материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович
в соавторстве с РАТУШНЫМ Дмитрием Александровичем (ОАО «Донецкий проектно-конструкторский технологический институт»)
Рассмотрены вопросы выбора смазочных композиций для решения задачи снижения износа трущихся деталей, исходя из конкретных условий эксплуатации оборудования. Предложены методы оценки воздействия смазочных материалов на пару трения в условиях, максимально имитирующих реальные.
Рациональный подбор смазочных материалов, своевременная и качественная смазка оборудования являются одними из основных условий увеличения срока службы, повышения работоспособности и сохранения технологической точности механизмов и машин. Износ, вызываемый трением, — наиболее насущная проблема технического обслуживания механического оборудования на этапе эксплуатации. Расходы на восстановление механизмов и машин в результате износа огромны и имеют тенденцию к росту.
Несмотря на высокую практическую значимость, многие аспекты трения как явления до настоящего времени не имеют фундаментального теоретического обоснования. При трении одновременно имеют место механические, электрические, тепловые, химические и прочие процессы. Трение может упрочнить или разупрочнить металл, повысить в нем содержание углерода или наоборот понизить, вызвать наводораживание или привести к обезводораживанию, отполировать детали или сварить их. Трение — самоорганизующийся процесс, при котором могут протекать как явления разрушения поверхностей, так и противоположные, создающие условия для снижения износа, вплоть до достижения эффекта безызносности, сопровождающегося уменьшением величины сил трения [1].
Одним из важнейших направлений в развитии триботехники является разработка и внедрение смазочных композиций (СК), которые за счёт снижения трения, а, следовательно, и износа деталей машин позволяют:
- оптимизировать затраты на обслуживание и ремонт оборудования;
- рационально использовать смазочные материалы и вместе с тем повысить срок службы оборудования;
- снизить потребление энергии за счёт повышения коэффициента полезного действия;
- уменьшить вероятность аварийных остановок и связанных с ними материальных затрат.
В настоящее время отсутствуют чёткие рекомендации по выбору СК для узлов трения, эксплуатирующихся в конкретных условиях, зависящих от:
- режимов нагружения;
- качества изготовления деталей и сборки узлов;
- типов конструкционных материалов;
- остаточного моторесурса;
- видов и причин износа;
- кинематических характеристик трущихся деталей;
- температурных режимов;
- прочих факторов.
Ситуацию усугубляет отсутствие универсальных СК, одинаково хорошо зарекомендовавших себя в различных условиях эксплуатации.
Целью данной работы является анализ подходов к выбору СК, исходя из конкретных условий эксплуатации оборудования.
СК — это смазочный материал, кроме основной фазы (продукта нефтепереработки), содержащий одну или несколько присадок, влияющих на свойства основной фазы (носителя).
Значительная часть выпускаемых масел и консистентных смазок включает некоторые легирующие добавки различного назначения (вязкостные, противоизносные, обкаточные, противозадирные, антипенные и др.). Такие присадки стандартизированы и могут поступать на рынок в виде самостоятельного товара.
Антифрикционные смазочные материалы, штатно применяемые во всех отраслях промышленности, характеризуются такими основными параметрами как:
- внешний вид;
- температура каплепадения;
- пенетрация;
- массовая доля посторонних механических примесей;
- вязкость;
- коррозионное воздействие на металл;
- коллоидная стабильность;
- массовая доля воды;
- испаряемость;
- трибологические характеристики, получаемыми на четырёхшариковой машине трения при температуре 20 °С.
Перечисленные параметры не всегда способны подтвердить или опровергнуть способность смазочного материала воздействовать на пару трения, эксплуатируемую в конкретных условиях.
Принцип действия четырёхшариковой машины трения основан на использовании узла трения, представляющего собой пирамиду из четырёх контактирующих друг с другом стальных шариков диаметром 12,7 мм из термообработанной стали ШХ-15 не ниже II степени точности. Три нижних шарика пирамиды закрепляются неподвижно в узле трения — специальной чаше, в которую помещается испытуемый смазочный материал. Верхний шарик закрепляется во вращающемся шпинделе машины трения. Нижние шарики прижимаются к верхнему с заданной осевой нагрузкой и при испытании неподвижны друг относительно друга. По величине пятна износа на нижних шариках при различных нагрузках, в соответствии с методикой, изложенной в [2], определяются индекс задира, критическая нагрузка и показатели износа.
В действительности достаточно небольшое количество узлов трения эксплуатируется при столь специфичных условиях:
- рассматривается пара трения — термообработанная сталь ШХ-15 с аналогичной ответной частью;
- постоянная частота вращения — 1470 об/мин;
- период проведения испытаний — 10 с или 60 мин.;
- отсутствует движение смазочного материала;
- пара трения имеет точечное пятно контакта.
