Эффект безызносности в изолированных узлах трения Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Механика и машиностроение

УДК 620.179.112

ЭФФЕКТ БЕЗЫЗНОСНОСТИ В ИЗОЛИРОВАННЫХ УЗЛАХ ТРЕНИЯ

© 2011 В.А. Рыжиков, О.А. Туркеничева, Ю.Г. Сапронов

Шахтинский институт (филиал) ФГБОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ), г. Шахты Поступила в редакцию 10.11.2011

Узлы трения большинства высоконагруженных механизмов и машин работают в весьма тяжелых эксплуатационных режимах. С увеличением внешних нагрузок и скоростей движения наблюдается снижение надежности и долговечности машин. Ремонт и техническое обслуживание требуют значительных затрат материальных и людских ресурсов. В настоящее время в нашей стране и за рубежом разрабатываются научные программы по решению проблем износостойкости деталей узлов трения.

Используя электрохимические процессы переноса ионов металлов на граничные слои контактирующих поверхностей, реализуемые управляемым электрическим полем, был разработан узел трения с не изнашивающимися и самовосстанавливающимися поверхностями [1].

На рис. 1 представлена принципиальная схема узла трения. Устройство содержит вал 1, на котором установлен вкладыш 2 на изоляторе 3, выполненного из износостойкого, фрикционного, полимерного композита, на основе теплостойких реактопластов. Изолятор размещен в корпусе подшипникового узла. Зазор между вкладышем подшипника и цапфой заполнен смазочным материалом (СМ), содержащим мелкодисперсные порошки металлов. Для предотвращения попадания загрязняющих веществ на корпусе установлена крышка 5. В сквозной проточке на корпусе 4 установлен индикатор 6, связанный с валом 1 и контактом 7, цепи регулируемого источника постоянного напряжения 8. От него положительный потенциал подается на вкладыш 2, а отрицательный на вал 1.

При вращении вала 1 и отсутствии износа поверхностей трения контакт 7 разомкнут и напряжение не подается. Если возникает износ, то ножка индикатора 6 опускается вниз, замыкая цепь. По цепи протекает ток, и, вследствие электрохимических процессов, на поверхность вала осаждаются диспергированные в СМ ионы металлов, образуя защитную пленку. Присадки металлов под воздействием физико-химических процессов и тепловых полей деструктируют на ионы и переносятся за счет электростатических сил взаимодействия на противоположно заряженную поверхность, образуя материал пленки. При избирательном переносе в результате электрохимического процесса осаждения меди на трущихся поверхностях, происходит «рождение» сервовитной пленки. Толщина и скорость образования которой носит чисто вероятностный характер процессов самоорганизации [2].

Процесс трения возбуждает поверхностные слои, вызывая их химическую активацию (что и является причиной экзоэлектронной эмиссии), кроме того он возбуждает и подповерхностные слои, приводя к их структурно - термической активации, в частности -к движению дислокаций. Дислокация выходит на поверхность - заряжается, а затем - разряжается в сопряженную деталь, и, как следствие происходит схватывание. В этом и состоит вероятностный характер самоорганизации: в одном случае, при разрядке дислокаций друг в друга и схватывании выделяется большое количество теплоты, что катализирует процессы образования сервовитной пленки. Но толщина ее недостаточна, чтобы перекрыть уровень износа, характеризующийся вырывом когезионно менее прочного материала с поверхности трения. В другом наоборот. Все это зависит от величины тока, протекающего через зону контакта.

