Effect of fatty acid concentration in the working fluid of machine hydraulic drives on boundary lubricating film formation

Abstract

EN: An analysis of research regarding the effect of fatty acid additives on enhancing the anti-wear properties of working fluids was conducted. The characteristics and molecular state of the additive within the oil were identified as factors influencing the formation of a boundary lubricating film on friction surfaces. A method for intensifying additive adsorption by subjecting the working fluid to an electric field was proposed. A methodology was developed to experimentally investigate how the concentration of surfactant molecules – specifically the fatty acids under study – affects the formation of a lubricating layer on the friction surfaces of machinery hydraulic drives. Experimental studies were carried out to examine the effect of stearic and oleic acid concentrations on changes in boundary lubricating film thickness when the working fluid undergoes electrostatic treatment. A non linear relationship between lubricating film thickness and additive concentration was established, and the optimal concentrations of stearic and oleic acids – yielding the maximum boundary lubricating film thickness – were determined. UK: У цьому дослідженні вивчається вплив концентрації присадок на основі жирних кислот на формування граничної мастильної плівки на металевих поверхнях тертя під час електростатичної обробки робочих рідин гідравлічних машин. Особливу увагу приділено молекулярному стану присадки, оскільки підвищення її концентрації може сприяти утворенню надмолекулярних агрегатів і, як наслідок, зменшувати частку молекул, доступних для адсорбції на поверхнях тертя. Зовнішнє електричне поле розглядається як засіб інтенсифікації адсорбції присадок та модифікації молекулярного стану поверхнево-активних речовин у робочій рідині. Було розроблено експериментальну методику визначення товщини граничної мастильної плівки з використанням випробувального стенда, що містить 30 послідовно розміщених металевих кульок. Така конфігурація зменшує ймовірний вплив забруднювальних частинок на температури 80 °C. Досліджували концентрації стеаринової кислоти в діапазоні 0–0,35 % та олеїнової кислоти — 0–2,8 % як за умов електростатичної обробки, так і без неї. Результати експериментів продемонстрували нелінійну залежність між концентрацією присадки та товщиною граничної плівки. Для обох жирних кислот товщина плівки спочатку зростала зі збільшенням концентрації присадки, а після досягнення максимального значення — зменшувалася. Для стеаринової кислоти раціональна концентрація становила приблизно 0,17 % без електростатичної обробки та 0,22 % — з обробкою. Для олеїнової кислоти відповідні значення становили приблизно 1,5 % та 1,9 %. Максимальна товщина плівки для стеаринової кислоти становила 0,43 мкм без обробки та 0,62 мкм з електростатичною обробкою, тоді як для олеїнової кислоти ці показники дорівнювали 0,32 мкм та 0,51 мкм відповідно. Отримані результати свідчать про те, що як концентрація присадки, так і електростатична обробка впливають на формування граничної мастильної плівки за досліджуваних умов. Отримані експериментальні залежності можуть бути використані для уточнення та верифікації математичних моделей, що описують формування мастильної плівки, а також для подальшого вивчення взаємозв’язку між складом робочої рідини, молекулярним станом присадки, зношуванням і ресурсом гідравлічних систем. Висновки дослідження створюють підґрунтя для вибору раціональних концентрацій присадок на основі жирних кислот з урахуванням застосування електростатичної обробки.