Ускорение процесса приработки пар трения металл-металл за счёт использования состава на основе неорганического полимера

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Министерство путей сообщения Российской Федерации

РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ

СООБЩЕНИЯ

Специальность 05.02.04 - Трение и износ в машинах

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ускорение процесса приработки пар трения металл-металл за счёт использования состава на основе неорганического полимера

Чумичёв Андрей Александрович

Ростов - на - Дону

Работа выполнена на кафедре «Путевые и строительные машины» в Ростовском государственном университете путей сообщения.

Научные руководители - доктор технических наук, профессор И.А. МАЙБА кандидат технических наук, доцент И.П. ГОЛОВЧЕНКО

Официальные оппоненты -доктор технических наук, профессор П.Н. ЩЕРБАК, кандидат технических наук, доцент К.Г. ШУЧЕВ

Ведущее предприятие - Ростовский электровозоремонтный завод

Защита диссертации состоится «____» ________ 2002 г. в ___ час. на заседании диссертационного совета Д 218.010.02 при Ростовском государственном университете путей сообщения.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 344038, г. Ростов - на - Дону, пл. Народного ополчения, 2, РГУПС.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «____» _________ 2002 г.

Учёный секретарь Диссертационного совета, И.А. Майба д.т.н., профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.

На современном этапе развития науки и техники уже ни у кого не вызывает сомнений тот факт, что смазочный материал является конструкционным элементом узла трения и наряду с другими факторами определяет его долговечность и надежность. Расходы на восстановление деталей и узлов машин в результате их износа огромны, причем по мере усложнения техники они ежегодно возрастают. Поэтому даже незначительное повышение срока службы машин и оборудования имеет огромную значимость с точки зрения экономии материальных ресурсов и общественно полезного труда.

Результаты многочисленных исследований показывают, что при эксплуатации машин до 90% наблюдающихся отказов происходит вследствие износа подвижных сопряжений. Так, например, при эксплуатации автомобилей порядка 70% работы затрачивается на преодоление сил трения в деталях кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов. То же самое можно сказать и о работе главной передачи ведущего моста автомобиля где, как показывает практика, теряется порядка 32...38% полезной энергии. Все эти явления сопровождаются повышенными износами, что приводит к преждевременному выходу из строя агрегатов и непроизводительному простою оборудования и подвижного состава. В целом во всех развитых странах потери на износ и трение составляют значительную часть валового национального продукта. Так, например, в США потери из-за преждевременного изнашивания узлов трения достигают ежегодно 100 млрд. долларов, в Германии - превышают 40 млрд. марок. В странах содружества затраты только на восстановление изношенных деталей достигают свыше 48 млрд. долларов в год.

Такие расходы обусловлены недооценкой значимости проблемы повышения долговечности и износостойкости деталей и машин. Это, в первую очередь, относится к доводочным процессам обработки деталей, при правильном построении и ведении которых могут быть получены оптимальные эксплуатационные характеристики, высокая точность и качество поверхностей ответственных сопряжений деталей.

Опыт производства и эксплуатации машин показал, что их долговечность и эксплуатационная надежность в значительной степени зависят от состояния и физико-механических свойств тонких поверхностных слоев сопрягаемых деталей, где зарождаются и развиваются процессы износа. В связи с этим важное значение приобретают доводочные операции обработки деталей машин. Особое место в этом занимают приработочные процессы, т.к. в этот период происходит формирование оптимального микрорельефа и структуры тонкого поверхностного слоя пар трибосопряжения. Кроме того, статистические данные свидетельствуют о том, что большая часть отказов, возникающих у различных машин, приходится именно на период приработки. Следовательно, решение проблемы приработки узлов трения в машиностроении во многом зависит от результатов исследований в области смазки.

В соответствие с технологическими и технико-экономическими требованиями приработка должна осуществляться в течение короткого времени эксплуатации машин. Перспективным способом решения этой задачи является создание качественных приработочных составов.

В настоящий момент технологи располагают большим количеством методических наработок и рекомендаций по улучшению приработочных свойств минеральных масел путем их легирования различными присадками.