При ИП схватывания не происходит, поскольку возникают благоприятные условия для образования комплексных соединений. Лиганды - активные компоненты смазки - образуют на площадках выхода дислокаций медные комплексы объемной или плоской структуры. Комплекс может образовываться и за счет присоединения к центральному атому нейтральных молекул, имеющих ярко выраженный дипольный момент. Образование в комплексе координационной связи приводит к разрыву или ослаблению связи атома металла в комплексе с атомом металла в решетке. Связь между металлом и комплексом переходит в адсорбционную. Комплекс по-

1217

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4(3), 2011

лучает возможность двигаться по поверхности, соединяясь с другими комплексами в островки пленки. Одновременно режим трения переходит к гидродинамическому. Регулирование скорости образования защитной пленки в зависимости от размеров вкладыша 2, осуществляется изменением величины напряжения от регулируемого источника постоянного тока. При восстановлении изношенной поверхности до первоначальных размеров ножка индикатора 6 поднимается и размыкает контакт до следующего цикла. Так осуществляется безызносная эксплуатация подшипников скольжения. Причем применение внешнего электрического поля позволит на порядки увеличить скорость образования сервовитной пленки, создаст потенциальный барьер для проникновения в поверхностный слой материала водорода, обеспечит возникновение сил электростатического отталкивания между защищаемой поверхностью и абразивной или эрозионной части-цейПрименение полимерной вставки позволит сохранить все положительные эффекты от использования электрического поля, и устранить возможность появления электрического пробоя между сопряженными поверхностями и повышение уровня изнашивания.Для исследования процессов контролируемого избирательного переноса были проведены лабораторные испытания узла трения на лабораторной установке МАСТ-1 в среде смазочного композита МС-20 и присадок мелкодисперсных порошков меди, олова, серебра при различных условиях трения. В процессе проведения испытаний фиксировался износ, момент трения и величина напряжения на втулке. На рис. 2 показан график износа поверхностей трибосопряжений.

Рис. 2. График износа поверхности трибосопряжения при напряжении сети: 1 - 0 В; 2 - 9 В; 3 - 20 В

Проведенные исследования показали, что в начальный период работы наблюдалось интенсивное изнашивание поверхностей трения. Это объясняется тем, что фрикционная пара проходит период приработки. При этом поверхности трения взаимно притираются, происходит пластическое деформирование и разрушение микрошероховатостей сопряженных поверхностей. Они освобождаются от загрязнений, формируются тепловые потоки. Эти процессы, протекающие в области фрикционного контакта, приводят к «структурно-термической активации поверхностей трения», и, как следствие - к увеличению дефектности поверхностных и приповерхностных слоев, за счет чего уменьшается когезионная прочность материала этих зон, и он легко разрушается. В дальнейшем интенсивность изнашивания стабилизируется. Наложение внешнего электрического поля на процесс изнашивания узла приводит к восстановлению ранее изношенных поверхностей. Глубина восстанавливаемого слоя однозначно определяется величиной подаваемого напряжения и соответствующего ему изменения значения постоянного тока.

Выводы:

1. Применение технологии, позволяющей управлять процессами избирательного переноса в машиностроении, позволит эксплуатировать оборудование по безызносной технологии и даст возможность проведения безразборного восстановления узлов трения. Локальный характер данного метода обеспечить избирательное восстановление наиболее изношенных деталей.

2. Введение в триботехническую систему электрического датчика износа, включенного в цепь управления триботехническими процессами, позволит с помощью ПК поддерживать заданные параметры системы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пат. RU № 2295659 Рос. Фед. - № 2005129855/11. - Заявл.

26.09.2005; опубл. 20.03.2007. Бюл. № 8. Подшипник скольжения / Рыжиков В.А., Долгополов К.Н.

2. Рыжиков В.А., Долгополов К.Н. Эффект безызносности в

узлах трения грузоподъемных машин. // Механизация, автоматизация и электрификация горного и строительного производств, сервис технологических машин и оборудования: сб. науч.тр. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2005. - С. 60-62.

EFFECT OF NORN-RESISTANCE IN ISOLATEDKNOTS OF FRICTION

Ryshikov V.A., Turkenicheva O.A., Sapronov U.G.

Branch of Shakhty University, F.G.B.O.U. V.P.O. U.R.G.T.U. (N.P.I.)

1218