Совершенствование
смазывания деталей сочленений
Смазка резко снижает
интенсивность изнашивания. Достаточно
ввести в зону контакта деталей
небольшое количество смазочного
материала, как сила трения
может снизиться в 10 раз, а
износ поверхностей трения до
1000 раз.
Эффективность смазочной
системы зависит от ее конструктивного
совершенства и качества смазочного
материала. Пока нет четких
рекомендаций по дозировке и
длительности подачи смазочных
материалов в конкретные узлы
трения машин.
При переводе трущихся деталей
машин в режим ИП необходимо
создавать принципиально новые
смазочные системы, которые бы
обеспечили автоматическое регулирование
параметров работы системы в
зависимости от режима работы
машины, то есть необходимо разрабатывать
адаптированные смазочные системы,
предупреждающие износ трущихся
деталей машин и снижающие
потери на трение.
В настоящее время
уровень технического совершенства
машин во многом определяется
именно степенью организации
смазывания узлов трения. Больше
всего нуждается в смазочных
системах станкостроительная, автомобильная
и тяжелая промышленность. Увеличение
выпуска смазочных масел должно
сопровождаться повышением их
эффективности, что требует проведения
научно-исследовательских разработок
по конструктивному и технологическому
совершенствованию производства
основных узлов систем, создания
поточных линий, улучшения планирования
и использования экономических
стимулов повышения производительности
труда. При этом большое внимание
следует уделять использованию
современных достижений триботехники.
Смазочные системы должны использоваться
в ряде машин (среди них металлорежущие
станки кузнечно-прессовые машины,
башенные краны и лифты, экскаваторы,
тракторы, магистральные локомотивы, грузовые
автомобили и автобусы, сельскохозяйственная
техника и др.). По экспертной оценке специалистов
оснащению смазочными системами и многоотводными
насосами, обеспечивающими точность и
своевременность подачи смазки, подлежит
до 85% машин и оборудования (около 2,5 млн.
единиц).
Для значительного
повышения технического уровня
и качества машин, их экономичности
и надежности необходимо решить
проблему смазывания. Это может
быть обеспечено за счет повышения
технического уровня и качества
смазочного оборудования, его унификации
и стандартизации, за счет конструктивного
совершенства узлов трения машин,
разработки и применения новых
эффективных технологических процессов
обработки трущихся деталей и
других методик.
Повышение технического
уровня смазочного оборудования
целесообразно проводить по следующим
основным направлениям:
- создание комплектного оборудования по принципу системы машин;
- расширение номенклатуры смазочных систем для различных видов стационарных и мобильных машин, а также различных производственных и климатических условий;
- создание автоматических систем, адаптирующихся к режимам работы основных узлов трения машин;
- уменьшение габаритов и металлоемкости узлов и аппаратов смазочных систем;
- повышение точности и стабильности подачи смазочного материала;
совершенствование специализации и кооперирования производства;
- перевод смазочных систем на использование смазочных материалов, обеспечивающих режим ИП, чтобы исключить ремонт узлов трения машин по причине износа.
Проблему смазывания
деталей нельзя отделит от
изучения взаимодействия смазочного
материала с металлом и влияние
на это взаимодействие структурных
факторов металла и легирующих
элементов смазочного материала.
Исследование такого взаимодействия
с определением сил трения
и износостойкости пар трения
позволит оптимизировать структуру
и химический состав металла
и состав компонентов смазочного
материала. Это научное направление,
успешно развиваемое в последние
годы и потребовавшее разработки
новых физических методов исследования
тонких поверхностных слоев металла
(десятые доли микрометра), должно
получить дальнейшее развитие
в организациях как занимающихся
созданием смазочных материалов,
так и разрабатывающих износостойкие
и антифрикционные сплавы. Именно
результаты этих исследований
будут положены в основу теории
безызносности трущихся деталей.
Исследование
электрических, магнитных и вибрационных
явлений при изнашивании
В литературе по
триботехнике за последние 30-50
лет неоднократно обращалось
внимание на роль электрических,
магнитных и вибрационных процессов
в трении, износе и смазке машин.
Последние исследования процесса
водородного изнашивания показали,
что здесь кроются большие
резервы в части повышения
срока службы деталей машин
и режущего инструмента. Электрические,
магнитные, вибрационные, а также
тепловые явления непосредственно
не влияют на интенсивность
изнашивания деталей или влияют
незначительно, но они кардинально
влияют на поведение водорода.