Несмотря на перспективность использования маслополимерных составов для приработки, еще мало внимания уделяется изучению роли окислительных процессов рабочей среды на активность продуктов деструкции полимеров, которые являются ответственными за процесс диспергирования металлических поверхностей. Недостаточно изучена роль сильных окислителей при трении металлов в присутствии механически деструктируемых неорганических полимеров, как основного фактора повышения приработочных износов. Не раскрыты закономерности механодеструкции полимерных присадок в зависимости от активности окислительных процессов рабочей среды.

Изучение механизма приработки узлов трения водными растворами неорганических полимеров в процессе диспергирующего действия продуктов деструкции полимеров и влияние сопутствующих факторов на продолжительность процесса приработки имеет большое значение для дальнейшего развития теории трения, а также разработки новых, более эффективных приработочных составов на основе неорганических полимеров.

Автор выражает искреннюю благодарность за большую помощь в работе над диссертацией консультанту кандидату технических наук, доценту Ростовского Государственного университета путей сообщения Зубкову Евгению Николаевичу.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Настоящая работа посвящена разработке и исследованию высокоэффективного приработочного состава на основе неорганического полимера - силиката натрия, позволяющего значительно увеличить производительность процесса приработки, обеспечивающего при этом формирование оптимальной шероховатости поверхности трибосопряжения с высокими антифрикционными свойствами; изучение электромеханических явлений, влияющих на эффективность процесса.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для повышения износостойкости зубчатых тяжелонагруженных передач в диссертационной работе решались следующие задачи:

Анализ факторов, влияющих на срок службы и выход из строя узлов и деталей автомобилей.

Теоретическое обоснование и исследование механизма приработочного действия силикатного приработочного состава.

Разработка оптимального состава приработоной жидкости на основе жидкого стекла для приработки сопряженных поверхностей.

Исследование взаимосвязи трибоэлектрических явлений в зоне трения и, скорости и качества процесса приработки.

Исследование износостойкости поверхностей, приработанных силикатным составом, в сравнении с поверхностями, приработанными минеральными маслами и маслополимерными составами.

Исследование работоспособности поверхностей, приработанных разработанным приработочным составом на различных нагрузочно-скоростных режимах, маслах и материалах.

Разработка технологии изготовления силикатного приработочного состава.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В результате проведенных исследований в работе: неорганический полимер стекло силикатный

разработана методика интенсификации «положительных» окислительных износов в период приработки смазочными составами на основе неорганического полимера, обеспечивающая эффективность применения смазочного состава.

теоретически обосновано и установлено, что перманганат калия KMnO4 является присадкой, повышающей скорость приработочных процессов и выполняющую защитные функции (от схватывания) в начальный период приработки.

экспериментально исследовано и обосновано влияние присадок (перманганата калия KMnO4) на скорость процесса приработки. Показано, что комплексное использование KMnO4 и NaOH приводит к улучшению триботехнических характеристик.

теоретически обосновано предположение о механизме приработочного действия разработанного приработочного состава на основе неорганического полимера - силиката натрия.

получена математическая зависимость, позволяющая оценить эффективность насыщения перманганатом калия растворов жидкого стекла.

получена математическая зависимость, адекватно описывающая закономерность комплексного влияния компонентов (жидкого стекла, гидроксида натрия, перманганата калия) на шероховатость поверхности трения.

изучены нагрузочно-скоростные параметры разработанного приработочного состава.

показано, что высокие антифрикционные и противоизносные свойства силикатного приработочного состава объясняются наличием полимерной плёнки. Структура плёнки неоднородна по своему составу и состоит из основных компонентов смазочного материала, ферроманганата железа и соединений кремния.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:

Результаты анализа факторов, влияющих на срок службы и выход из строя зубчатых передач механизмов и машин.

Обоснование основных элементов механизма приработочного действия предлагаемого состава на основе неорганического полимера.

Методику лабораторных испытаний приработки зубчатых сопряжений.

Влияние топографии поверхностей зубьев зубчатых передач на прирабатываемость и износостойкость.

Влияние нагрузочных режимов, скорости скольжения, материала пар трения, смазки на триботехнические характеристики зубчатых сопряжений.

