических процессов, стимулируемых энергией, рассеиваемой в контакте при трении. При этом, как и в случае поверхностной модификации технологическими средствами, создаются специальные поверхностные структуры, реализующие низкий и стабильный коэффициент трения при высокой износостойкости.

Большинство отказов в работе машин и подобных устройств происходит в результате износа и разрушения деталей в узлах трения, в основном, начинается с поверхностного слоя. Поэтому закономерно, что на первый план выступают вопросы, связанные с необходимостью непрерывного мониторинга работы узлов трения, с целью контроля износа пар трения, и в дальнейшем повышении их долговечности, износостойкости и разработки новых материалов для их изготовления.

Одним из методов повышения износостойкости является формирование в процессе механообработки с использованием смазочно-охлаждающих технологических сред характеристик поверхностного слоя с заранее заданными эксплуатационными свойствами, близкими к приработочным [2].

Эффективность и долговечность работы машин и агрегатов, имеющих вращающиеся детали, во многом зависит от надежности работы пары трения «сальниковое (манжетное) уплотнение-вал», т.е. от характеристик поверхностного слоя детали, режима работы, типа и качества применяемых уплотнений, а также состава среды функционирования этих устройств.

Оптимизация условий эксплуатации и причин поломок центробежных лопастных насосов серии НФ возникли задачи мониторинга износа пары трения "втулка–сальниковое уплотнение", с целью дальнейшей минимизации износа за счет более рациональных режимов резания при изготовлении втулок в процессе проведения капитального ремонта.

При одновременном действии коррозии (вследствие агрессивного состава стоков) и циклических механических воздействий прочность металлических деталей насоса быстро снижается.

Предложено устройство для непрерывного измерения износа вала сальниковым уплотнением. Схема устройства показана на рисунке 1.

Устройство состоит из корпуса 7, имеющего внутреннюю полость 10 для смазывающей жидкости. Внутри корпуса размещены основное 5 и вспомогательное 13 сальниковые уплотнения. Сальниковые уплотнения с боков фиксируются шайбами 4, 6, 11, 14. Осевые давления на сальниковые уплотнения 5 и 13 регулируются соответственно прижимными гайками 3 и 15, которые снабжены отверстиями для специального ключа.

Рис. 1 – Схема устройства для измерения износа вала

Радиальные давления на сальниковые уплотнения 5 и 13 регулируются соответственно болтами 3 и 15 на хомутах. Винт 9 служит для герметизации полости 10. Сальниковые уплотнения 5 и 13 контактируют с валом 1, который выполнен полым для размещения в нем электронной части устройства.

По вращающемуся валу 1 с помощью щеточных контактов 2 и 16 пропускается постоянный ток от генератора тока 8. К внутренней поверхности вала 1 припаяны три проводника, подключенные к дифференциальному усилителю 21. Места контактов проводников К1, К2, К3 выбраны так, чтобы между контактами К1 и К2 находилась зона износа вала основным сальниковым уплотнением, а между контактами К2 и К3 находилась зона вала, не подверженная износу. Напряжения на участках вала между контактами К1 и К2 и контактами К2 и К3 вычитаются дифференциальным усилителем 21, который перед началом испытаний регулируется так, чтобы напряжение на его выходе было равно нулю. В процессе износа вала возрастает электрическое сопротивление вала на участке между контактами К1 и К2, а при постоянном значении тока, протекающего по валу взрастает напряжение между контактами К1 и К2. Это приводит к появлению сигнала на выходе дифференциального усилителя 21. К выходу дифференциального усилителя 21 подключен модулятор 20, который осуществляет частотную модуляцию сигнала. Промодулированный по частоте сигнал усиливается усилителем мощности 19. К выходу усилителя мощности 19 подключен излучатель света 18, размещенный в центре вала.

Промодулированный световой поток 17 поступает на фотоприемник 22, сигнал с выхода которого усиливается усилителем 23. После усилителя сигнал демодулируется демодулятором 24, а затем после усиления усилителем 26 поступает на регистрирующий прибор 26 [3].

Разработанное устройство может быть применено на заводах, изготавливающих насосы, манжетные уплотнения валов, а также на предприятиях, занимающихся вопросами совершенствования этих уплотнений.

