и барабаны колес выходят из строя в результате водородного

изнашивания);

o железнодорожного транспорта (водородному изнашиванию подвергаются

рельсы и колеса вагонов);

o автомобильного транспорта (водородное изнашивание резко снижает срок

службы цилиндров и поршневых колес двигателей, тормозных накладок,

тормозных барабанов и дисков сцепления, а также лопаток бензиновых

насосов и других деталей агрегатов автомобилей);

o морского флота (водородному изнашиванию подвергаются узлы трения,

смазываемые водой);

o деревообрабатывающей промышленности (водородное изнашивание

деревообрабатывающего инструмента и рабочих органов машин сдерживает

рост производительности труда в отрасли);[1]

o техники Севера (одной из причин быстрого изнашивания машин, работающих

на Севере, является охрупчивающее действие водорода, который при

низких температурах не рассасывается в поверхностных слоях, а

концентрируется между зоной трения и объемом материала трущейся детали

вследствие значительного перепада температур);

o химического машиностроения (узлы трения машин и оборудования

химической промышленности изнашиваются, главным образом, в результате

действия водорода);

o техники будущего (в новых машинах расширяется применение титана и его

сплавов; при трении эти материалы, обладая низкими антифрикционными

свойствами, весьма сильно поглощают водород и подвергаются водородному

изнашиванию).

При ведущейся в России и США широкой работе по созданию двигателей для

автомобилей и самолетов на водородном топливе исследователи должны заранее

принять меры защиты деталей от водородного изнашивания.

Проблема водородного изнашивания имеет комплексный межотраслевой

характер, а поэтому требует привлечения к ее решению ученых различных

специальностей (металловедов, физиков, химиков, специалистов по

триботехнике), и должна выполняться по единому плану.

Проблема создания «безызносных» узлов трения машин

До последнего времени генеральным направлением по борьбе с изнашиванием

в машиностроении было повышение твердости трущихся поверхностей детали. В

промышленности разработано большое количество методов повышения твердости

деталей (хромирование, азотирование, цементирование и т. д.). Многолетний

опыт свидетельствует, что это направление позволило в большей степени

повысить надежность трущихся деталей машин. Однако постоянное стремление к

уменьшению массы машин и повышению интенсификации рабочих процессов привело

к увеличению давлений в узлах машин и скоростей скольжения и ухудшило

условия смазывания. Кроме того, требования к повышению КПД механизмов, а

также применение специальных смазочных материалов и жидкостей привело к

тому, что традиционные методы увеличения износостойкости деталей повышением

их твердости во многих случаях перестали себя оправдывать. В процессе

поиска средств увеличения износостойкости деталей машин в нашей стране

открыт избирательный перенос при трении.

Избирательный перенос (ИП) – это комплекс физико-химических явлений на

контакте поверхностей при трении, который позволяет преодолеть

ограниченность ресурса трущихся сочленений машин и снизить потери на

трение. ИП есть особый вид трения, который обусловлен самопроизвольным

образованием в зоне контакта неокисляющейся тонкой металлической пленки с

низким сопротивлением сдвигу и неспособной наклепываться. На пленке

образуется в свою очередь полимерная пленка, которая создает дополнительный

антифрикционный слой. ИП, его системы снижения износа и трения (системы

СИТ), разработанные А. А. Поляковым, не вытекают из ранее имевшихся

представлений о трении и изнашивании. Процессы, составляющие сущность ИП,

находятся на стыках разделов химии, физической химии, физики, синергетики и

механики. Сложность ИП состоит также в том, что ряд его химических и

физических процессов не встречался в практике исследований трения.

Большинство химических реакций ИП являются гетерогенными, поэтому их

изучение затруднено.

Но в то же время ИП имеет в своей основе полезные физико-химические

явления и группы явлений (систем). Они подавляют изнашивание, снижают

сопротивление сдвигу и обладают свойством самоорганизации, а иногда и

способностью к обратной связи с возбуждающей причиной. Их основная ценность

состоит в том, что они работают дифференцированно против факторов, ведущих

к разрушению поверхности. Почти каждая из систем имеет глубокое содержание;

например, система защиты от водородного изнашивания представляет собой

целое трибологическое направление. Традиционной системой снижения износа и

трения (СИТ) является самопроизвольное образование слоя смазочного

материала при трении с граничной смазкой в результате адсорбции молекул

смазочного материала на поверхности. А в ИП имеется максимальное число

систем СИТ, и эффект здесь наиболее полный и существенный. Весьма полезным

свойством ИП является также свойство работать в средах, где трение при

граничной смазке не может эффективно выполнять свои функции. ИП проявляет

способность перестройки защитных систем, которые варьируются в зависимости

от свойств среды, являющейся исходным материалом для образования системы

снижения износа и трения.

Исследование механизма ИП, его закономерностей и областей рационального

применения привело к некоторому изменению установившихся ранее взглядов на

ряд вопросов триботехники: структуру и свойства тонких поверхностных слоев

трущихся деталей машин, механизм изнашивания и смазочного действия, пути

создания смазочных материалов и присадок к ним, оптимальную структуру и

свойства износостойких и антифрикционных материалов и приработочных

покрытий и т. д.

