Tribological Properties of a Rubber Seal under Operation with Oil Containing MoS2 Nanoparticles

• Autorzy: Szczypiński-Sala Wojciech , Tomala Agnieszka , Lubas Janusz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.5969

Warianty tytułu

PL

Tribologiczna ocena pracy węzła uszczelniającego przy obecności nanocząstek MoS2 w czynniku uszczelnianym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The issues associated with sealing operation are of vital significance due to their function in mechanics. The most universal, simple, and cheap solution of seals are O-rings. They are most commonly used for all seals. The article evaluates the operation characteristics of an O-ring seals under operation with oils containing MoS2 nanoparticles. The measurements were made on the sealing node model in a hydraulic cylinder where the round cross section seal cooperated with the piston rod. The changes of the friction force during rod movement resulting from the friction between the seal and the rod were analysed. The investigations presented in this paper allow one to conclude that, for the assumed research conditions, the average values of the friction force during instroke are higher for PAO oil with MoS2 additive in comparison to pure PAO base oil. In addition, the boundary velocity of the rod above in which the decrease of friction force was observed is higher for pure PAO oil.

PL

Zagadnienia związane z wszelkimi aspektami działania uszczelnień są bardzo istotne z uwagi na konsekwencje wynikające z ich nieprawidłowego działania. Szeroko stosowanym i najbardziej uniwersalnym rozwiązaniem są uszczelnienia typu O-ring. W artykule omówiono wyniki przeprowadzonych badań, których celem była ocena charakterystyki pracy uszczelnienia w ruchu posuwisto zwrotnym działającego w kontakcie z olejami zawierającymi nanocząsteczki MoS2. Pomiary wykonano na modelu węzła uszczelniającego w cylindrze hydraulicznym. Badaną parą uszczelniającą było tłoczysko i pierścień uszczelniający typu O-ring. Analizie poddano zmiany siły tarcia podczas roboczego suwu tłoczyska, oraz wpływ na ich wartość prędkości przesuwu tłoczyska. Uzyskane podczas badan wyniki pozwalają stwierdzić, że w zakresie ocenianych warunków pracy uszczelnienia średnie wartości siły tarcia podczas dośrodkowego ruchu tłoczyska są większe przy smarowaniu czystym olejem PAO w porównaniu z olejem PAO z dodatkiem cząsteczek MoS2. Graniczna prędkość posuwu tłoczyska, powyżej której obserwowane jest zmniejszenie wartości oporów tarcia jest wyższa dla czystego oleju PAO.

Słowa kluczowe

EN

mechanical seals; oils; friction

PL

uszczelnienia; oleje; tarcie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 4
• Strony: 95--103
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Szczypiński-Sala Wojciech

• Cracow University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Jana Pawła II 37 Street, 31-864 Cracow, Poland

autor

Tomala Agnieszka

• Łukasiewicz Research Network – Institute for Sustainable Technologies, Pułaskiego 6/10 Street, Radom, Poland

autor

Lubas Janusz

• Rzeszów University of Technology, Dept of Combustion Engines and Transport, Powstańców Warszawy 12 Ave., 35-959 Rzeszów, Poland