Разрушительной силой в данном
случае является именно водород,
а не электрическое или магнитное
поле. Это связано с тем, что
водород имеет электрический
заряд, который взаимодействует
с указанными полями. Вибрации
с высокими частотами также
воздействуют на скорость изнашивания
не сами по себе, а посредством
электрических явлений, которые,
в свою очередь, влияют на
движение водорода и способствуют
его образованию. Тепловые явления,
как и напряжения, влияя самостоятельно
на трение и износ, являются
процессами образования водорода
и способствуют продвижению его
в зону контакта.
Все изложенное
требует глубокой и всесторонней
проработки как в теоретическом
плане, так и при проведении
экспериментальных исследований. Следует
заметить, что исследование магнитных
и электрических явлений при
трении – это один из наиболее
достоверных и эффективных путей
изучения самой природы трения
и изнашивания. Для управления
процессом трения следует провести
исследования по раздельному
изучению электрических, термоэлектрических
и магнитных явлений, установить
роль каждого в зависимости
от внешних условий трения
и видов разрушения поверхностного
слоя. Особенно следует обратить
внимание на выявление нелинейности
распределения зарядов в подвижном
электрическом источнике зоны
фрикционного контакта. Именно в
нелинейности кроются многие
до сего времени еще не известные
процессы трения и изнашивания,
определяющие кинетику и интенсивность
этих физико-химических процессов.
Разработка методов
расчета деталей на износ
Наибольшее внимание
при разработке методов расчета
деталей на износ необходимо
уделить методам расчета типовых
наиболее изнашиваемых узлов
машины: направляющих металлорежущих
станков, зубчатых передач, подшипников
скольжения и качения, кулачковых механизмов,
фрикционных передач, уплотнений валов.
По вопросам расчета указанных сочленений
имеются фундаментальные разработки,
которые подробно описаны в технической
литературе и широко используются на практике.
Главной трудностью
на пути подобных расчетов
является то, что в процессе
трения происходят физико-химические
изменения в поверхностных слоях
трущихся металлов, которые трудно
поддаются математическому анализу.
Проблемы необычных
условий работы машин и приборов
Сложность этой
проблемы состоит, прежде всего,
в том, что все узлы трения
все чаще обязаны работать
в условиях, принципиально отличных
от тех, которые сформировались
в нашу эпоху на поверхности
Земли и которые с точки
зрения человека являются наиболее
привычными и естественными. Неудивительно,
что опыт по разработке узлов
трения, накопленный в машиностроении
за весь период его развития,
относится главным образом именно
к земным условиям. Совершенно
иными являются условия работы
космических объектов, характеризуемые
высоким и сверхвысоким вакуумом,
интенсивным воздействием различных
излучений, необычными тепловыми
условиями и невесомостью. Промежуточными
между земными и космическими
можно считать условия, возникающие
при полетах высотных самолетов
и ракет. Очень специфичны также
условия, возникающие при работе
технических устройств в атомной
промышленности (интенсивное жесткое
облучение и высокие температуры),
энергомашиностроении (высокие температуры
и химически активные среды), вакуумной
и полупроводниковой промышленности
(разреженные среды строго определенного
состава), криогенной технике (сверхнизкие
температуры) и ряде других. Параллельно
и одновременно с повышением
температуры окружающей среды
в современной технике все
настойчивее проявляются тенденции
к увеличению быстроходности
механизмов и росту рабочих
нагрузок, что особенно типично
для военной авиации и ракет.
Таким образом, при переходе
от обычных условий к экстремальным
решающее значение приобретает
внешнее воздействие на узел
трения, связанное со специфическими
условиями окружающей среды. Наиболее
характерными и важными факторами
здесь являются плотность и
физико-химическая активность среды,
а также наличие теплового,
ионизирующего и других излучений.
Влияние каждого из перечисленных
факторов оказывается настолько
специфичным, что требует специального
рассмотрения. Поэтому полезно классифицировать
узлы трения, работающие в напряженных
и необычных условиях, по характеру воздействия
на них окружающей среды.
Необычные и напряженные
условия все чаще заставляют
создателей новой техники пересматривать
традиционные, сложившиеся в течение
многих лет принципы разработки
узлов трения и основанные
на них конструкторские решения.
Компьютерная
трибология
Будучи междисциплинарной
наукой, трибология требует применения
системных моделей, информационных
систем по разным разделам
трибологии, трансляторов, соединяющих
эти разделы, экспертных систем
для проектирования и диагностики.
