CC BY
6
Magnitogorskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova. 2017. T. 15, № 2. S. 54-62.
8. Izuchenie vliyaniya vysokodispersnykh i nanorazmernykh neorganicheskikh dobavok na strukturno-fizicheskie kharakteristiki epoksidnykh matrits i svoystva triboplastikov / V.K. Kryzhanovskiy, I.V. Nikitina, O.G. Yasnogorodskaya i dr. // Voprosy materialovedeniya. 2009. № 1 (57). S. 66-76.
9. Metod povysheniya sluzhebnykh svoystv ostova pluzhnogo lemekha putem ispol'zovaniya abrazivostoykikh naplavochnykh materialov i polimernykh kompozitov / A.M. Mikhal'chenkov, M.A. Mikhal'chenkova, M.A. Petrakov, A.A. Gutsan // Traktory i sel'khozmashiny. 2019. № 3. S. 70-75.
10. Potekaev A.I., Khokhlov V.A., Galsanov S.V. Priroda i mekhanizmy abrazivnogo iz-nashivaniya materialov s pamyat'yu formy na primere nikelida titana // Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. 2012. T. 321, № 2. S.107-111.
11. Musokhranov M.V. Fizicheskaya model' abrazivnogo iznashivaniya detaley mashin // Elektronnyy zhurnal: nauka, tekhnika i obrazovanie. 2017. № 3 (14). S.100-104.
12. Povyshenie dolgovechnosti izdeliy s pomoshch'yu poverkhnostnogo plasticheskogo de-formirovaniya / B.I. Butakov, V.A. Artyukh, O.A. Anisimov, A.T. Udodov // Tyazheloe mashi-nostroenie. 2006. № 9. S. 26-32.
13. Bolobov V.I., Bochkov V.S. O vozmozhnosti povysheniya iznosostoykosti bystroiznashivaemykh elementov gorno-obogatitel'nogo oborudovaniya termomekhanicheskoy obrabotkoy //Zapiski Gornogo instituta. 2016. T. 221. S. 688-691.
14. The effect of the concentration of components and dispersion of particles of filler of epoxy-sand composite on hardness and its relationship with abrasive wear resistance / A.M. Mi-khalchenkov, A.S. Kononenko, A.A. Tyureva, I.V. Kozarez // Polymer Science. Series D. 2021. Т. 14, № 1. С. 17-20.
15. Mikhal'chenkov A.M., Kupreenko A.I., Filin Yu.I. Prakticheskoe primenenie epoksidno-peschanykh kompozitov dlya povysheniya resursa i stoykosti k abrazivnomu iznashivaniyu voss-tanovlennykh shtamposvarnykh lemekhov //Klei. Germetiki. Tekhnologii. 2018. № 5. S. 36-41.
16. Material'no-tekhnicheskoe obespechenie i innovatsionnoe razvitie APK Bryanskoy ob-lasti / S.A. Bel'chenko, I.N. Belous, V.V. Kovalev i dr. // Aktual'nye voprosy ekonomiki i agrobizne-sa: sb. tr. XII mezhdunar. nauch.-prakt. konf., 25-26 marta 2021 g. Bryansk: Izd-vo Bryanskiy GAU, 2021. S. 388-400.
17. Tekhnicheskaya i tekhnologicheskaya modernizatsiya, innovatsionnoe razvitie agropromyshlennogo kompleksa / S.A. Bel'chenko, I.N. Belous, V.V. Kovalev i dr. // Vestnik Kurskoy GSKhA. 2021. № 1. S. 6-14.
УДК 621.891 DOI: 10.52691/2500-2651-2022-91-3-56-61
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАР ТРЕНИЯ НА ОСНОВЕ ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ С ПОМОЩЬЮ ПЛЁНОК ПЛАСТИЧНЫХ
МЕТАЛЛОВ
Study of Tribotechnical Characteristics of Friction Pairs Based on Vibration Damping
Using Plastic Metal Films
Погонышев В.А.1, д-р техн. наук, профессор, Мокшин И.А.1, соискатель,
Погонышева Д.А.2, д-р пед. наук, профессор
11 2 Pogonyshev V.A. , Mokshin I.A. , Pogonyshev D.A.
1ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского»
1Bryansk State Agrarian University 1Bryansk State Academician I.G. Petrovski University
Аннотация. Работа посвящена исследованию триботехнических характеристик плёнок пластичных металлов, нанесенных на поверхности трения, и смазочных свойств масла на по-
верхности шеек коленчатого вала. Рассмотрено взаимодействие пленок (медьсодержащей и оловянной), нанесенной на поверхности трения методом ФАБО. Исследованы смазочные свойства масла на поверхности шеек коленчатого вала. Получена в ходе эксперимента формула, выражающая зависимость величины износа от соотношения толщины медной пленки и смазки. Методологической основой исследований является системных подход к изучению и описанию процессов, происходящих при абразивном износе поверхности шеек коленчатых валов. Разработаны новые подшипниковые материалы и на их основе восстанавливаются изношенные детали вращения с последующей финишной антифрикционной безабразивной обработкой поверхности (ФАБО). Получаемые композиционные покрытия обладают повышенной износостойкостью. Область применения проводимых исследований - ремонтные предприятия.
Abstract. The paper is devoted to the study of tribotechnical characteristics of plastic metal films on the friction surface and oil lubricating properties on the surface of crankshaft journals. The interaction of films (copper- and tin-containing) deposited on the friction surface by the FABO method is considered. The lubricating properties of the oil on the surface of the crankshaft journals are studied. A formula of the dependence of the wear value on the ratio of the copper film thickness and the lubricant was obtained during the experiment. The methodological basis of the research is a systematic approach to the study and description of the processes occurring during abrasive wear of the surface of the crankshaft journals. New bearing materials have been developed and worn-out rotation parts are being restored on their basis with subsequent finishing anti-friction nonabrasive surface treatment (FABO). The resulting composite coatings have the increased wear resistance. The results of the research can be applied by repair companies.
Ключевые слова: трение, износ, изнашивания, абразивный износ, плёнки пластичных металлов, метод ФАБО, наплавка, ресурс.
Key words: friction, wear and tear, wear process, abrasive wear, films of plastic metals, FABO method, surfacing, resource.
Введение. Объектом исследования являются поверхности трения деталей машин работающих в условиях сельского хозяйства, дорожного строительства и других машин и агрегатов, работающих в условиях повышенной запылённости [1-5].
На кафедре автоматики, физики и математики Брянского ГАУ работает научно-исследовательская лаборатория трения и фретингизноса по теме «Технологические способы повышения износостойкости поверхностей трения вследствие улучшения их демпфирующих свойств». Лаборатория занимается научными исследованиями по повышению износо- и фреттингостойкости деталей машин, работающих в условиях повышенной запылённости (сельскохозяйственные и дорожные машины) [6-7], Разработаны новые подшипниковые материалы и на их основе восстанавливаются изношенные детали вращения с последующей финишной антифрикционной безобразивной обработкой поверхности (ФАБО). Получаемые композиционные покрытия обладают повышенной износостойкостью [8-9]. Область применения проводимых исследований - ремонтные предприятия.
Материалы и методика исследований. Покрытия получали с помощью специального приспособления к станку ТВ-7 (рис. 1). Испытания полученных покрытий производили на машинах трения 2070 СМТ-1 (рис. 2), описанные в работе [1-3].
Рисунок 1 - Установка для ФАБО
В данной работе рассмотрено взаимодействие пленок (медьсодержащей и оловянной) нанесенной на поверхности трения методом ФАБО (рис. 1). Исследованы смазочные свойства масла на поверхности шеек коленчатого вала. Получена в ходе эксперимента формула, выражающая зависимость величины износа от соотношения толщины медной пленки и смазки [10-11]. Методологической основой исследований является системных подход к изучению и описанию процессов, происходящих при абразивном износе поверхности шеек коленчатых валов.