Технологию изготовления приработочного состава на основе неорганического полимера.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ:

разработана методика лабораторных испытаний трибосопряжений. Модернизирована машина трения СМТ - 1, позволяющая контролировать изменение электрохимического потенциала в зоне трения;

проведена экспериментально-теоретическая оценка влияния «положительных» окислительных процессов на скорость и качество приработочных процессов;

предложена технология изготовления приработочного состава на основе неорганического полимера - силиката натрия.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Разработанные методика лабораторных испытаний и технологическая среда для обкатки редуктора ведущего моста автомобиля ГАЗ - 53 А, могут быть использованы на производстве и в научных организациях при исследовании трения и изнашивания трибосопряжений, а также на кафедрах «Технология машиностроения» и «Технология ремонта автомобилей». Предложенный приработочный состав может быть использован при доводочных операциях узлов трения скольжения и трения качения.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы докладывались и одобрены на 11 научно-технических конференциях, среди которых:

Научно-техническая конференция “Триботехнология производству”, г. Таганрог, 1991.

Российский симпозиум по трибологии с международным участием “Ресурсосберегающие технологии. Прикладное использование трибологических исследований в машиностроении”. - г. Самара, 1993.

Международная научно-техническая конференция “Износостойкость машин”, г. Брянск, 1995.

Международная научно-техническая конференция “Производство и ремонт механизмов и машин в условиях конверсии. Киев,1995.

Международная научно-техническая конференция «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта», г. Ростов-на-Дону, 1999.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ.

СТРУКТУРА И ОБЪЁМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит 203 страницы, 62 рисунка, 13 таблиц. В библиографический список литературных источников включено 153 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность рассматриваемой проблемы и дана общая характеристика работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ диссертационной работы кратко изложено состояние вопроса по рассматриваемой проблеме и поставлены задачи исследования. В основу материалов этой главы положен анализ работ отечественных и зарубежных учёных в области механизма приработки и изнашивания материалов, в том числе Гаркунова Д.Н., Костецкого Б.И., Кораблёва А.И., Кутькова А.А., Венцеля С.В., Тененбаума М.М., Хрущова М.М., Гороховского Г.А., Шпенькова Г.П., Евдокимова Ю.А., Дайсона А., Цифтана М., Карасика И.И. и др.

Этот анализ позволил установить, что большинство внезапных отказов узлов и деталей машин наиболее интенсивны в начальный период эксплуатации машин. Это объясняется повышенными затратами мощности на преодоление сил трения при работе узла с полной нагрузкой.

Значительное внимание в главе уделено анализу методов проведения приработки узлов трения и влиянию нагрузочно-скоростных режимов на триботехнические свойства сопряжений. На основании данного анализа можно сказать, что задиры и схватывания наиболее распространены в узлах трения скольжения и являются следствием высоких удельных нагрузок в условиях не сформировавшейся "равновесной" шероховатости.

На основании проведенных исследований показано, что завершение процесса приработки сводится не только к формированию оптимальной шероховатости сопряжённых поверхностей, но включает в себя и физико-химические явления (тепловые, диффузионные, деформационные и т.п.), протекающих в зоне трения в присутствии смазочных сред и приводящих к образованию вторичных структур, отсутствующих на исходных поверхностях и формирующихся непосредственно в процессе приработки.

Рассмотрены существующие способы приработки узлов трения механизмов и машин, большое внимание уделено интенсификации приработочных процессов за счёт легирования смазочных сред полимерными соединениями.

Анализ приведенных данных позволяет считать, что сокращение процесса приработки с одновременным повышением его качества, позволит значительно повысить срок службы механизмов и машин и может принести ощутимый экономический эффект при их эксплуатации. Кроме того, вышеперечисленные данные говорят о том, что качество процесса приработки является значительным лимитирующим фактором для всех деталей и узлов механизмов и машин. Это позволяет считать, что создание качественных приработочных составов с определёнными заданными свойствами позволит решить многие проблемы в машиностроении и ремонте, связанные с приработкой узлов трения.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена разработке методик проведения исследований силикатного приработочного состава.

Показано, что в силу затруднений, возникающих при изучении влияния отдельных факторов на процесс приработки в реальных условиях эксплуатации, большинство исследований проводятся в лабораторных условиях на специально созданных установках и стендах. При этом, в качестве положительного фактора при приработке рассматривается такое изменение трибометрических характеристик, которое даёт полезный эффект в отношении повышения износостойкости, задиростойкости и снижения потерь на трение.

Учитывая сложные процессы трения, протекающие в зубчатых сопряжениях, для моделирования трения скольжения использовалась специально изготовленная торцевая машина трения (рис.1).

