Підвищення зносостійкості вузлів тертя трансмісій з використанням технологій тріботехнічного відновлення - Автореферат

Останнім часом подібні безрозбірні технології ремонту і подовження ресурсу вузлів тертя за рахунок добавок мінерального походження (“ревіталізантів”) до мастильних матеріалів одержали дуже широке поширення. Однак, впровадження цих технології у високотехнологічних галузях господарства (авіація, космонавтика, атомна енергетика і т. ін.) неможливе без достатнього наукового обґрунтування процесів та без розкриття фізичної сутності явищ, що відбуваються при цьому. Це протиріччя являє собою сутність проблемної ситуації, подолання якої є актуальна наукова проблема підвищення зносостійкості ТС застосуванням ТТВ за умови визначення закономірностей утворення і беззносного тертя покриттів при використанні цих технологій і отримання їх реологічних і фізико-механічних характеристик. Робота виконувалася відповідно до перспективного плану науково-дослідної роботи Харківського інституту (ХІ) ВПС України на 1999-2004 роки по пріоритетному напрямку; за замовленням ВАТ “Харківський машинобудівний завод “Світло шахтаря”” відповідно до договору про співробітництво між ним та ХІ ВПС у рамках госпдоговірної науково-дослідної роботи “Конвеєр”; у співробітництві з НДТІ ХДТУСГ України при розробці технології, спрямованої на продовження ресурсу гідроприводів у рамках науково-дослідної роботи по замовленню Міністерства аграрної політики України відповідно до Державної програми “Розробка технологічних процесів діагностування та відновлення ресурсів гідроприводів сільськогосподарських машин”. Враховуючі сутність наукової проблеми, метою дисертації є: визначити закономірності утворення і беззносного тертя покриттів при використанні технологій тріботехнічного відновлення (завдяки мінеральним добавкам до мастильних матеріалів), а також отримати реологічні і фізико-механічні характеристики цих покриттів.Тому у дослідженнях було використано запропонований Бершадським Л.І. системно-фізичний підхід, який передбачає ретельного розглядання реологічної складової процесу тертя. У присутності в мастилі цих складів за рахунок енергії тертя в зоні контакту відбувається видалення дефектного шару металу, текстурування поверхні тертя з одночасним зміцненням матеріалу підкладки на значну глибину. Перевагами ГМТ є: здатність створювати в зонах тертя динамічні захисні плівки, утворені тонкодисперсними продуктами зносу і самим ГМТ, у виді квазізрідженого шару (аналог сервовітної плівки при “виборчому переносі”); рівномірне зміцнення поверхонь тертя в процесі припрацювання трібовузла в присутності ГМТ; істотне зниження коефіцієнта тертя і, виходить, механічних втрат; багаторазове зниження швидкості зношування ТС; збільшення гранично-припустимих навантажень у трібовузлі; низька вартість ГМТ; екологічна чистота природних мінералів. Крім того, слід зазначити, що випробування на тертя і знос з використанням ГМТ по традиційній програмі (протягом 5-10 годин) дають не позитивні, а негативні результати. Оскільки нарощування МК шару з використанням ревіталізантів - процес саморегульований і залежить від виділюваної при терті енергії, то реєстрація динаміки процесів зношування паралельно з виміром товщини МК покриття дозволили оцінювати експлуатаційні, реологічні і металофізичні властивості покриття в реальному масштабі часу.У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення і вирішення наукової задачі, що полягає у підвищенні зносостійкості вузлів тертя трансмісій за рахунок використання технологій тріботехнічного відновлення (завдяки мінеральним добавкам до мастильних матеріалів). Прикладне значення роботи - сформульовано технологічні рекомендації щодо нанесення цих покриттів та їх застосування у експлуатації. Таке наукове пояснення особливих властивостей МК покриттів допоможе впровадженню трібовідновлювальних технологій у особливо відповідальних та наукоємних галузях, де без глибокого вивчення та обґрунтування процесу їх застосування неможливе. Використання автоматизованої системи контролю процесів зношування дозволило, після обґрунтованого вибору інформативних параметрів АЕ, розробити експрес-методику трібодіагностики вузлів тертя, що дозволяє, в деяких випадках, скоротити час порівняльних випробувань на знос у десятки разів, а також реєструвати динаміку процесів зношування з чутливістю до 1 нг (10-9г). Досліджено будову МК покриття і механізм реалізації “квазібеззносного” тертя за рахунок макрозрушуючих процесів усього покриття й ізометричних проворотів окремих глобул його структури при переорієнтації їх під кутом 90? до напрямку головних діючих напруг.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення і вирішення наукової задачі, що полягає у підвищенні зносостійкості вузлів тертя трансмісій за рахунок використання технологій тріботехнічного відновлення (завдяки мінеральним добавкам до мастильних матеріалів).