Осуществляя постоянный контроль состояния узла трения «вал-уплотнение», подшипниковых и других фрикционных узлов, своевременно проводя работы по продлению их ресурса, можно в значительной степени снизить затраты на ремонтные работы и простои оборудования, предотвратить аварийные ситуации, тем самым повысив общий уровень промышленной и экологической безопасности [4]. Контроль фрикционных узлов без их разборки можно проводить, анализируя свойства и состав соответствующих смазок, т.е. осуществляя непрерывный трибомониторинг [5].
Литература

1. Кащеев В.Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов.- М.: Машиностроение, 1978.-213 с.

2. Кукоз В.Ф. Вопросы теории и практики трибоэлектрохимии. – Ростов н/Д: Изд-во журн. "Изв. вузов Сев.- Кав. регион".2004. – 292 с.

3. Пат. 2270434 RU C2 G 01 N 3/56. Устройство для непрерывного измерения износа вала сальниковым уплотнением.

4. Гаркунов Д. Н. Триботехника (конструирование, изготовление и эксплуатация машин): Учебник. – 5-е изд., перераб. И доп. – М.: Издательство МСХА, 2002. – 632 с.

5. Кукоз Ф. И., Кукоз В. Ф., Хулла В. Д. Проблемные вопросы трибоэлектрохимии Известия ВУЗов. Сев.-Кавк. Регион. Проблемы трибоэлектрохимии. Технические науки. – 2005, Спецвыпуск. С.15-17.

Как известно, большинство отказов в работе машин и механизмов происходит в результате износа и разрушения деталей в узлах трения, в основном, начиная с поверхностного слоя [1]. Поэтому закономерно, что на первый план выступают вопросы, связанные с необходимостью непрерывного мониторинга работы узлов трения, с целью контроля износа пар трения, и в дальнейшем повышении их долговечности, износостойкости и разработки новых материалов для их изготовления.

Эффективность и долговечность работы машин и агрегатов, имеющих вращающиеся детали, во многом зависит от надежности работы пары трения «сальниковое (манжетное) уплотнение-вал», т.е. от характеристик поверхностного слоя детали, режима работы, типа и качества применяемых уплотнений, а также состава среды функционирования этих устройств.

Один из способов оценки узла трения может быть основан на установлении количественных и качественных показателей загрязнений масла. С этой целью можно успешно применять метод диэлектрометрии, вследствие того, что диэлектрическая проницаемость масел, да и любых других технологических жидкостей, изменяется в результате попадания в них частиц износа и компонентов окружающей среды. Существующие методы измерения диэлектрической проницаемости дают возможность проводить измерения в жидкостных резервуарах работающих машин в реальном масштабе времени. Это превращает рассматриваемый способ в метод экспресс-мониторинга состояния трибоузлов, позволяющий непрерывно в процессе работы механизма оценивать состояние и ресурс трибоузлов.

Наиболее простым и распространенным методом измерения диэлектрической проницаемости является способ, использующий изменение ёмкости конденсатора, между обкладками которого помещается исследуемая жидкость. Однако, работа реальных машин, содержащих узлы трения, может сопровождаться проявлением целого ряда других факторов, влияющих на диэлектрическую проницаемость технологических жидкостей.

Диэлектрическая проницаемость жидкости, а следовательно, ёмкость датчика в жидкостной магистрали, изменяется не только в зависимости от степени загрязнения используемой жидкости, но и при смене смазочных жидкостей. Например, при переходе от синтетического масла к минеральному, и наоборот.

Известно, что масла (и другие технологические жидкости) разных марок и разных производителей) содержат разный набор присадок, состав которых, к тому же зачастую не нормируется. Поэтому различаются и диэлектрические проницаемости различных не эксплуатируемых масел. Это приводит к тому, что при заполнении системы маслами, не содержащими продуктов эксплуатационного износа оборудования, разных марок и разных производителей мы будем иметь различную ёмкость датчика.

Одним из наиболее значимых факторов, влияющих на диэлектрическую проницаемость, является также изменение температуры, при работе механизма. Кроме того, сама жидкость, находясь в контакте с деталями трибосистем механизмов и аппаратов, нагретыми зачастую до весьма высоких температур, возможно, контактирует с атмосферой, изменяет свои свойства, окисляется, стареет, и как следствие также изменяет свою диэлектрическую проницаемость. В результате действия всех этих факторов возникает неоднозначность соответствия информации емкостного датчика степени износа узлов машин. Поэтому диэлектрические проницаемости различных новых масел, различаются. Отсюда возникает неоднозначность соответствия информации емкостного датчика степени износа пар трения.