Имеется необходимость более
эффективного использования информации,
получаемой при исследовании
трибологических процессов. Диагностические
системы в значительной мере
сами базируются на слиянии
компьютерных технологий и знании
механизмов трибологических процессов.
Компьютеры позволяют
производить моделирование трибологических
процессов. Модель сложной трибосистемы
также требует для своего создания
и использования специфического
«компьютерного мышления», так
как представляет собой программный
комплекс. Опыт создания моделей
сложных трибосистем позволил
сделать ряд выводов, выявить
недостатки и сформулировать
направления дальнейшего развития.
Свое дальнейшее
развитие получила и компьютерная
технология проектирования узлов
трения. На этапе анализа здесь
предлагается использовать интерпретаторы
– экспертные системы. На этапе
синтеза используются гибридные
экспертные системы, которые содержат
модели работы узла, базы знаний
по данным разделам и систему
правил. Фактически, требуется продолжить
работу по информационным системам
в области трибологии на новом
уровне развития аппаратных, программных
средств и систем коммуникации
с учетом имеющегося опыта
и проделанной работы специалистов.
Большое значение в трибологии
имеет также теледиагностика,
причем задачей компьютерной
трибологии здесь является содержательная
часть создания системы.
Компьютеры являются
также и неотъемлемой частью
системы экспериментальных трибологических
исследований в современных испытательных
установках. Задача компьютеров
состоит в контроле и управлении
режимом эксперимента, регистрации
измеряемых параметров, обработке
результатов. Задачей, относящейся
к области компьютерной трибологии,
является поиск режимов, при которых
реализуются заданные свойства трибосистемы,
что достигается встраиванием в управление
испытательной системой программы моделирования
исследуемого процесса, ряд параметров
которой задается из эксперимента, а также
заданием критериев поиска. Для реализации
этой идеи в масштабах отрасли предстоит
проделать большую работу.
При моделировании,
компьютерном эксперименте, в системах
диагностики и мониторинга имеется
общая проблема интерпретации
результатов. Как известно, визуализация
информации позволяет интенсифицировать
процесс познания человека, подключив
интуитивные способности исследователя.
Это достигается с помощью
специальных средств компьютерной
графики. Применение технологии
виртуально-интуитивного извлечения
информации позволит при моделировании
и эксперименте более эффективно
выявлять новые трибологические
эффекты и явления.
Триботехника, интересы
здоровья и охраны окружающей среды
Этот вопрос к
настоящему времени находится
еще в стадии постановки, однако
модно утверждать, что триботехника
имеет непосредственное отношение
к здоровью людей и охране
окружающей среды.
Использование асбестосодержащих
накладок в тормозах автомобилей,
наличие паров топлива в кабинах
транспортной техники, повышенные
вибрации в машинах в результате
износа подшипников, биение валов,
зубчатых передач – все эти
и им подобные недостатки, относящиеся
к низкому уровню решений вопросов
триботехники, оказывают существенное
влияние на здоровье обслуживающего
персонала и население города.
Причинами крупных аварий и
катастроф были утечки через
уплотнения взрывоопасных продуктов,
задиры и повышенный износ
ответственных деталей, разрушение
контактных поверхностей подшипников,
рельсов, бандажей колес, поломки
зубьев шестерен, заклинивание плунжерных
пар и т. п. Двигатели автомобилей
с изношенными цилиндрами и
поршневыми кольцами не только
потребляют больше топлива, но
и значительно увеличивают загазованность
городов и поселков. Недостаточная
износостойкость уплотнительных
устройств, перегрев подшипников,
износ валов часто вызывают
течи масла, топлива, рабочей
жидкости гидравлических систем.
Все это приводит к непроизводительному
потреблению энергии, порче асфальтовых
покрытий и уничтожению растительности.
Непредусмотренный ремонт машин
в пути, проведение технического
обслуживания машин в полевых
условиях приводит к загрязнению
окружающей среды отходами масла, к
потерям топлива и т.п. Особое внимание
необходимо обратить на попадание в окружающую
среду отработанных картерных масел двигателей
внутреннего сгорания (ДВС) и методов их
утилизации. Наибольшую опасность представляют
моющие присадки к маслам, что вызывает
увеличение количества загрязняющих примесей
и накопление их в масле при картерной
смазке. Среди этих загрязнений – полициклические
ароматические углеводороды с сильно
выраженными канцерогенными свойствами.