Современные возможности защиты от фрикционного, абразивного, эрозионного, вибрационного и коррозионного износа машин, механизмов, здани

Современные возможности  защиты от фрикционного, абразивного, эрозионного, вибрационного и коррозионного  износа

машин, механизмов, зданий и  сооружений 

Предлагается новый подход к обеспечению противоизносной эффективности смазочных материалов - целенаправленное создание надежного граничного смазочного слоя, исключающего опасность износа при пробоях разделительного слоя. Перевод всех видов механического оборудования и техники в режим безызносной эксплуатации с обслуживанием по вибродиагностическим показаниям (вместо планово-профилактического обслуживания по регламенту), надежная защита техники и конструкций от коррозии позволит разрешить общие для России, стран СНГ и всех развивающихся стран проблемы надежности эксплуатации в условиях предельного износа; снижения издержек и повышения рентабельности; ресурсо-энергосбережения. Переход к безызносной эксплуатации в сочетании с обслуживанием по диагностическим показаниям придаст новый импульс развивающимся экономикам, поскольку мировая практика показывает, что, в этой ситуации, 1 рубль инвестиций дает экономию в 500 рублей. Противоизносная эффективность полимерных материалов на основе полиуретана и полимочевины значительно возрастает при изготовлении, на их основе, твердосмазочных покрытий и самосмазывающихся конструкционных материалов.

 

 

 

 Введение

 

Трибология России, в течение  десятилетий выполняла уникальные, по своей сложности и неповторимости, задачи в обеспечение функционирования космических, подводных и многих других ответственных объектов. За долгие годы накоплен большой опыт оригинальных исследований и разработок, направленных на создание эффективных  средств борьбы с трением и  износом. Анализ содержания и направленности научного поиска последних лет выявляет устойчивую тенденцию развития отечественной  научной школы, объединяющей исследователей эффекта граничной смазки.

 

Продемонстрированная, в  свое время, У.Б. Харди и подтвержденная А.С. Ахматовым [1] возможность  целенаправленно  формировать защитный поверхностный  смазочный слой и получать режим  аномально низкого трения нашла  свое продолжение в ряде интересных независимых работ. Достигнутый  уровень исследований и разработок позволяет утверждать, что в отечественной  трибологии сформировался оригинальный подход к обеспечению надежной защиты поверхностей трения от износа.

 

 Эффективность защиты  от износа с помощью специально  созданного граничного смазочного  слоя столь велика, что можно  говорить о практической реализации  понятия безызносности, введенного в обиход  Д.Н. Гаркуновым и И.В. Крагельским в связи с открытием в 1956 г. эффекта избирательного переноса.

 

Научное значение предлагаемого  подхода обусловлено тем, что  он стимулирует развитие трибологии на самом современном уровне, с  широким привлечением отечественных  нанотехнологий. Практическая ценность достижений российских ученых заключается в том, что появляется возможность перевода всех видов механического оборудования в режим безызносной эксплуатации.  В результате, отпадает необходимость планово-профилактического обслуживания по регламенту, появляется объективная востребованность массового применения средств трибодиагностики, чем обеспечивается достаточная надежность эксплуатации оборудования, даже в условиях предельного износа, с одновременным значительным снижением стоимости эксплуатации.

 p align="justify">Наш анализ рыночной конъюнктуры в области смазочных материалов показывает, что на мировом рынке складываются все более благоприятные условия для того, чтобы предпринять попытку целенаправленного массового вывода российской инновационной продукции, направленной на достижение безызносности, на рынки развивающихся стран, что послужит примером инновационных преобразований в науке и экономике нашей страны.

 

Усилия мировых производителей смазочных материалов обеспечить условия  противоизносной защиты, опираясь на традиционную гидродинамическую модель, привели к росту стоимости масел и смазок до значений, недоступных массовому покупателю в развивающихся странах. Этого следовало ожидать, поскольку создание гидродинамического разделительного смазочного слоя накладывает взаимоисключающие требование заданной вязкости масляного слоя, в границах рабочего температурного диапазона и в течение срока службы  масла, и требование быстрого протекания смазки в зазорах между поверхностями трения.  Ситуация осложняется тем, что условия эксплуатации техники в развитых и развивающихся странах принципиально различны. Например, в развитых  странах поддерживается достаточно высокий уровень качества дорожных покрытий, поэтому автомобили не испытывают ударов и резких сотрясений во время движения. Практикуется аккуратное техническое обслуживание и замена автомобилей по мере морального износа, вследствие чего износ двигателей и трансмиссии, в основном, не превышает половины ресурса. 