Теоретические исследования проводились на базе современных представлений о процессах, протекающих при абразивном износе и усталостной прочности металлов [12-16]. Экспериментальные исследования проводились с помощью спроектированной и изготовленной установки, моделирующий процесс работы шеек коленчатого вала в различных условиях работы при повышенной запыленности. Для согласования данных триботехнических испытаний разработаны способ и устройство для подготовки поверхности металлических покрытий к испытаниям на износостойкость [17].
Результаты и их обсуждение. В результате проведенных исследований получила дальнейшее развитие теория абразивного изнашивания. Использование рекомендаций по выбору материалов нанесения покрытия пленок и определение допустимой величины износа поверхности шейки коленчатого вала. Предложены новые способы подготовки образцов для испытания материалов на износостойкость, что позволило получить распределение гашения колебаний и уменьшения молекулярной составляющей коэффициента трения. Таким образом, были обоснованы диапазоны контролируемых в эксперименте величин и подобраны измерительные приборы для лабораторных исследований. Также частично приводятся результаты, полученные с использованием этих изготовленных установок и обоснованных измерительных схем [18-20].
Анализ поверхностей шеек коленчатых валов позволяет сделать некоторые предварительные выводы относительно динамики процесса износа. В данном случает при взаимодействии абразивной частицы с поверхностью шейки коленчатого вала общий износ (усталостный и абразивный) зависит от времени работы.
Наиболее интенсивному изнашиванию подвержены шатунные шейки коленчатого вала, т.к. работают в наиболее тяжёлых условиях. В ходе эксперимента были исследованы образцы (сталь 45) с медной пленкой и без пленки на машине трения СМТ-1 (рисунок 2). Особая роль отводилась усталостному износу, который обусловлен дискретным характером фрикционного контакта. Это означает, что в процессе внешнего трения происходит многократное деформирование поверхностей шеек коленчатого вала в отдельных пятнах фактического контакта, которое приводит к разрушению и последующему отделению материала в абразив. Степень и частота деформирования зависят как от температуры, скорости скольжения и давления, так и от геометрии и состояния поверхностного слоя. Результаты эксперимента занесли в таблицу 1.
Рисунок 2 - Машина трения СМТ-1
Таблица 1 - Зависимость изнашивания от качества поверхности
Износ вкладышей, мкм
Контртело Пробег, км Сталь С медной плёнкой С медно-оловянной плёнкой С медно-оловянной плёнкой и маслом
10 36,5 12,3 10,2 3,1
110 43,6 18,4 17,4 4,5
220 57,7 21,3 20,5 6,2
330 68,8 42,5 40,3 7,4
440 79,5 59,2 50,5 8,5
Из таблицы можно сделать вывод о том, что если градиент твёрдости материалов по-
dz
верхности положительный (— >0) [21], то износ стремится к минимальному значению. Предельное значение равно 1 мкм. Данные таблицы свидетельствуют о том при более полном выполнении правила положительного градиента, провозглашённого И.В. Крагельским, за счёт послойно уменьшающейся твердости поверхностного слоя только для пленок пластичных металлов, износ вкладышей снижается на порядок, коэффициент трения при этом уменьшается на два порядка. Результаты эксперимента характерны не только для плёнок пластичных металлов, но и для пленок других материалов (в том числе и масел).
Предварительные натурные испытания многослойных плёнок пластичных металлов, полученных методом ФАБО, восстановленных поверхностей трения, производились в лаборатории трения Брянской сельскохозяйственной академии. На поверхность шеек коленчатого вала были нанесены методом фрикционного натирания медная и двухслойная медно-оловянная плёнка.
