CC BY
74
УДК 620.179.112
ВЛИЯНИЕ СМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ УЗЛОВ ТРЕНИЯ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ
Н.Я. Яхьяев, Ш.Д. Батырмурзаев, Ж.Б. Бегов, Батырмурзаев А.Ш.
Дагестанский государственный технический университет, г. Махачкала
Одним из направлений повышения удельной мощности судовых дизелей (СДВС) является интенсификация их рабочего процесса, что связано с увеличением давлений на рабочих поверхностях и скоростей подвижных деталей. К основным причинам нарушения работоспособности деталей цилиндропоршневой группы (ЦП1 ) СДВС относится их физический износ. Применение в дизелестроении высококачественных материалов, а также использование современных технологических процессов позволяют заметно повысить надежность и увеличить ресурс ряда дизелей в связи с уменьшением износа деталей. Однако, как показывает опыт эксплуатации, серийные дизели, изготовленные на одном заводе из одинаковых материалов по одной и той же технологии, в эксплуатации имеют различные сроки службы, в связи с изменением условий трения и неодинаковым износом деталей трибосопряжений. Износ деталей судовых дизелей (СДВС) сложный физико-химический процесс, определяемый конструкцией и назначением дизелей, материалами, условиями трения, характером эксплуатации.
Надежная смазка высоконагруженных узлов трения позволяет увеличивать срок службы деталей. Для снижения потерь на трения и повышения надежности трибосопряжения широко применяется целый ряд смазочных композиций, содержащих присадки конкретного функционального назначения [1,2].
По функциональному назначению присадок к моторным маслам в условиях граничного трения, механизму влияния на триботехнические характеристики, износостойкость и долговечность пар трения, присадки принято условно делить на плакирующие, реметаллизанты и модификаторы трения.
Плакирующие присадки содержат частицы дисульфида молибдена, диселенида вольфрама, соединений сурьмы, мышьяка и других элементов. Плакирующие присадки призваны исключить механическое воздействие поверхностей трения. Однако при сменах масла плакирующие присадки в следствии их подвижности удаляются в месте с маслом.
Реметаллизанты в отличие от плакирующих присадок добавляются в смазочные композиции с целью металопланирования поверхностей трения, т.е. для образования на поверхности металлических пленок пластичных металлов при адгезионном, химическом и диффузионном взаимодействии с основным металлом.
Применение присадок - модификатор трения, снижают коэффициент трения fTp и
скорость изнашивания <9,,,,,, не только за счет механического разделения поверхностей
трения, но также и за счет химической адсорбции т.е. за счет механо-химического «выглаживания» поверхностей трения вследствие активного химического взаимодействия модификаторов трения с выступами шероховатости и последующего полного разделения контактирующих поверхностей третьим телом. В России известным модификатором трения является Алкон.
Однако, деление многочисленных присадок на плакирующие (кондиционеры), восстанавливающие (реметаллизанты) и модифицирующие является условными и не всегда соответствует их поведению в изменяющихся условиях трения. Известно, что некоторые минералы слоистого строения (типа слюды, каолина, графита и т.д.) широко используют в качестве загущающих и противоизносных присадок [1,2]. Их положительный эффект обусловлен способностью этих минералов образовывать на поверхностях трения тонкие пленки, состоящие из чешуйчатых частиц, ориентированных параллельно поверхности
трения. Эти пленки (или слои) разделяют трущиеся поверхности, сглаживают их микрорельеф, а в случае сухого трения переводят его в трение внутреннее, при котором сдвиг происходит внутри слоя частиц. Таким образом, осуществляется чисто механическая защита трущихся поверхностей от износа.
В этой связи большой практический интерес представляет собой задача подобрать такой смазочный материал, который наряду вышеуказанными положительными свойствами обладал бы способностью химически и механохимически взаимодействовать с материалом деталей трибосопряжений, создавая на их поверхностях пленки с улучшенными трибологическими свойствами [2].
При изучении механохимических реакций с участием минеральных частиц, поверхностно-активных веществ (ПАВ), наноразмерных частиц и первичной сажи была обнаружена важная роль их композиций в механоактивации металлических поверхностей при трении, способных при их разрушении вступать совместно во взаимодействие с вновь образованными активными фрагментами и металлом трущихся тел.
На основании проведенных исследований в Центре научно-исследовательских работ Петербургского института ядерной физики (ПИЯФ) Российской академии наук видно, что фуллерены и фуллереновые сажи могут успешно применяться в качестве антифрикционных, противоизносных и антизадирных добавок
Известно [3], что минералы этой группы силикатов минерализуются в виде тонких пластинок и проявляют совершенную спайность параллельно структурным слоям. Они характеризуются слоистыми кристаллическими решетками, образованными пакетами, состоящими из одного октаэдрического, состав которого определяется формулой Mg3Ü2(OH)4, и одного тетраэдрического (SÍ2O3) слоев. При этом прочность связи между слоями такова, что механическое разрушение минерала по плоскостям спайности с разрывом связей О-ОН может сопровождаться разрывом внутри-пакетных связей. Это может приводить к появлению активных фрагментов кристаллической решетки, способных химически и механохимически взаимодействовать совместно с наноразмерными частицами с атомами поверхности металлов.
