Проблемы восстановления изношенных пар трения и продления срока эксплуатации машин и механизмов

Печать

Опубликовано 29.12.2015 07:10 , Автор: В.Е. Павлов, В.В. Золотарев, А.П. Ильин, А.В. Мостовщиков Категория: Научные семинары и конференции

 
При работе машин и механизмов пары трения претерпевают износ, приводящий к сокращению срока службы.
Для борьбы с износом человечеством тратятся колоссальные ресурсы. В условиях не сбалансированного производства машин и механизмов, эксплуатации и утилизации, продление срока эксплуатации в России практикуется замена наиболее изношенных деталей, ремонтно-профилактические работы и восстановление пар трения. В настоящее время изношенные поверхности трения восстанавливают с использованием гальванических, электродуговых, плазменных и других способов нанесения слоев. Эти методы требуют сложного и дорогостоящего оборудования, а также операций по подготовке поверхности и их последующей обработке (шлифовка, полировка, приработка и др.). Вместе с тем недавно открытый эффект избирательного переноса вещества в процессе трения [1] дает возможность восстановления пар трения в процессе их работы, т.е. провести «ремонт без разборки». Для этого используются смазочные составы с твердыми добавками, которые в условиях трения механически наносятся на поверхности пары трения, и составы с маслорастворимыми добавками, которые в условиях трения разлагаются и дают твердые вещества, осаждающиеся на поверхностях трения. Таким образом, после нанесения покрытий процесс трения происходит не между основным материалом деталей, а между нанесенным пленками.
Целью данной работы являлся анализ особенностей процесса работы металлоплакирующих смазочных составов, содержащих твердые добавки металлов и неметаллов.
В общем виде износ механизма можно представить в виде следующей зависимости (рис. 1).
Особенностью плакирования является сначала выравнивание поверхностей трения за счет встраивания твердых частиц в дефекты поверхности (трещины, канавки, и др.), а затем образование пленки из материала добавки. При этом частицы наносятся к исходному материалу деталей с помощью химического взаимодействия, диффузии и адгезии. Увеличившаяся площадь контакта пары трения также уменьшает удельную нагрузку в паре трения и снижает коэффициент трения fтр.
 
Рисунок 1 – Зависимость износа от времени работы механизма,
t0-t1приработка, t1-t2 износ, t2-t катастрофический износ
 