Наукове значення роботи - визначено закономірності утворення і беззносного тертя покриттів, що утворюються при цьому, а також отримано їхні реологічні і фізико-механічні характеристики.

Прикладне значення роботи - сформульовано технологічні рекомендації щодо нанесення цих покриттів та їх застосування у експлуатації. Таке наукове пояснення особливих властивостей МК покриттів допоможе впровадженню трібовідновлювальних технологій у особливо відповідальних та наукоємних галузях, де без глибокого вивчення та обґрунтування процесу їх застосування неможливе.

При виконанні дисертаційної роботи були отримані такі результати: 1. Проведений аналіз стану питання по застосуванню як самих ревіталізантів, так і інших добавок, мастильних композицій і технологічних способів підвищення зносостійкості ТС показав, що тема даних досліджень є досить актуальною. Результати впровадження “квазібеззносних” покрить, отриманих за допомогою застосування ревіталізантів, досить успішні. Експериментальні і теоретичні дослідження питання дозволяють, до деякої міри, пояснити “беззносні” властивості подібних покрить з точки зору структурно-енергетичної теорії тертя, сінергетики і системно-фізичного аналізу. З іншого боку, велике число непояснених моментів (таких, як динаміка утворення, структура і будівля, реологічна модель роботи, сам механізм беззносності та ін.) не дозволяє впроваджувати трібовідновлювальні технології, настільки широко, наскільки хотілося б, особливо в таких відповідальних і наукомістких галузях, як авіація, космонавтика, атомна енергетика і т.п.

2. З урахуванням виняткової специфічності поставлених задач, розроблена і побудована автоматизована система трібодіагностики на базі методу АЕ. Її складовою частиною є пристрій для безперервного фіксування зміни розміру випробовуваних зразків, установлюваний на стандартну машину тертя 2070 СМТ-1. Цей пристрій дозволив простежити динаміку утворення захисного МК покриття, що було необхідно для розкриття механізму і фізичної сутності явищ, що протікають при цьому. Використання автоматизованої системи контролю процесів зношування дозволило, після обґрунтованого вибору інформативних параметрів АЕ, розробити експрес-методику трібодіагностики вузлів тертя, що дозволяє, в деяких випадках, скоротити час порівняльних випробувань на знос у десятки разів, а також реєструвати динаміку процесів зношування з чутливістю до 1 нг (10-9г). Спираючись на це, розроблено оригінальну методику випробувань на знос зразків, обробляємих ревіталізантами.

3. При експлуатаційних дослідженнях МК покрить визначений діапазон контактних тисків, у якому можливе утворення на поверхнях моделюємих ТС цього покриття (700...1000Мпа). Проведенні випробування на зносостійкість зафіксували відсутність зносу ТС із МК шаром у межах обраного часу іспитів (80 г.). Досліджено динаміку утворення покриття і формування його особливих властивостей. Виявлено збільшення в 20 разів живучості агрегатів, оброблених ревіталізантом, при масляному голодуванні. Досліджено будову МК покриття і механізм реалізації “квазібеззносного” тертя за рахунок макрозрушуючих процесів усього покриття й ізометричних проворотів окремих глобул його структури при переорієнтації їх під кутом 90? до напрямку головних діючих напруг. Установлено вплив квазірідкого шару аморфної фази покриття на реалізацію ефекту нетипового гідродинамічного мащення. Сформульовано гіпотезу про двоїстий вплив на “квазібеззносність” ТС з МК покриттям цих двох ефектів. Запропонована реологічна модель Прандтля, що пояснює особливі властивості МК шару.