ИП применен или апробирован в машинах: самолетах, автомобилях, станках,

паровых машинах, дизелях тепловозов, прессовом оборудовании, редукторах,

оборудовании химической промышленности, механизмах морских судов,

магистральных нефтепроводах, электробурах, холодильниках, гидронасосах,

нефтепромысловом оборудовании. ИП применяется также в приборах и может быть

использован для повышения стойкости режущего инструмента при сверлении,

фрезеровании, протягивании, дорновании и резьбонарезании.

ИП позволяет: 1) при изготовлении машин экономить металл (15-20%) за

счет большей грузоподъемности (в 1,5-2 раза) пар трения; 2) увеличить срок

работы машин (в 2 раза), сократить период приработки двигателей (в 3 раза)

и редукторов (до 10 раз), соответственно сократить расход электроэнергии;

3) в подшипниках качения и скольжения уменьшить расход смазочных материалов

(до 2 раз); 4) повысить КПД глобоидных редукторов с 0,7 до 0,85; винтовой

пары с 0,25 до 0,5; 5) увеличить экономию драгоценных металлов (золота,

платины, серебра) в приборах в 2-3 раза за счет большей надежности

электрических контактов.

Необходимо отметить, что сейчас в триботехнике ясно проступают черты

новой концепции трения, основанной на глубокой теоретической проработке

раздела физики – термодинамики образования самоорганизующихся структур при

необратимых процессах. Разработка этой теории, а также дальнейшее развитие

работ по созданию практически неизнашиваемых узлов трения машин,

оборудования и приборов с использованием ИП – одни из важнейших проблем

современной триботехники.

Программа исследований водородного изнашивания и избирательного переноса

Избирательный перенос при трении и водородное изнашивание металлов – это

два совершенно противоположных явления, и их физические механизмы сложны.

Изучение водородного изнашивания и ИП находится еще в начальной стадии,

поэтому как в теоретическом плане, так и в плане разработки и реализации в

промышленности новых методов борьбы с изнашиванием машин и оборудования на

основе этих явлений необходимо создать комплекс исследований, результаты

которых могут решить задачи, поставленные перед триботехникой.

Исходя из известных представлений о водородном изнашивании, выполненных

научно-исследовательских работ и потребностей производства, необходимо

проводить работы в следующих направлениях:

o разработки приборов и методов исследования водородного изнашивания

деталей машин;

o изучение процессов наводороживания металлов при трении с фрикционными

пластмассами для оценки количественных характеристик перераспределения

водорода в поверхностных слоях, изучение свойств наводороженного

металла при трении, влияние режимов трения на наводороживание с

широким использованием новейших методов исследования;

o исследование наводороживания наиболее изнашиваемых деталей машин и

оборудования в процессе эксплуатации и оценка вклада в снижение их

износостойкости как биографического, так и образуемого при трении

водорода с целью разработки требований к качеству конструкционных

материалов, смазочным материалам и специальным жидкостям, применяемым

в узлах трения;

o исследование влияния электрического и магнитного полей на процессы

наводороживания при трении с целью определения количественных

характеристик процессов и разработки новых путей борьбы с водородным

изнашиванием;

o изучение процессов наводороживания поверхностей трения при различных

видах обработки поверхностей трения деталей (механические, термические

и химико-термические);

o исследования подавления водородного изнашивания пары трения металл-

древесина с целью повышения стойкости режущего инструмента при

обработке древесных изделий;

o разработка методов подавления водородного изнашивания в узлах трения,

смазываемых водой при высоких давлениях и скоростях скольжения;

o разработка методов подавления водородного изнашивания узлов трения с

титановыми сплавами с целью повышения их антифрикционных характеристик

и расширения применения в узлах трения;

o изучение общих закономерностей водородного изнашивания и выявления

областей его проявления, а также создания научных основ борьбы с ним;

o изучение действия водорода при абразивном изнашивании в условиях

действия коррозионно-активных сред и повышенной влажности, фреттинг-

коррозии, контактной усталости, коррозионно-механического изнашивания,

кавитации и эрозии;

o разработка методов подавления водородного изнашивания деталей

авиатехники, нефтехимического оборудования, железнодорожного

транспорта (рельсов, коле, деталей двигателей тепловозов, в частности

цилиндров и поршневых колес), инструмента по обработке меховых

изделий, деталей сельскохозяйственных машин и других отраслей техники.

К первоочередным задачам по изучению ИП при трении следует отнести:

o создание комплекса приборов и установок для изучения ИП;

o исследование работоспособности шариковых и роликовых подшипников, а

также зубчатых передач в условиях ИП;

o создание новых эффективных металлоплакирующих присадок к смазочным

материалам, обеспечивающих режим ИП в двигателях внутреннего сгорания

как для приработки, так и для установившегося режима работы;[3]

o исследование конструктивных особенностей смазочных систем при работе

на металлоплакирующих смазочных материалах, определение их

эксплуатационных характеристик и оценка эффективности их применения;

o исследование возможности применения ИП при штамповке, дорновании,

протяжке, определение оптимального состава смазочно-охлаждающих

жидкостей и их эффективности;

o исследования трения без смазочного материала в режиме ИП в парах

металл-металл, металлополимер-металл;

o разработка новых масел и смазок, обеспечивающих металлоплакирование в

зоне контакта трущихся деталей, создание опытного производства таких

материалов и внедрение их на промышленных предприятиях.

Опыт применения избирательного переноса в промышленности показывает, что

успех перехода на использование принципиально новых смазочных материалов

для узлов трения, технологических процессов, новых материалов и конструкций

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5