На первом этапе применения металлоплакирующих смазочных составов широкое распространение в России и за рубежом получили следующие медьсодержащие добавки: «Гарант», «Римет», «Metal-5» (Франция), «Repower» (США) и «Restorer» (США), использовавшие микронные порошки меди и медных сплавов. Преимуществами таких смазочных составов являются: высокая скорость нанесения медной пленки повышение устойчивости узлов трения к водородному изнашиванию и возможность плакирования относительно мягких металлов и сплавов. В то же время наличие активной поверхности меди в момент плакирования приводит к интенсивной адсорбции гетероатомных присадок из рабочего масла. При этом снижается коэффициент трения и износ в первоначальный момент эксплуатации масла, масло быстро стареет и в последующем не выполняет свои функции. Кроме того, медь с поверхности окисляется до ионов Cu2+, которые с участием кислорода приводят к деструкции длинных молекул углеводородов, что снижает вязкость масла (э/х коррозия).
Практически одновременно с медьсодержащими были разработаны железосодержащие добавки в моторные масла, которые имитировали по составу продукты износа. Такие добавки имеют несомненное преимущество в сравнении с медьсодержащими – в разы снижают концентрацию оксида углерода (II) в составе выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. В то же время они снижают износ (восстанавливают) и коэффициент трения. Недостатком железосодержащих твердых добавок является повышение износа мягких металлов и сплавов, работающих в парах трения с твердыми металлами и сплавами, например, алюминий – сталь, алюминий – чугун.
Железосодержащая добавка «Старт» испытывалась как в дизельных, так и в бензиновых двигателях. При эксплуатации автомобилей БЕЛАЗ и КАМАЗ в условиях повышенных нагрузок и запыленности (каменноугольный разрез) износ цилиндропоршневых групп двигателя ЯМЗ-240 и двигателя КамАЗ-740 снизился в 2.1 и 3.9 раза, соответственно.
Хорошие результаты в снижении коэффициента трения и износа дают фторсодержащие присадки и добавки, но практическое использование порошков фторопластов связано с трудностью смачивания поверхности их частиц. В то же время фторопласты и маслорастворимые присадки при сгорании в ДВС дают токсические вещества, что вызывает опасения экологов.
Попытки использовать в качестве добавки в моторные масла дисульфида молибдена показали, что при его применении в камере сгорания и в цилиндропоршневой группу деталей дисульфид окисляется и переходит в оксид молибдена VI, который обладает абразивными свойствами и повышает износ.
Наиболее низким коэффициентом трения обладает пара трения алмаз-алмаз. Этот экспериментальный результат стимулировал работы по добавкам нанопорошков алмаза и композиционных алмаз – графитосодержащих нанопорошков, получаемых в условиях детонационного синтеза. Порошки детонационного синтеза агломерированы и их диаметр достигает 30 нм. Исходным сырьем для производства нанопорошков алмаза является смесь тротила и гексогена. В то же время основными итогами практического использования детонационных наноалмазов являются выводы о положительном эффекте в триботехнике в узком диапазоне скоростей скольжения и нагрузок для небольшого числа пар трения.
Перспективным направлением для сильно изношенных машин и механизмов остается использование эффекта плакирования поверхности пар трения в процессе их работы. Комплексная присадка «НаноКор» включает ряд материалов, обеспечивающих в процессе работы пары трения получение композиционного плакирующего материала, сочетающего положительные свойства металоплакирующих смазочных составов, алмазосодержащих и фторсодержащих добавок.
По результатам испытаний в Испытательном Центре ГСМ и АТС ТГАСУ под руководством доктора т.н. В.А.Аметова на сравнительно новом автомобиле Киа Спортедж с пробегом 76 тыс. км, находящемся в прекрасном техническом состоянии, была получена экономия топлива 9–11% и рост компрессии в цилиндрах на 0,35 МРа.
По результатам исследований кафедры «Тракторов и автомобилей» УРГАУ, на автомобилях ВАЗ-2107,08 с пробегом, была получена экономия топлива 17–18%, рост компрессии в цилиндрах на 4–13%, снижение токсичности выхлопных газов на 25%. При этом, зафиксировано восстановление шеек коленчатого вала, а так же уменьшение кривизны цилиндров. Наращенный слой появился именно в местах наибольшего износа, и геометрия деталей стала ближе к начальной.
По многочисленным данным предприятия-производителя, появляется возможность эксплуатации техники, требующей капремонта, например, автобус ПАЗ в г. Глазове потреблял 1 литр масла ZIC на 200 км пробега. После 10 тыс. км эксплуатации с «НаноКОР-F» потребление масла составило 1 литр на 1400 км, что позволило эксплуатировать технику без капремонта.
По результатам проведенных исследований были сформулированы отдельные выводы.
1. Перспективным направлением в триботехнике изношенных машин и механизмов является применение эффекта плакирования поверхности трения в процессе их работы – «ремонт без разборки».
2. Применение нанопорошков в составе присадок упрощает проблему седиментационной устойчивости добавок в смазочных составах и осуществления эффекта плакирования поверхностей трения.
3. Сочетание положительных свойств отдельных присадок (низкий коэффициент трения, низкий износ, отсутствие гальвано-пар, отсутствие токсичных компонентов, каталитический эффект при сгорании топлива и другие) приводит к необходимости плакирования поверхностей трения композиционными пленками.
4. По результатам испытаний и практики применения, можно рекомендовать восстанавливающую наноалмазную добавку «НаноКОР-F» для значительной экономии ГСМ и снижения затрат на ремонт и эксплуатацию автомобильной и тракторной техники.
Применение такой восстанавливающей наноалмазной добавки во многом снимает проблемы восстановления изношенных пар трения и продления срока эксплуатации машин и механизмов.
 
Литература
 
1. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безизносность). М.: Изд-во МСХА, 2001. 616 с.
2. Назаренко О.Б., Ильин А.П., Тихонов Д.В. Электрический взрыв проводников: получение нанопорошков металлов и тугоплавких неметаллических соединений. Saarbrucken, Germany: LAP LAMBERT Academik Publishing, 2012. 284 c.
3. Назаренко О.Б. Электровзрывные нанопорошки: получение, свойства, применение / под. ред. проф. А.П. Ильина. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2005. 148 с.
4. Лямкин А. И., Петров Е. А., Ершов А. П., Сакович Г. В., Ставер А. М., Титов В. М.. Получение алмазов из взрывчатых веществ // Докл. Акад. наук СССР. 1988. Т.302. №3. С.611-613.
5.Отчет по научно-исследовательской работе № 4071н от 22.05.2014. / Исследование влияния восстанавливающей добавки «НаноКОР-А» на качественные характеристики моторных масел и технико-эксплутационные показатели работы автомобильных двигателей // ИЦ ГСМ и АТС ФГБОУ «Томский государственный архитектурно-строительный университет». С. 22-29.
6. Новопашин Л.А., Денежко Л.В., Павлов В.Е. Результаты исследования применения нано-алмазной (ультрадисперсные алмазы) присадки «НаноКОР-F» на эксплутационные показатели двигателя // Аграрный вестник Урала. 2015. № 4.С. 59-61.
 
Ключевые слова: смазочный состав с твердыми добавками, наноалмазы, наноалмазная добавка «НаноКОР-F», восстановление пар трения, «безразборный ремонт», продление срока эксплуатации машин и механизмов

Контактная информация:
Павлов Владимир Евгеньевич,
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.