Рисунок 1 - Лабораторная установка:

1 - торцевая машина трения; 2 - блок измерительной аппаратуры.

В качестве образцов применялись диски диаметром 50 мм и шириной 10 мм. контробразцы имели форму цилиндров диаметром 30 мм с шириной рабочей поверхности 3 мм. для изготовления исследуемых объектов использовались материалы, представленные в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристика материалов испытуемых образцов

№ п/п	Наименование и марка материала	Вид термообработки	Твердость
1.	Сталь 45	Закалка ТВЧ	HRC 56...61
2.	Сталь 40Х	Закалка ТВЧ	HRC 56...61
3.	Сталь 45	Нетермообработанная	HB 180...200
4.	Сталь 40Х	Нетермообработанная	HRC 28
5.	Сталь 12ХН3А	Нитроцементация и закалка	HRC 58...65
6.	Сталь 20 ХНМ	Закалка ТВЧ и фософтирование	HRC 58…65
7.	СЧ 18 - 36	Нетермообработанный	HB 170

Сравнительным испытаниям подвергался приработочный состав, изготовленный на основе водного раствора неорганического полимера - силиката натрия. Данный выбор объясняется высокими антифрикционными свойствами, низкой стоимостью, экологической чистотой и пожаробезопасностью вышеназванного материала.

При определении оптимального содержания компонентов в приработочном составе использовался активный метод математического планирования эксперимента.

Учитывая сложность процессов трения и изнашивания, в качестве функции, адекватно описывающей процесс приработки, использовался полином второго порядка:

где Х1, Х2, Х3 - содержание вводимых в приработочный состав компонентов;

b0,...,b23 - коэффициенты уравнения, определяемые с помощью метода наименьших квадратов на основании экспериментальных данных.

Использование статистических методов анализа с определением дисперсии коэффициентов регрессии, позволило пренебречь незначительными составляющими и определить значения оптимальных ингредиентов с последующим определением оптимального состава силикатной приработочной среды.

Разработка методики трибометрических испытаний производилась для поверхностей, приработанных различными приработочными составами, и преследовала цель:

1 - определение критических нагрузок заедания;

2 - определение величины поверхностного потенциала в зоне трения контактирующих пар;

3 - определение температуры на поверхности трения и в объеме смазочного состава;

4 - нахождение коэффициента трения сопряженных деталей;

5 - определение весового износа по массе пары трения.

Исследования проводились на модернизированной машине трения СМТ - 1, позволяющей фиксировать изменение величины поверхностного потенциала в зоне трения контактирующих пар.

Исследование ряда авторов Виноградова Г.В., Ахматова А.С., Скорчелетти В.В. показали, что в условиях граничного и сухого трения на поверхностях контактирующих деталей протекают различные физико-химические процессы, в частности, окислительно-восстановительные реакции, которые в значительной степени определяют силы трения, износ и повреждения поверхностей. Проведенные исследования позволили установить взаимосвязь между интенсивностью этих реакций в процессе трения и величиной разности работ выхода электрона из контактируемых поверхностей металла.

Оценка погрешности проведения испытаний показала, что относительное отклонение измерений находится в пределах 9 %.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ представлены результаты исследований механизма приработочного действия и оптимизирован состав приработочной среды на основе жидкого стекла.

Исследованиями Кутькова А.А., Сиренко Г.А., Григорьева П.Н. и др. установлено, что жидкое стекло может быть использовано в качестве смазочного материала. При этом на поверхности трения образовываются силоксановые плёнки, имеющие высокие антифрикционные и противоизносные свойства.

Учитывая высокую нестабильность жидкого стекла на воздухе (быстрая карбонизация при контакте с кислородом воздуха) в работе решена задача по сохранению стабильности раствора и высоких антифрикционных свойств за счёт введения добавок (рис. 2).

Рисунок 2 - Изменение коэффициента трения (а) и интенсивности изнашивания (б) пар трения при работе в приработочной среде:

1 - жидкое стекло;

2 - жидкое стекло + H2O;

3 - жидкое стекло + H2O + NaOH;

4 - жидкое стекло + Н2О + NaOH + KMnO4

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что введение в раствор жидкого стекла едкого натра NaOH и перманганата калия KMnO4, обеспечило стабильность приработочного состава за счёт высоких гигроскопических свойств первого компонента и интенсифицировало "положительный" окислительный износ за счёт высокой химической активности второго.