Износ образцов оценивали двумя способами: гравиметрическим методом и по температуре вспышки масла. Сравнивали масло до и после эксплуатации (отработку). Подвергали образцы масла нагреванию до воспламенения его. Кроме того фиксировалась температура во время схватывания образцов с помощью термопары, вмонтированной в колодку. Было замечено, что температура отработанного масла всегда ниже температуры исходного при прочих равных условиях. Это объясняется тем, что отработанные масла также прирабатываются, как и их поверхности. Так, например, температура схватывания исходного масла Shell (10W-40) равна 250 оС, а отработанного - 220 оС, Shell (SAE 20W-50) исходного - 270 оС, отработанного - 230 оС. Надо отметить, что импортные масла (Shell, SAE) по данным наших экспериментов имеют температуру возгорания больше - 250 -270 оС, чем отечественные (М8Г1, М8В, М63/12Г1) - 220- 260 оС.
Выводы. 1. Исходная шероховатость поверхностей трения, равно как абразивная составляющая изнашивания поверхностей, не оказывает значительного влияния на величину исходного (абразивного и усталостного) износа, так как она достаточно быстро изменяет свою микрогеометрию вследствие приработки и воздействия абразивных частиц.
2. ФАБО уменьшает на порядок износ шатунных шеек коленчатого вала и их вкладышей и на два порядка уменьшает коэффициент трения.
Библиографический список
1. Плужный лемех (Лемех конструкции Брянской ГСХА): пат. 95285 U1, Рос. Федерация / Михальченков А.М., Будко С.И., Кожухова Н.Ю., Анисин А.Н. Заявка № 2010105296/22 от 15.02.2010, опубл. 27.06.2010.
2. Стрельчатая лапа культиватора: пат. 2462852 C1, Рос. Федерация / Михальченков А.М., Ковалев А.П., Будко С.И., Комогорцев В.Ф. Заявка № 2011106409/13 от 21.02.2011. опубл. 10.10.2012.
3. Михальченков А.М., Будко С.И., Кожухова Н.Ю. Восстановление и упрочнение лемехов // Сельский механизатор. 2007. № 7. С. 40-41.
4. Михальченков А.М., Будко С.И., Паршиков П.А. Увеличение долговечности плужных лемехов восстановлением их наплавкой и упрочнением сварочным армированием // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2005. № 2. С. 46-51.
5. Повышение ресурса деталей из средне- и высокоуглеродистых сталей упрочнением их сварочным армированием / А.М. Михальченков, Д.А. Капошко, С.И. Будко, М.М. Пехте-рев // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения. 2005. № 1 (4). С. 151-155.
6. Коршунов В.Я., Комаров В.С. Прогнозирование относительной абразивной износостойкости металлов на основе механико-термодинамического подхода к процессу разрушения твердых тел // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2014. № 3. С. 45-48.
7. Коршунов В.Я., Подураев В.Н., Федоров В.В. Термодинамический метод прогнозирования рациональных условий эксплуатации алмазно-абразивного инструмента // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 1982. № 2. С. 120.
8. Коршунов В.Я., Гончаров П.Н., Новиков Д.А. Прогнозирование износостойкости и усталостной прочности деталей сельхозмашин на основе кинетического подхода к процессу разрушения металлов // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2013. № 2. С. 33-36.
9. Коршунов В.Я. Расчёт предела усталости металлов по величине коэффициента перенапряжений межатомных связей // Вестник машиностроения. 1997. № 9. С. 32.
10. Гончаров П.Н., Коршунов В.Я. Методика проведения экспериментальных исследований износа образцов на машине трения МИ-1М // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. № 3. С. 67-69.
11. Погонышев В.А. Повышение износостойкости восстановленных узлов трения сельскохозяйственных машин фрикционным нанесением пленок пластичных металлов: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Калининский ордена трудового красного знамени политехнический институт. Калинин, 1990.
12. Погонышев В.А. Повышение износо- и фреттингостойкости деталей машин модифицированием поверхностей: дис. ... канд. техн. наук. Брянск, 2000.