4. Створено інформаційно-статистичну модель структурної організації МК покрить. Фізичний аналіз трансформації структурного стану у трібосистемі з МК покриттям показав, що відношення часток ансамблів ?i трібосистеми до і після зміни зовнішнього середовища дорівнює відношенню інтенсивності їхньої роботи в цих же умовах. Логарифм відношення ймовірностей перебування системи в цих станах може служити мірою працездатності ТС. Перенос потенціалу ? через поверхню розглянутого обєму МК покриття складається з переносу за рахунок макроскопічного руху речовини і потоку переносу. Тому динаміка МК шару в полі діючих напруг дозволяє віднести його до “умовно рівноважної” системи, що і є основною передумовою його квазібеззносності. Уперше проведений аналіз складно-напруженого стану системи з МК шаром, у результаті якого визначені умови її переходу з пружної області в динамічну повзучість, що є одним з каналів релаксації надлишкової енергії. Уперше запропонована концептуальна модель аналізу НДС двошарової системи з МК покриттям. З її допомогою визначено, що застосування ревіталізантів не тільки поліпшує трібологічні характеристики оброблюваних поверхонь, але й обєктивно не погіршує механічних критеріїв працездатності системи. Встановлено визначальну роль армуючої фази МК покриття на його стійкість в умовах складного НДС.

5. Отримано експериментальне підтвердження висновків про механізми реалізації особливих властивостей МК покрить. Розроблено практичні рекомендації по застосуванню ТТВ для підвищення довговічності агрегатів трансмісій АТ. Визначена деяка метастабільність МК шару, що фіксується після місячного простою ТС без тертя. Для цих випадків визначений припрацювальний режим, у ході якого початкові “квазібеззносні” властивості покриття цілком відновлюються. Проведено теоретичний аналіз причин метастабільності реологічних властивостей МК покриттів.

1) Джус Р.М., Стадніченко В.М., Стадніченко М.Г. Пристрій для безупинної реєстрації динаміки зміни геометрії зразків при випробуваннях на тертя і знос // Вісн. НТУ “ХПИ”. Зб. наук. пр. - Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2003. №12. Т.1. - С. 58-64.

2) Стадніченко М.Г., Джус Р.М., Чотій Л.Ю. Автоматизована система трібодіагностики. Перспективи використання у авіації // Вісн. НТУ “ХПИ”: Зб. наук. пр. - Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2`2004. - С. 157-164.

3) Границі застосовності методу акустичної емісії при вирішенні задач трібодіагностики / Джус Р.М., Стадніченко В.М., Стадніченко М.Г., Трошін О.М. // Зб. наук. пр. ХІ ВПС. - Харків: ХІ ВПС. - 2004.- №1(10). - С. 187-194.

4) Об образовании и функционировании МК покрытия, полученного с помощью ревитализантов / Джус Р.Н., Стадниченко В.Н., Стадниченко Н.Г., Трошин О.Н. // Вестн. науки и техн. - Харьков: ХДНТ и НТУ “ХПИ”. - 2004. - Вып. 1(16). - С. 59-64.

5) Джус Р.Н. Реологические особенности автомобильных трибосистем при применении ревитализантов // Автомобильный транспорт / Сб. научн. трудов. - Харьков: ХНАДУ. - 2004. - Вып. 14. - С. 52-55.

6) Джус Р.Н. Системно-физический подход к объяснению безызносного трения при использовании ревитализантов // Открытые информационные и компьютерные технологии: Сб. науч. трудов. Вып. 23. - Харьков: Нац. аэрокосмический ун-т “ХАИ”. - 2004. - С. 183-186.

7) Джус Р.Н., Стадниченко Н.Г. Технология применения ревитализантов в узлах трения авиационной техники с целью кардинального увеличения их ресурса // Виробництво та експлуатація авіаційної техніки: Матеріали V Міжнародної науково-технічної конференції “АВІА-2003”. Т.3. - Київ: НАУ. - 2003. - С. 35.61-35.64.