 

В России и в других развивающихся  странах качество дорожного покрытия намного хуже, а износ механических узлов превышает 50% ресурса. Известно, что, в процессе износа любых механических узлов, величина вибропараметров: виброперемещения, виброскорости и виброускорения, - возрастает в 30-100 раз. Поэтому,  с первых метров пробега по российским дорогам, двигатели, трансмиссия и другие узлы автомобилей испытывают удары из-за неровностей на дорогах, а подавляющее большинство техники подвергается усиленному вибрационному воздействию. Все это вызывает пробои гидродинамического разделительного слоя смазки и заставляет узлы трения работать в режиме граничной смазки.

 

Пакеты антифрикционных, противоизносных и противозадирных присадок, применяемые в зарубежных маслах и закупаемые отечественными производителями смазочных материалов, не рассчитаны на столь жесткие режимы эксплуатации. В то же время, принципиальные возможности обеспечения безызносности, продемонстрированные исследователями избирательного переноса, уникальных свойств серпентинитов, трибополимеров, эпиламов, фторорганических, хлорорганических материалов и других средств защиты поверхностей трения, создают реальную основу для завоевания Россией конкурентных позиций на рынке смазочных материалов развивающихся стран.

 

Речь идет о целенаправленном переносе акцента с усилий по созданию адекватного разделительного слоя на то, чтобы изначально создавать  надежный граничный смазочный слой, исключающий опасность износа при  пробоях разделительного слоя.

 

 

 Антифрикционная ресурсовосстанавливающая композиция

 

Эффективность предлагаемого  подхода наглядно подтверждается результатами испытаний антифрикционной ресурсовосстанавливающей композиции (АРВК), разработанной в 2003 г. специалистами Института машиноведения РАН и ООО «Венчур-Н» [2]. АРВК является суспензией, состоящей из базовой жидкости, серпентинита (силиката магния) в виде взвеси и трибополимеробразующей (ТПО) присадки. В АРВК, взаимно усиливающим образом, объединены уникальные антифрикционные и противоизносные свойства ТПО присадок и восстановительный эффект серпентинитов.

 

В действии АРВК можно выделить следующие фазы:

 

- очистка, микрошлифование  поверхностей трения и внедрение  в них силиката магния под  действием контактного давления  двух соприкасающихся деталей  (например, зубья шестерен, шарик  и дорожка качения в подшипнике, компрессионное кольцо и стенка  цилиндра и т.п.);

 

- распределение силиката  магния в приповерхностном слое, сопровождающееся увеличением объема  и восстановлением формы и  размеров деталей;

 

- образование антифрикционного  и противоизносного эффекта на контактирующих поверхностях за счет уменьшения шероховатости до Ra=0.1-0.15 мкм, выравнивания твердости обеих поверхностей на уровне HRC 56-60 и формирования трибополимерного слоя.

 

Интенсивность внедрения  силиката магния в поверхность пропорциональна  локальному давлению в пятне контакта. Поэтому вызванные износом деталей  биения стимулируют внедрение силиката именно в наиболее изношенные участки  поверхности, что приводит к восстановлению правильной формы и размеров деталей. Процесс внедрения автоматически  прекращается при достижении исходных формы и размеров и при снижении шероховатости, поскольку контактное давление уменьшается более, чем  в 30 раз, и принимает значение ниже порогового.

 

Лабораторные измерения  и натурные испытания АРВК на действующем  оборудовании тепло-электростанций, на металлорежущих станках, на двигателях и трансмиссии автомобилей показали, что АРВК совместима с любыми маслами. Во всех случаях, противоизносная эффективность любого самого дешевого масла поднималась до уровня, превышающего уровень лучших импортных моторных масел (рис. 1). В частности, на рис. 1 верхняя кривая соответствует глубине износа канавки, при истирании ролик по пластине на машине трения Шкода-Савина, для самого дешевого минерального моторного масла, а нижняя кривая получена после добавления АРВК в это же масло [3]. В отличие от обычных масел, на нижней кривой мы не видим зависимости глубины износа от времени.  

 

При натурных испытаниях, восстановительный  эффект серпентинитов проявляется  в том, что размеры изношенных деталей подшипников качения, цилиндро-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания и компрессоров, редукторов и т.д. возвращаются к исходному значению, что проявляется в снижении вибрации механических узлов, восстановлении компрессии в цилиндрах, в уменьшении биения деталей на станках, в снижении температуры саморазогрева поверхностей трения.

 

В мировой практике принято  оценивать степень износа любых  механических узлов по уровню их вибросостояния. Характерным примером  восстановления ресурса, возврата степени износа механических узлов к исходному состоянию является  снижение уровня всех вибропараметров подшипников бустерного насоса БЭН9А на ТЭЦ-21 (рис. 2).