Проведенные исследования позволили сделать вывод, что увеличение содержания жидкого стекла в приработочном составе способствует снижению величины коэффициента трения и температуры приработочного процесса (рис. 3 а) и повышению качества приработанных поверхностей - Ra= 0,063 мкм, что соответствует 11 классу чистоты.

Рисунок 3 - Влияние процентного содержания жидкого стекла (а) и перманганата калия KMnO4 (б) на изменение коэффициента трения, температуры, шероховатости поверхности образцов, приработанных силикатным приработочным составом

В тоже время увеличение концентрации перманганата калия в растворе приводит к увеличению коэффициента трения и интенсивности изнашивания, а также вызывает снижение качества приработанных поверхностей (рис. 3 (б), рис. 4 (б)). Причем увеличение концентрации KMnO4 всего на 0,5% вызывает увеличение шероховатости поверхности на 0,1 мкм (т.е. переход из 11 класса чистоты в 10). Такое развитие событий может быть объяснено возрастанием скорости окислительных процессов в зоне трения, вызывающих повышение температуры процесса и как следствие нарушению условий жидкостного трения, что приводит к снижению качества прирабатываемых поверхностей.

Рисунок 4 - Поверхности трения (а) и профилограммы (б) поверхностей образцов из стали 45 (HRC 56...61), приработанных: 1 - силикатным приработочным составом; 2 - минеральным маслом «индустриальное - 20» + полиэтилен; 3 - минеральным маслом ТМ - 4 - 18

Сравнительные исследования предложенного приработочного состава позволили сделать вывод о том, что использование силикатного состава в качестве приработочной смазочной среды позволяет повысить в 3 - 5 раз производительность процесса приработки. Кроме того, силикатный приработочный состав позволяет снизить в 1,5 - 3,3 раза интенсивность изнашивания сопряженных пар, что повышает эксплуатационный срок службы узла трения. И получить более высокое качество поверхностей трения, снизив шероховатость поверхности в 9 - 10 раз (Ra= 0,07 мкм - у силикатного состава, против Ra= 0,63 мкм и Ra= 0,7 мкм у маслополимерного состава и масла ТМ - 8 - 14 соответственно). Это также хорошо видно из профилограмм, приведенных на рис. 4.

Известно, что в настоящий момент процесс приработки трущихся поверхностей в присутствии смазочного материала является одним из наименее изученных. Возросшее в последнее время внимание к изучению процесса приработки и влиянию на него используемой смазочной среды и присадок обуславливается тем, что оптимизация этого процесса определяющим образом сказывается на повышении долговечности узлов трения.

Современные исследования в этой области позволили установить зависимость на атомарно-молекулярном уровне между механически напряженным состоянием трущейся поверхности и развитием химических эффектов (активация молекул, разрыв химических связей между атомами в молекулах, развитие химических реакций) в прилегающем к ней слое смазочного материала. Эти обобщения расширили представления о каталитическом влиянии трибоактивируемой поверхности металла на химические превращения в смазочном материале.

Результаты проведенных в работе исследований показали, что в период приработки силикатным приработочным составом в зоне трения контактирующих поверхностей происходят сложные физико-химические процессы, сопровождающиеся изменением трибологических свойств поверхностей трения. При этом наблюдается резкое повышение производительности процесса приработки, связанное с вводом в силикатный приработочный состав перманганата калия KMnO4. Это объясняется в основном резким возрастанием «положительных» износов в результате интенсификации окислительных процессов в зоне трения, что согласуется с выводами ряда авторов.

Поэтому предполагаемый механизм приработки силикатным приработочным составом можно представить следующим образом. Учитывая, что перманганат калия KMnO4 относится к группе сильных окислителей, в растворе со щелочной средой (рН = 10 - 12) он будет диссоциировать на ионы К+ и одноосновные ионы оксида марганца с высшей степенью окисления +7. При этом, происходящие в растворе процессы, можно представить в виде:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

Эти предположения подтверждаются проведением качественных реакций с применением гексацианоферрата калия K3[Fe(CN)6] и роданида калия KCNS. При обработке растворов K3[Fe(CN)6] было получено изменение окраски раствора, т.н. турнбулева синь, что свидетельствует о наличии в растворе гидроксида двухвалентного железа и согласуется с реакцией, описанной уравнением (4). Это в сою очередь, подтверждает протекание процессов интенсивного окисления поверхностей трения перманганатом калия. Известно, что соединения двухвалентного железа нестабильны, при контакте с кислородом воздуха оно окисляется до трехвалентного и выпадает в виде бурого осадка гидроксида железа Fe(OH)3. Это подтверждается окрашиванием раствора в кроваво-красный цвет при проведении качественной реакции с роданидом калия KCNS.