Другими словами, при сравнении смазок специалист промышленного предприятия сопоставляет относительные величины, которые не гарантируют работоспособность смазки в конкретных условиях, что в итоге влечёт за собой необходимость испытания на технологическом оборудовании предприятия и опытный подбор смазочного материала.
В настоящее время наблюдается значительный прирост наименований СК и присадок. Вместе с тем отдельные компоненты СК — это хорошо забытые старые (например, дисульфид молибдена или серпентиниты), большинство же — являются «ноу-хау» производителя, составы которых не разглашаются. Ряд СК и присадок рекомендуется к повсеместному использованию, для других область применения ограничивается. Имея одно назначение, различные СК и присадки могут быть рекомендованы несколькими производителями одновременно. Причём последние уходят от прямых объяснений, чем кроме цены отличаются данные продукты, да и само обоснование формирования цены продукта, как правило, остаётся неизвестным.
В виду отсутствия общепринятой классификации авторами предложено провести дифференциацию присадок в зависимости от механизма воздействия на трущиеся поверхности трения:
- микрошлифование поверхностей;
- снижение трения и износа за счёт введения в носитель третьих тел;
- модификация поверхностей;
- плакирование поверхностей;
- комплексная обработка поверхностей.
Опыт практического применения СК показывает, что одни и те же составы в одном случае могут давать положительный эффект, в другом — эффект не обнаруживается, а в третьем — эффект отрицательный. Ни по одной из отраслей промышленности в настоящее время не проводился и не проводится мониторинг касательно вопроса эффективности применения различных СК в конкретных условиях.
Для эффективного решения данного вопроса на базе ОАО «Донецкий проектно-конструкторский технологический институт» (ДонПКТИ) создана лаборатория, основным видом деятельности которой является изучение воздействия различных смазочных материалов на пары трения в конкретных условиях. Лаборатория ДонПКТИ совместно с «Институтом физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАН Украины» (Киев) и ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет» выполняет работы по установлению рациональных границ применения СК на основе определения таких параметров как:
- коэффициент трения (качения, скольжения) в зависимости от параметров нагружения;
- оценка несущей способности пары трения в зависимости от параметров нагружения;
- температура нагрева узла трения в зависимости от параметров нагружения;
- износостойкость пары трения (ресурсные испытания);
- образование плакирующего слоя на поверхности трения;
- образование легированного поверхностного слоя, состав и глубина диффузионного проникновения легирующих элементов.
Приведенные параметры позволяют дать обоснованное заключение с указанием качественных и количественных показателей испытуемых материалов, сформулировать рекомендации по наиболее эффективному применению СК.
В ДонПКТИ разработана методика по оценке воздействия смазочных материалов на пару трения, включающая следующие этапы:
- Изучение предоставленной информации об испытуемых смазочных материалах.
- Разработка и согласование последовательности проведения испытаний, которая оговаривает порядок проведения испытаний, период фиксации данных испытаний, продолжительность испытаний, параметры нагружения, температурные режимы, тип и материал пары трения и др. с целью наибольшего приближения к реальным условиям эксплуатации оборудования.
- В процессе испытаний фиксируются приведенные ранее параметры СК, на основании которых производится сравнительный анализ испытуемых материалов с базово применяемыми смазками или друг с другом.
- Визуальная оценка состояния поверхностей трения до и после испытаний.
- Микрорентгеноструктурный анализ поверхностного слоя пары трения исследуемого образца с определением химических составляющих легирующего материала.
Проведение испытаний СК на базе ДонПКТИ позволяет избежать экспериментов на оборудовании предприятия, а также получить рекомендации по применению любого типа СК для конкретных условий эксплуатации оборудования.
Выводы
- Обоснована необходимость повышенного внимания к выбору и применению смазочных материалов на этапе эксплуатации оборудования. Современные тенденции указывают на перспективность использования СК, направленных на получение необходимых условий трения.
- Отмечена несостоятельность общепринятых подходов выбора СК для конкретных условий эксплуатации оборудования. Данная задача остаётся нерешённой, что в каждом отдельном случае приводит к необходимости проведения экспериментов на собственном технологическом оборудовании.
- Предложена классификация присадок в зависимости от механизма воздействия на трущиеся поверхности.
- Разработана методика оценки воздействия смазочных материалов на пару трения на основе предложенного перечня параметров в условиях, максимально имитирующих реальные.
Перечень ссылок
- Гаркунов Д.Н. Триботехника износ и безызносность. Учебник. — 4-е изд. перераб. и доп. — М.: Изд-во МСХА, 2001. — 616 с.
- ГОСТ 9490-75. Материалы смазочные жидкие и пластичные. Метод определения трибологических характеристик на четырехшариковой машине. // Взамен ГОСТ 9490-60; введ. 1978-01-01. — М.: Изд-во стандартов, 1978. — 40 с. — (Межгосударственный стандарт).
Пока нет комментариев