 

Противоизносная эффективность и восстановительный эффект АРВК сохраняются при добавлении композиции в пластичные смазочные материалы. В качестве исходного варианта для разработки пластичного смазочного материала с основными потребительскими характеристиками, соответствующими мировому уровню или превышающими его, была выбрана разработка ЭЛиНП-а: смазка пластичная «Политерм-многоцелевая» ТУ 0254-001-40439881-99.

 

Испытания, проведенные в  ОАО «Московский подшипник», показали, что смазка «Политерм-многоцелевая» в 4 раза превосходит по времени работоспособности «Литол-24», в обычных условиях, и в 8 раз, при повышенной температуре. Рабочий температурный диапазон смазки -60 - +250 градусов Цельсия, повышенная стойкость к вымыванию и действию агрессивных сред. В таблице 1 приведены результаты испытаний смазки.

 

Таблица 1

 

 

Технология антифрикционной  ресурсовосстанавливающей обработки (АРВО) механических узлов путем внесения АРВК в масла, смазки и топливо

 

3.1. Автотракторная техника,  большегрузные самосвалы, дизельные  установки

 

Добавление 20 мл АРВК в литр любого, самого дешевого масла, повышает износостойкость до значения, в 2 раза превышающего показатели лучших импортных масел, что приводит к увеличению в 2-3 раза срока службы до капитального ремонта любого механического оборудования: двигателей внутреннего сгорания, трансмиссии, компрессоров, редукторов, приводов, гидравлических систем, всех видов подшипников. При этом, непосредственно в процессе эксплуатации, происходит восстановление формы и размеров взаимодействующих деталей. В результате, восстанавливается и выравнивается по цилиндрам компрессия в двигателях внутреннего сгорания и в компрессорах, соответственно, восстанавливается крутящий момент двигателей и производительность компрессоров, уменьшается на 4-6% потребление топлива и количество вредных выбросов, уменьшается на 10% потребление электроэнергии; уменьшается вибрация и температура саморазогрева подшипников,  редукторов и других узлов.

 

АРВК для топлива восстанавливает  изношенные механические узлы на всем пути топлива: в топливной аппаратуре, направляющие всасывающих клапанов, компрессионные кольца. Уменьшает скорость износа этих узлов. Композиция устраняет  детонацию, улучшает условия сгорания топлива, снижает шумность двигателя, повышает приемистость, предотвращает  отрицательные последствия применения некачественного топлива. Полное  восстановление  двигателя  достигается  при  одновременном  применении  АРВК для масла и топлива.

 

При обкатке новых двигателей внутреннего сгорания или двигателей после капитального ремонта наблюдается  восстановительно-корректирующее действие АРВК: размеры деталей во всех механических узлах приводятся к номиналу. В  результате, рядовой отечественный  двигатель приобретает характеристики европейских образцов.

 

В качестве примера, рассмотрим цитату из отчета о проведении приемо-сдаточных  испытаний дизелей УТД-20 на 81 бронетанковом  ремонтном заводе в г. Армавире: «Анализ  результатов измерения параметров двигателя №63КND, до и после  обработки  АРВК, показывает, что за время обкатки  и режимных испытаний возросли такие  показатели, как:   

 

- крутящий момент                                      на   11,7%

 

- мощность                                                    на    2,7%

 

Снизились значения:

 

- удельного расхода топлива                      на    5,8%

 

- удельного расхода масла                          на    50%     

 

- вибрации, в среднем,                                на    4-30%

 

- дымности                                                     на   40-75%

 

Полученные результаты по вибрации соответствуют требованиям  международного стандарта ISO 2372; показатели дымности отработавших газов выпуска соответствуют требованиям стандарта ЕВРО–2».

 

 

 

Рис. 1

 

Эффективность применения АРВК  во время эксплуатации сельхозтехники подтверждена испытаниями, проведенными в ФГУ «ЦМИС», что отражено в  протоколе № 13-26-04 (4230212) от 7 декабря 2004 г. Выдержка из протокола: « Испытаниями  установлено, что введение антифрикционной  ресурсовосстанавливающей композиции АРВК в двигатель Д-240 зав.№ 158718 трактора МТЗ-82 зав. № 006135 1975 года выпуска после наработки 228 мч повысило компрессию в цилиндрах двигателя с 18 кг/см2 до 20…21 кг/см2 и улучшило мощностные и топливно-экономические показатели двигателя: максимальная мощность двигателя в комплектации, соответствующей эксплуатационной мощности повысилась на 3,7 кВт; при этом часовой расход топлива снизился на 0,29 кг/ч, а удельный - на 39 г/кВт•ч. Испытаниями установлено, что АРВК способствует очистке двигателя…»