Решение задачи получения достоверной информации о влиянии примесей на диэлектрическую проницаемость жидкости в обсуждаемой ситуации возможно при использовании двойных (дифференциальных) ёмкостных датчиков [2]. При этом измеряют не абсолютное значение ёмкости конденсатора датчика, а её значение относительно ёмкости такого же конденсатора, содержащего такую же жидкость, но не используемую машиной, т.е. не смешивающуюся с жидкостью в жидкостном контуре машины. Второй конденсатор заправляют той же технологической жидкостью. Жидкость в конденсаторе сравнения, как и рабочая жидкость, может иметь связь с атмосферой, или герметизироваться, аналогично условиям эксплуатации рабочей жидкости.

Конденсатор сравнения и жидкость между его обкладками могут находиться в тепловом контакте с контуром рабочей жидкости, и, следовательно, технологическая жидкость будет иметь ту же температуру и продолжительность работы при той же температуре, что и рабочая жидкость. Различие в условиях эксплуатации технологических жидкостей в этих конденсаторах заключается только в том, что в конденсаторе сравнения жидкость не омывает работающие узлы машин и механизмов. Но она того же состава, той же температуры, так же окисляется, стареет, оводняется, как и рабочая жидкость, которая используется машиной.

При проведении измерений по описанному методу основной причиной различия ёмкостей конденсаторов датчика, а, следовательно, и диэлектрических проницаемостей жидкостей между их обкладками, является только содержание в рабочей жидкости продуктов износа омываемых ей трибоузлов соответствующих систем. Измерение отношения эксплуатируемых емкостей позволяет проводить достоверный мониторинг состояния этих узлов, их износа, а следовательно, остаточного ресурса систем, контролируя величину и скорость отклонения отношения ёмкостей от эталонных значений, полученных, например, для неработавшей и максимально загрязненной жидкости, используемой машиной.

Рис. 1 - Схема устройства для мониторинга состояния узла трения.

Конденсатор сравнения С2 находится в объёме, заполненном такой же жидкость, что и жидкостная магистраль машины, но отделенном от неё, в результате чего жидкости они не смешиваются. Между жидкостями в конденсаторах С2 и С1, возможен только тепловой контакт.

Рис. 2 - Схема устройства для измерения величины и скорости отклонения диэлектрических проницаемостей нового и эксплуатируемого смазочного механизма

Измерение осуществляют путем контроля отношения ёмкости рабочего конденсатора С1 к ёмкости конденсатора сравнения С2 при помощи мостовой схемы, которая балансируется во время заправки системы жидкостью. В этот момент в рабочей жидкости частицы износа ещё отсутствуют, температуры жидкостей одинаковы, поэтому диэлектрическая проницаемость жидкостей в обоих конденсаторах одинакова. Под балансировкой понимается начальная установка нулевого напряжения на выходных контактах при помощи переменного резистора. Мост питается переменным напряжением. При работе машины или аппарата происходит загрязнение рабочей жидкости продуктами износа, в то время как жидкость в конденсаторе сравнения, не смешиваясь с рабочей жидкостью, таких продуктов износа не содержит. В результате ёмкости конденсаторов в ходе эксплуатации машины изменяются на различную величину и мост разбалансировывается. Величина напряжения разбаланса пропорциональна концентрации частиц износа в жидкости и в конечном счете определяет степень износа узлов, омываемых этой жидкостью. Измеряя это напряжение и сравнивая его с напряжением, полученным для нерабочей и максимально загрязненной жидкости, можно оценить степень износа и остаточный ресурс узлов машины, омываемых данной технологической жидкостью [3].

Системы трибомониторинга, основанные на измерении диэлектрической проницаемости жидкости, способны осуществлять непрерывный контроль и анализ неисправностей и отклонения от нормального режима систем смазки двигателя, систем гидравлики, охлаждения и других систем использующих технические жидкости. Это позволит своевременно осуществлять ремонтные работы в соответствии с реальным техническим состоянием машины.
Литература

1. Гаркунов Д.Н. Триботехника (конструирование, изготовление и эксплуатация машин): Учебник. – 5-е изд., перераб. И доп. – М.: Издательство МСХА, 2002. – 632 с.

2. Хулла В.Д. Электрохимический трибомониторинг. – Ростов н/Д:Изд-во журн. "Изв. вузов Сев.- Кав. регион". 2006 – 184 с.

3. Пат. 2310187 RU G 01 N 15/06. Способы контроля технического состояния машин и механизмов.