13. Исследование триботехнических характеристик металлических покрытий, нанесённых наплавкой, электродуговым и плазменным напылением / В.А. Погонышев, П.Д. Нетягов, Е.Н. Самсонович, Г.Д. Анцифров // Трение и износ. 1989. Т. 10, № 5. С. 909-912.
14. Погонышев В.А., Ермичев В.А., Храмченков В.С. Технологическое обеспечение фреттингстойкости деталей грузовых автомобилей // Трение и износ. 1998. Т. 19, № 3. С. 398.
15. Погонышев В.А., Логунов В.В. Повышение износостойки шеек коленчатого вала путём нанесения плёнок пластичных металлов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2013. № 6. С. 47-48.
16. Погонышев В.А., Романеев Н.А., Панов М.В. Триботехника в сельском хозяйстве. Брянск: Изд-во БГСХА, 2010. 480 с.
17. Способ гашения колебаний: пат. 2126916 Рос. Федерация / Погонышев В.А. Хар-ченков В.С., Матанцева В.А., Романеев Н.А., Хохлов А.Г. Заявка № 96110840 от 31.05.96; опубл. 1999, Бюл. № 6 БГСХА, БГТУ
18. Погонышев В.А. Физика фреттинг-изнашивания. Брянск, 1999.
19. Погонышев В.А., Романеев Н.А. Технологические способы повышения износостойкости поверхностей трения вследствие улучшения их демпфирующих свойств // Упрочняющие технологии и покрытия. 2013. № 6 (102). С. 47-48.
20. Increasing service life of friction pairs by means of plastic metals films / V.A. Pogo-nyshev, E.N. Samsonovich, V.A. Matantseva, L.D. Kuznetsov // Трение и износ. 1993. Т.14, № 6. С. 1124-1125.
21. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. 480 с.
References
1. Pluzhnyy lemekh (Lemekh konstruktsii Bryanskoy GSKhA): pat. 95285 U1, Ros. Feder-atsiya / Mikhal'chenkov A.M., Budko S.I., Kozhukhova N.Yu., Anisin A.N. Zayavka № 2010105296/22 ot 15.02.2010, opubl. 27.06.2010.
2. Strel'chataya lapa kul'tivatora: pat. 2462852 C1, Ros. Federatsiya / Mikhal'chenkov A.M., Kovalev A.P., Budko S.I., Komogortsev V.F. Zayavka № 2011106409/13 ot 21.02.2011. opubl. 10.10.2012.
3. Mikhal'chenkov A.M., Budko S.I., Kozhukhova N.Yu. Vosstanovlenie i uprochnenie lemekhov //Sel'skiy mekhanizator. 2007. № 7. S. 40-41.
4. Mikhal'chenkov A.M., Budko S.I., Parshikov P.A. Uvelichenie dolgovechnosti pluzhnykh lemekhov vosstanovleniem ikh naplavkoy i uprochneniem svarochnym armirovaniem // Vestnik Bry-anskoy gosudarstvennoy sel'skokhozyaystvennoy akademii. 2005. № 2. S. 46-51.
5. Povyshenie resursa detaley iz sredne- i vysokouglerodistykh staley uprochneniem ikh svarochnym armirovaniem /A.M. Mikhal'chenkov, D.A. Kaposhko, S.I. Budko, M.M. Pekhterev //Kon-struirovanie, ispol'zovanie i nadezhnost' mashin sel'skokhozyaystvennogo naznacheniya. 2005. № 1 (4). S. 151-155.
6. Korshunov V.Ya., Komarov V.S. Prognozirovanie otnositel'noy abrazivnoy iznosostoykos-ti metallov na osnove mekhaniko-termodinamicheskogo podkhoda k protsessu razrusheniya tverdykh tel // Trenie i smazka v mashinakh i mekhanizmakh. 2014. № 3. S. 45-48.