Авторами [4] проведены лабораторные трибологические испытания различных модификаций серпентина и было показано, что введение высокодисперсного порошка одной из модификаций серпентина (офита) в смазочные среды существенно повышает их противоизносные свойства и улучшает противоизносные и антифрикционные свойства как моторных, так и трансмиссионных масел.
Образование устойчивых износостойких пленок на поверхностях трения при смазке маслами с добавкой серпентина и наноразмерных частиц было обнаружено авторами при эксплуатационных испытаниях непосредственно на двигателях внутреннего сгорания. Исследования показали, что противоизносный эффект, наблюдаемый при введении в смазочную среду высокодисперсного порошка серпентина, наноразмерных частиц SiO2, FeO, Fe2O3, Na2O, K2O и первичной сажи обусловлен их воздействием не на смазочную среду, а на поверхность трения. Поскольку процесс образования на трущейся поверхности противоизносной пленки является кинетическим, то естественно, что положительное влияние твердосмазочной смеси проявляется не сразу, а через некоторый, иногда достаточно продолжительный период приработки.
Значительная толщина образующихся поверхностных пленок позволила однократно вводить в смазочную среду твердосмазочную смесь с высокодисперсными материалами не только для модифицирования фрикционных свойств, но и для безразборного восстановления работоспособности изношенных деталей фрикционных сопряжений.
Использование предлагаемой смазочной среды приводит, например, к заметному увеличению толщины зубьев по делительной окружности шестерен (до 0,2 мм).
Кроме этого, предлагаемая смазочная композиция при введении в моторные масла
повышает давление в цилиндрах, что свидетельствует об улучшении приработки поршневых колец и гильз цилиндров. При этом наблюдалось повышение мощности двигателей на 10.. .15% и снижение расхода моторного топлива на 7.. .10%.
Авторами данной статьи разработан состав и технология получения композитной смеси, добавляемой в смазочные материалы для формирования покрытия на трущихся поверхностях. Кроме этого, определен состав технологического оборудования и оптимальные режимы работы для промышленной реализации новой технологии.
Отличительной особенностью предлагаемого состава твердосмазочной композиции от уже известных является то, что для ее получения с дисперсностью 1.. ,40мкм используется исходная смесь минералов, содержащая серпентин, ПАВ, магниевый концентрат, а также нано-размерные частицы SiO2, FeO, Fe2O3, Na2O, K2O и первичная (нано-размерная) сажа.
Несколько видов нано-размерных частиц SiO2, FeO, Fe2O3, Na2O, K2O, получают транспортированием водородом из нагретых природных глин, также транспортированием водородом продуктов первичной сажи, получаемых в электрической дуге электролизных электродов.
Твердосмазочную композицию получают путем помола смеси из: серпентина, магниевого концентрата и поверхностно активного вещества (ПАВ - ОП-7), до размеров частиц 1.40 мкм. Магниевый концентрат получают при очистке высокоминерализованных термальных вод. Он содержит оксидов в мас.% MgO 80.88, CaO 10.18, FeO - AlO
0.2.2.2. SiO 1,6.3,5. Серпентин природный представляет собой смесь хризотил - асбеста, офита, антигорита и лизардита в мас.ч. 1:3,5:2,5:3.
Модификации трущихся поверхностей с помощью предлагаемой твертосмазочной композиции могут быть подвергнуты детали кривошипно-шатунного механизма, цилиндропоршневой группы двигателей СДВС, детали редукторов, подшипники скольжения и качения, гидроцилиндры, масленные насосы и др.
Экспериментально установлена необходимая норма предлагаемых: — твердосмазочной композиции; — наноразмерных частиц; — первичной сажи позволяющая при добавлении в смазочные материалы (моторное масло) достичь требуемых трибологических характеристик поверхностей деталей. Приблизительный состав содержит, мас. %:
Твердо-смазочная композиция-----------------------------------------------1,5
Нано-размерные частицы в сумме------------------------------------------0,825
Первичная сажа-----------------------------------------------------------------0,675
Связующее-----------------------------------------------------------------------97
Результаты проведенных лабораторных испытаний образцов позволяют сделать вывод, что использование новой твердосмазочной смеси в сочетании с наноразмерными частицами и первичной сажей для модифицирования поверхностей трибосопряжений уменьшает коэффициент трения в сопряжении поршневое кольцо—втулка цилиндра и повышает износостойкость деталей цилиндропоршневой группы СДВС, снижает энергозатраты и улучшает виброшумовые характеристики опорных узлов механизмов и машин.
Библиографический список:
1. Погодаев Л.И. Повышение надежности трибосопряжений: монография / Л.И. Погодаев, В.Н. Дудко, П.П. Дудко. — С-Пб.:Академия транспорта РФ, 2001. — 304 с.
2. Фролов К.В. Теоретические и прикладные задачи трения, износа и смазки машин./ Фролов К В., Пинегин С.В., Чичинадзе А.В. — Изд-во «Наука», М.: 1982. — 306с.
3. Минералы: справочник Т. 4. Силикаты со структурой, переходной от цепочечной к слоистой: Слоистые силикаты. М.: 1992.— 598 с.
4. Волков В.П., Павлов К.А., Лознецова Н.Н., Топоров Ю.П. Использование высокодисперсных природных гидросиликатов и наноразмерных частиц для модифицирования трущихся поверхностей. /Трение и смазка в машинах и механизмах., №12, 2006.- С.3-5.