Образовавшиеся на поверхности металла ферроманганатные пленки, имеют довольно высокие упругость и твердость, и не прокалываются микровыступами шероховатостей контртела, обеспечивая при этом защиту от схватывания сопряженных поверхностей трения. Пленка успешно сопротивляется сдвигу, что приводит к повышению коэффициента трения и росту температуры рабочего процесса на первоначальном этапе. Кроме того, росту температуры способствует активное протекание окислительно-восстановительных реакций.

Известно, что кремневая кислота и ее соединения в растворах образуют широкий спектр соединений, которые при одинаковом количественном поэлементном составе имеют различный качественный состав.

Возрастание температуры процесса приработки, вызывает разрушение полимерных цепей силиката натрия, с образованием активных поляризованных молекул и последующим образованием силикатных плёнок - ферросилида Fe2(SiO3)3.

(7)

Эти выводы подтверждаются и характером изменения величины поверхностного потенциала (рис. 5) и результатами рентгеноспектрального анализа (рис. 6).

Рисунок 5 - Изменение коэффициента трения

(а) и величины поверхностного потенциала

(б) пар трения сталь - сталь, приработанных силикатным приработочным составом

Рисунок 6 - Концентрационные кривые распределения кремния на поверхности трения (х 350):

а - исходной; б - приработанной силикатным составом

Это позволяет сделать выводы о том, что:

Повышение производительности процесса приработки достигнуто за счет повышения скорости окислительных процессов в трибосопряжении путем ввода сильного окислителя - перманганата калия KMnO4.

Химическим анализом получено подтверждение образования на поверхности трения ферроманганатных пленок, предотвращающих процессы схватывания в период приработки.

Установлено, что в условиях трения на поверхности металлов образуются силикатные пленки за счет хемосорбции продуктов термодеструкции жидкого стекла.

Наличие кремниевых пленок на приработанной поверхности подтверждено рентгеноструктурным анализом.

Анализ результатов исследования влияния технологических факторов (удельного давления, скорости скольжения, твёрдости материала пар трения, топографии поверхности) показывает, что изменение вышеперечисленных факторов приводит к изменению скорости и качества процесса приработки.

ЧЕТВЁРТАЯ ГЛАВА посвящена исследованию работоспособности поверхностей, приработанных силикатным приработочным составом.

Исследованиями Костецкого Б.И., Крагельского И.В., Савченко Н.З., Евдокимова Ю.А. и ряда других учёных показано, что отклонение основных внешних факторов - скорости скольжения и удельной нагрузки приводят к развитию изменений структурного и фазового состояния поверхностных слоёв металла, площади фактического контакта сопряжённых поверхностей и интенсивности изнашивания.

Анализ результатов экспериментов показал, что при увеличении удельной нагрузки на образцы наблюдается закономерное снижение коэффициента трения и повышение температуры смазочной среды. При этом наилучшей работоспособностью обладают пары трения, приработанные силикатным составом, что объясняется более высоким качеством поверхности после приработки.

Повышение скорости скольжения приводит к снижению величины коэффициента трения, что характеризуется увеличением толщины масляного клина в сопряжении, однако при этом наблюдается незначительное увеличение интенсивности изнашивания.

Доказано, что материалы деталей и технологические способы их обработки оказывают существенное влияние на процессы изнашивания.

Результаты исследования показали, что независимо от материала узла трения наиболее лучшими показателями работоспособности обладают материалы, приработанные силикатным приработочным составом. При этом наблюдается значительное возрастание срока службы пар трения.

Известно, что главной задачей процесса приработки трущихся поверхностей сопряженных деталей является минимизация длительности и величины износа процесса приработки. Поэтому машиностроители стремятся получить такую микрогеометрию поверхности, которая позволила бы сократить приработочные износы и избежать патологических процессов схватывания.