7. Korshunov V.Ya., Poduraev V.N., Fedorov V.V. Termodinamicheskiy metodprognoziro-vaniya ratsional'nykh usloviy ekspluatatsii almazno-abrazivnogo instrumenta // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroenie. 1982. № 2. S. 120.
8. Korshunov V.Ya., Goncharov P.N., Novikov D.A. Prognozirovanie iznosostoykosti i us-talostnoy prochnosti detaley sel'khozmashin na osnove kineticheskogo podkhoda k protsessu razrusheniya metallov // Vestnik Bryanskoy gosudarstvennoy sel'skokhozyaystvennoy akademii. 2013. № 2. S. 33-36.
9. Korshunov V.Ya. Raschet predela ustalosti metallov po velichine koeffitsienta perenapryazheniy mezhatomnykh svyazey // Vestnik mashinostroeniya. 1997. № 9. S. 32.
10. Goncharov P.N., Korshunov V.Ya. Metodika provedeniya eksperimental'nykh issledo-vaniy iznosa obraztsov na mashine treniya MI-1M // Vestnik Bryanskoy gosudarstvennoy sel'skokhozyaystvennoy akademii. 2014. № 3. S. 67-69.
11. Pogonyshev V.A. Povyshenie iznosostoykosti vosstanovlennykh uzlov treniya sel'skokho-zyaystvennykh mashin friktsionnym naneseniem plenok plastichnykh metallov: avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk /Kalininskiy ordena trudovogo krasnogo znamenipolitekhnicheskiy institut. Kalinin, 1990.
12. Pogonyshev V.A. Povyshenie iznoso- i frettingostoykosti detaley mashin modifitsiro-vaniempoverkhnostey: dis. ... kand. tekhn. nauk. Bryansk, 2000.
13. Issledovanie tribotekhnicheskikh kharakteristik metallicheskikh pokrytiy, nanesennykh naplavkoy, elektrodugovym i plazmennym napyleniem / V.A. Pogonyshev, P.D. Netyagov, E.N. Samsonovich, G.D. Antsifrov // Trenie i iznos. 1989. T. 10, № 5. S. 909-912.
14. Pogonyshev V.A., Ermichev V.A., Khramchenkov V.S. Tekhnologicheskoe obespechenie frettingstoykosti detaley gruzovykh avtomobiley // Trenie i iznos. 1998. T. 19, № 3. S. 398.
15. Pogonyshev V.A., Logunov V.V. Povyshenie iznosostoyki sheek kolenchatogo vala putem naneseniya plenok plastichnykh metallov // Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya. 2013. № 6. S. 47-48.
16. Pogonyshev V.A., Romaneev N.A., Panov M.V. Tribotekhnika v sel'skom khozyaystve. Bryansk: Izd-vo BGSKhA, 2010. 480 s.
17. Sposob gasheniya kolebaniy: pat. 2126916 Ros. Federatsiya / Pogonyshev V.A. Kharchenkov V.S., Matantseva V.A., Romaneev N.A., Khokhlov A.G. Zayavka № 96110840 ot 31.05.96; opubl. 1999, Byul. № 6 BGSKhA, BGTU
18. Pogonyshev V.A. Fizika fretting-iznashivaniya. Bryansk, 1999.
19. Pogonyshev V.A., Romaneev N.A. Tekhnologicheskie sposoby povysheniya iznosostoy-kosti poverkhnostey treniya vsledstvie uluchsheniya ikh dempfiruyushchikh svoystv // Uprochnyay-ushchie tekhnologii ipokrytiya. 2013. № 6 (102). S. 47-48.
20. Increasing service life offriction pairs by means ofplastic metals films / V.A. Pogo-nyshev, E.N. Samsonovich, V.A. Matantseva, L.D. Kuznetsov // Trenie i iznos. 1993. T.14, № 6. S. 1124-1125.
21. Kragel'skiy I.V. Trenie i iznos. M.: Mashinostroenie, 1968. 480 s.
