Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2025
Идентификатор DOI: 10.21177/1998-4502-2025-17-4-1875-1886
Ключевые слова: biomimetics, hydraulic prop, «green tribology», powered roof support, three - way valve, surface texture, биомиметика, гидравлическая стойка, «зеленая трибология», механизированная крепь, разгрузочно - предохранительный клапан, рельеф поверхности
Аннотация: «Зеленая трибология» является растущей областью передовых технологий ввиду синергии повышения экологичности, надежности, ресурсоэффективности и других технологических возможностей в различных областях науки и техники. Целью работы являлось экспериментальное исследование возможностей концепций «зеленой трибологии» для ключевого вспоПоказать полностьюмогательного оборудования гидроблока стойки механизированной крепи - разгрузочно - предохранительного клапана. В частности, к элементам оборудования были применены технические средства природоподобных технологий использования детерминированного микрорельефа поверхности, а также взамен эмульсии была применена экологически чистая рабочая жидкость - вода. На основе численных исследований были определены оптимальные параметры детерминированного микрорельефа, использованные в дальнейших испытаниях на разработанном гидравлическом стенде. В результате исследований получено уменьшение износа посредством поверхностей с детерминированным рельефом - до 27 %, что в комбинации с рабочей жидкостью на основе воды имеет существенный экологический и экономический потенциал. «Green tribology» integrates environmentally friendly working fluids and nature - inspired technologies of deterministic textured surfaces. Coal mines traditionally use water - based emulsions containing toxic components that contaminate groundwater. Replacing emulsion with water is ecologically justified, however it is complicated by water's low viscosity and poor lubricating properties. The purpose of the study. Experimental and numerical justification of applying nature - inspired deterministic surface micro - texturing to improve wear resistance of friction pairs in the three - function valve of a powered roof support hydraulic prop when using water as the working fluid. Materials and methods. The static elements of the valve friction pairs were covered with semi - ellipsoidal dimples arranged in a phyllotactic pattern. Accelerated bench tests were conducted on a hydraulic test stand. A water suspension with quartz sand (0.15 wt.%, particles up to 200 μm) was used as the working fluid. A parametric analysis of the influence of textured surfaces on the tribological characteristics of the valve tribocoupling was performed beforehand using the Reynolds equation and its sequential numerical solution based on finite difference discretization and the Gauss - Seidel method with relaxation. Results and discussion. The optimal geometry and arrangement parameters of the deterministic micro - texturing were determined through numerical studies and applied in subsequent tests on the hydraulic stand. Bench tests showed a wear reduction of 25 % under intermittent conditions and 27 % in continuous mode, which in combination with a water - based working fluid has significant environmental and economic potential. The effect is attributed to locally generated hydrodynamic pressure, the role of dimples as micro - reservoirs, and debris trapping. Overly dense patterns cause mutual shielding of dimples, while insufficient density reduces the effective working area. Resume. Deterministic micro - texturing effectively compensates for water's insufficient lubricating capacity and reduces hydro - abrasive wear of friction pairs. The use of nature - inspired surface texturing technologies is an effective technical means of improving the lubrication and anti - wear properties of the three - way valve of a powered roof support hydraulic prop and contributes to the promotion of safe, environmentally friendly and efficient technologies in coal mines.
Журнал: Устойчивое развитие горных территорий
Выпуск журнала: Т. 17, № 4
Номера страниц: 1875-1886
ISSN журнала: 19984502
Место издания: Владикавказ
Издатель: Северо-Кавказский горно-металлургический институт