Анализ результатов исследований по задиростойкости сопряжений, позволяет сделать вывод, что наиболее высокая задиростойкость наблюдается у сопряжения приработанного силикатным приработочным составом (рис. 7 кривая 1). Величина выдерживаемой удельной нагрузки у этой пары составляет Руд = 10 МПа, в то время как у сопряженных пар трения, приработанных маслами «индустриальное - 20» и ТМ - 4 - 18 величина удельной нагрузки заедания составляет Руд = 5 МПа (рис. 7 кривые 2 и 3).

Рисунок 7 - Зависимость коэффициента трения

(а) и температуры рабочего процесса (б) пар трения сталь - сталь от нагрузки при работе в масле ТМ - 4 - 18, приработанных приработочными составами: 1 - силикатным приработочным составом; 2 - минеральным маслом «индустриальное - 20»; 3 - минеральным маслом ТМ - 4 - 18.

ПЯТАЯ ГЛАВА посвящена стендовым испытаниям по определению износостойкости поверхностей, приработанных силикатным приработочным составом.

Нами использовался промышленный стенд для обкатки редукторов задних мостов.

Анализ сравнительных испытаний (рис. 8) показал, что при использовании силикатного приработочного состава стабилизация уровня шума происходит уже к 20 минуте, что соответствует требованиям технологического процесса на обкатку задних мостов (30 минут согласно ТУ).

Рисунок 8 - Изменение уровня шума (а) и температуры приработочной среды (б) зубчатых пар главной передачи ведущего моста автомобиля ГАЗ - 53 А, приработанных: 1 - минеральным маслом ТМ - 4 - 18; 2 - силикатным приработочным составом.

При этом наблюдается одновременное увеличение площади пятна контакта зубчатого сопряжения и снижение величины его шероховатости.

Анализ результатов стендовых испытаний (рис. 9 и 10) позволил установить, что у зубчатой передачи, приработанной силикатным приработочным составом, наблюдается меньшая интенсивность изнашивания в сопряжении (площадь пятна контакта - 821 мм2), чем у главной передачи, приработанной минеральным маслом ТМ - 4 - 18 (площадь пятна контакта - 603,6 мм2).

Рисунок 9 - Изменение площади пятна контакта (а) и шероховатости поверхности трения (б) в результате работы зубчатых пар главной передачи ведущего моста автомобиля ГАЗ - 53 А, приработанных: 1 - минеральным маслом ТМ - 4 - 18; 2 - силикатным приработочным составом.

Рисунок 10 - Общий вид пятна контакта зубчатой пары главной передачи автомобиля ГАЗ - 53 А: а - исходное; б - приработанной маслом ТМ - 4 - 18; в - приработанной силикатным приработочным составом.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Выбор жидкого стекла как основы для силикатного приработочного состава обусловлен его высокими антифрикционными и приработочными свойствами, а также растворимостью в воде, не токсичностью, пожаробезопасностью и низкой стоимостью.

Использование сильного окислителя - перманганата калия KMnO4, позволило интенсифицировать процесс приработки и за счет образования плотных ферроманганатных пленок повысить задиростойкость пар трения.

Исследовано влияние компонентов силикатного приработочного состава на шероховатость прирабатываемых поверхностей, и установлено, что наилучшая микрогеометрия получена при обработке составом, содержащим жидкое стекло Na2SiO3 и “сильный” окислитель - перманганат калия KMnO4.

Экспериментально дана оценка работоспособности силикатного приработочного состава, и установлено, что поверхность высокого качества формируется за счет интенсивного окисления металла перманганатом калия с последующей хемосорбцией на его поверхности продуктов деструкции неорганического полимера.

Рентгеноструктурным и физико-химическим анализом подтверждено наличие на поверхности трения соединений ферроманганата и ферросилида (пленок марганцевых и силикатных соединений).

Показано, что низкий коэффициент трения при приработке силикатным составом обусловлен хемосорбцией на поверхности трения силикатных полимерных цепей.

Получена математическая зависимость, адекватно описывающая влияние компонентов силикатного состава на скорость процесса приработки. Установлен оптимальный состав силикатной приработочной среды, содержащей 57,7% жидкого стекла, 2,3 % перманганата калия KMnO4, 8% едкого натра, остальное - вода.