Bibliografia

• 1. Kim G. H., Lee Y. S., Yang H. L.: A new design concept of metal O-ring seal for long-term performance. Vacuum, 123, 2016, pp. 54–61.
• 2. Jiann C. Yang, E. Hnetkovsky, D. Rinehart, M. Fernandez, F. Gonzalez, J. Borowsky: Performance of metal and polymeric O-ring seals during beyond-design-basis thermal conditions. Polymer Testing, 58, 2017, pp. 135–141.
• 3. Popov V. L.: Contact mechanics and friction: physical principals and applications. Heidelberg: Springer; 2010.
• 4. Maegawa S., Itoigawa F., Nakamura T.: A role of friction-induced torque in sliding friction of rubber materials. Tribology International 93, 2016, pp. 182–189.
• 5. Guo Y., Wang J., Li K., Ding X.: Tribological properties and morphology of bimodal elastomeric nitrile butadiene rubber networks. Materials and Design, 52, 2013, pp. 861–869.
• 6. Gawliński M.: Lokalne warunki styku a opory tarcia elastomerowych wargowych pierścieni uszczelniających. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2004.
• 7. Shahnazar S., Bagheri S., Abd Hamid S. B.: Enhancing lubricant properties by nanoparticle additives. Int J Hydrogen Energy 2016;41:3153–70. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.12.040.
• 8. Rabaso P., Ville F., Dassenoy F., Diaby M. P., Cavoret J., et al.: Boundary lubrication: influence of the size and structure of inorganic fullerene-like MoS2 nanoparticles on friction and wear reduction. Wear 2014; 320, pp.161–78. http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2014.09.001.
• 9. Huang H. D., Tu J. P., Zou T. Z., Zhang L. L., He D. N.: Friction and wear properties of IFMoS2 as additive in paraffin oil. Tribol Lett 2005;20:247–50. http://dx.doi.org/10.1007/s11249-005-8552-z.
• 10. Kornaev A., Savin L., Kornaeva E., Fetisov A.: Influence of the ultrafine oil additives on friction and vibration in journal bearings. Tribol Int 2016;101:131–40. http://dx.doi.org/10.1016/j.triboint.2016.04.014.
• 11. Bartz W. J., Müller K.: Investigations on the lubricating effectiveness of molybdenum disulfide. Wear 1972; 20, pp. 371–9. http://dx.doi.org/10.1016/0043-1648(72)90416-4.
• 12. Ilseng A., Skallerud B. H., Clausen A. H.: Tension behaviour of HNBR and FKM elastomers for a wide range of temperatures. Polymer Testing 49, 2016, pp. 128–136, .
• 13. Bing-qing Wang, Xu-dong Peng, Xiang-kai Meng: A thermo-elastohydrodynamic lubrication model for hydraulic rod O-ring seals under mixed lubrication conditions. Tribology International, 129, 2019, pp. 442–458.
• 14. Richter B.: Evaluation of stability tests for elastomeric materials and seals. International Polymer Science and Technology, 41, No. 5, 2014.
• 15. Zhi Chen, Tinchao Liu, Jianming Li, The effect of the O-ring on the end face deformation of mechanical seals based on numerical simulation. Tribology International, 97, 2016, pp. 278–287.
• 16. Faria M. T. C., Miranda W. M.: Pressure dam influence on the performance of gas face seals. Tribology International, 47, 2012, pp. 134–141.
• 17. Dowson D., Swales P. D.: The development of elastohydrodynamic conditions in a reciprocating seal. Proceedings of the 4th Int. Conference on fluid sealing, 1969.
• 18. Field G. J., Nau B. S.: Film thickness and friction measurements during reciprocation of a rectangular section rubber seal ring. Proceedings of the 6th Int. Conference on fluid sealing, 1973.
• 19. Field G. J.: Nau B. S.: The effects of design parameters on the lubrication of reciprocating rubber seals. Proceedings of the 7th Int. Conference on fluid sealing, 1975.
• 20. Wernecke P. W.: Analysis of the reciprocating sealing process. Proceedings of the 11th Int. Conference on fluid sealing, Cannes 1987.
• 21. Kanzaki Y., Kawahara Y., Kaneta M.: Oil film behaviour and friction characteristic in reciprocating rubber seals. Part 1: single contact. Proceedings of the 15th Int. Conference on fluid sealing, 1997.
• 22. Hirano F.: Dynamic inverse problems in hydrodynamic lubrication. Proceedings of the Int. Conference on fluid sealing, Cambridge 1967.
• 23. Hirano F., Kaneta M.: Theoretical investigation of friction and sealing characteristic of flexible seals for reciprocating motion. Proceedings of the 5th Int. Conference on fluid sealing, Warwick 1971.
• 24. Hooke C. J., O’Donoghue J. P.: Elastohydrodynamic lubrication of soft highly deformed contacts. J. Mech. Eng. Sci., 14, 1972.
• 25. Schouten M. J. W., Dollevoet R. P. B., de Laat B. M., Design of optimized seals for leak-free hydraulic cylinders. Proceedings of the 15th Int. Conference on fluid sealing, 1997.
• 26. Hirano F.: Übersicht über Ergebnisse der Dichtungsforschung an der Kyushu Universität. IX Internationale Dichtungstagung, Dresden 1990.
• 27. Müller H. K., Nau B. S.: Fluid Sealing Technology: Principles and Applications. NY, 1998.
• 28. Flitney R. K., Nau B. S.: Performance variation in reciprocating rubber seals for fluid power applications. Lubric. Eng., 44, 1988.
• 29. Field G. J., Nau B. S.: A theoretical study of the elastohydrodynamic lubrication of reciprocating rubber seals. Trans. of ASLE, 18, 1975.
• 30. Russkel L. E. C.: A rapidly converging theoretical solution of elastohydrodynamic problem for rectangular rubber seals. J. Mech. Eng. Sci., 22, 1980.
• 31. Salant R. F., Bo Yang: Numerical modeling of reciprocating fluid power seals. Proceedings of the 7th JFPS International Symposium on Fluid Power, TOYAMA 2008 September 15–18, 2008.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).