Лабораторными исследованиями установлено, что поверхности, приработанные силикатным составом, имеют более высокую (10,2 МПа) задиростойкость, чем поверхности, приработанные минеральными маслами “индустриальное - 20” (5,4 МПа) и ТМ - 4 - 18 (4,6 МПа).

Разработанный состав прошел апробацию в условиях Лозовского авторемонтного завода при обкатке задних мостов автомобилей ГАЗ - 53 А и увеличил производительность процесса в 2,1 раза, по сравнению с применяющимися составами.

Ожидаемый годовой экономический эффект от применения силикатной приработочной жидкости составит 67,5 $ на один задний мост автомобиля ГАЗ - 53 А.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Головченко И.П., Чумичёв А.А., Виноградов Н.С. Технологическая среда для получения антифрикционных силикатных покрытий. /Тезисы докладов научно-технической конференции “Триботехнология производству”. /Северокавказский филиал межведомственного Совета АН СССР. - Таганрог, 1991. - С. 103

Головченко И.П., Чумичёв А.А., Виноградов Н.С. Разработка и исследование приработочных свойств состава на основе неорганического полимера. /Тезисы докладов российского симпозиума по трибологии с международным участием “Ресурсосберегающие технологии. Прикладное использование трибологических исследований в машиностроении”. - Самара, 1993. - С. 28

Головченко И.П., Зубков Е.Н., Чумичёв А.А. Оценка приработочных свойств жидкого стекла и составов на его основе. /Эксплуатация и ремонт строительных и транспортных машин. - Ростов-на-Дону, 1993. - С. 92 - 97

Головченко И.П., Зубков Е.Н., Чумичёв А.А., Виноградов Н.С. Изучение влияния приработки сопрягаемых поверхностей трения на срок службы деталей. //Повышение качества и надежности машин. Межвузовский сборник научных трудов РГУПС. - Ростов-на-Дону, 1994. - С. 89 - 92

Головченко И.П., Чумичёв А.А., Виноградов Н.С., Мельникова Е.П. Исследование триботехнических свойств поверхностей приработанных силикатным составом. /Тезисы докладов Международной научно-технической конференции “Износостойкость машин”. - Брянск, 1995. - С. 39

Головченко И.П., Чумичёв А.А., Мельникова Е.П. Исследование нагрузочной способности поверхностей, приработанных силикатным составом. /Тезисы докладов Международной научно-технической конференции “Производство и ремонт механизмов и машин в условиях конверсии. - Киев,1995. - С. 88

Чумичёв А.А., Скрыпник Т.В. Повышение срока службы ходовых агрегатов автомобилей за счет совершенствования процесса приработки. //Автошляховик України - 1998. - № 1. - С. 17 - 18

Чумичёв А.А., Скрыпнмк Т.В. Изучение влияния твердости поверхности детали и её материала на процесс приработки сопряженных узлов трения. //Автошляховик України - 1998. - № 3. - С. 17 - 19

Головченко И.П., Чумичёв А.А., Мельникова Е.П. Определение компонентов приработочного состава на основе неорганических полимеров. //Трение и износ. - 1998. - Т. 19. - № 5. - С. 677 - 682

Головченко И.П., Чумичёв А.А., Мельникова Е.П. Изучение взаимосвязи процесса приработки и возникающих при этом электрохимических явлений. //Трение и износ. - 1999. - Т. 20. - № 1. - С. 103 - 106

Головченко И.П., Чумичёв А.А., Легкий С.А. Разработка ресурсосберегающего приработочного состава на экологически чистой основе. //Труды международной научно-технической конференции “Экология промышленных регионов». Горловка, 30 - 31 марта 1999. - Донецк: «Лебедь», 1999. - С. 235 - 239

Головченко И.П., Чумичёв А.А. Изучение механизма приработочного действия силикатного приработочного состава. //Труды международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта». Ростов-на-Дону, 28 октября 1999 г. Ростов-на-Дону, 1999. - С. 158

Чумичёв А.А., Курган О.Г. Оптимизация компонентов приработочного состава на экологически чистой основе. Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів. /Збірник доповідей Х Всеукраїнської наукової конференції аспірантів та студентів. Т. 1 - Донецьк: ДонДТУ, ДонДУ, ДонДАУ, 2000. - С. 151 - 152

Размещено на Allbest.ru

...