CC BY
34
УДК 621.89.099.6
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АНТИФРИКЦИОННОЙ ДОБАВКИ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ
А.В. Сумманен1, Е.А. Криштанов2
1 Санкт-Петербургский государственный экономический университет (СПбГЭУ),
191023, Санкт-Петербург, улица Садовая, дом 21 2Санкт-Петербургский Государственный Агарный Университет (СПбГАУ), 196601, Россия, г. Санкт-Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, дом 2
В данной статье исследовано влияние антифрикционной добавки ТСКВ-100 на долговечность подшипников качения. При работе в присутствии абразива и установлено оптимальное значение концентрации. Результаты стендовых испытаний подтвердили предположения об эффективности геомодификатора ТСКВ-100 и показали, что при добавлении его к пластичной смазке подшипников качения в процессе ремонта техники, наработка подшипников до достижения предельного износа может увеличиться до 50% по сравнению с наработкой подшипников в присутствии абразива без ТСКВ-100.
Ключевые слова: долговечность, антифрикционные материалы, подшипники качения.
RESEARCH OF INFLUENCE OF ANTIFRICTIONAL ADDITIVE ON DURABILITY OF
ROLLING BEARINGS
A.V. Summanen, E.A. Krishtanov
St. Petersburg state economic university, 191023, St. Petersburg, Sadovaya Street, house 21
St. Petersburg State Agar University, 196601, Russia, St. Petersburg, Mr. Pushkin, Peterburgskoye Highway 2
In this paper, the influence of the anti-friction additive TSCV-100 on the life of rolling bearings is investigated. When working in the presence of abrasive, the optimum concentration value is established. The results of the bench tests confirmed the assumptions about the efficiency of the TSCV-100 geomodifierand showed that when it is added to the plastic lubrication of rolling bearings during the repair of machinery, the bearing lifetime before reaching extreme wear can increase up to 50% compared to the running of bearings in the presence of abrasive without TSCV- 100.
Keywords: durability, antifriction materials, rolling bearings.
Введение
Надёжность машин в значительной степени зависит от свойств и качества применяемых смазочных материалов. Обычные пластичные смазочные материалы, используемые в технике (Солидол, Литол-24, ЦИАТИМ-201), не обладают достаточным уровнем свойств, необходимых для обеспечения надёжной работы машин в течение всего периода эксплуатации. Особенно чувствительны к качеству смазки подшипники качения. Выходом в данной ситуации является применение специальных добавок в смазочные материалы.
Добавки - вещества, способные изменить физические свойства трущихся поверхностей. В настоящее время на рынке автохимии и смазочных материалов представлен широкий
выбор добавок, но вместе с тем нет информации о целесообразности применения той или иной добавки.
Определено, что применение добавок позволяет образовывать в сопряжении пленку до 100 мкм. Полученная пленка обладает низким трением и заменяет трение и изнашивание самой детали на трение, и изнашивание покрытия.
В настоящее время это направление получило широкое распространение и является весьма перспективным. Доказана эффективность применения добавок в узлах и агрегатах автотракторной техники, но до сих пор мало изучено влияние добавок на детали узлов машин, работающих в абразивной среде [1].
1 Александр Викторович Сумманен - кандидат технических наук, доцент кафедры Сервиса транспорта и транспортных систем, СПбГЭУ, тел. 89215728754, e-mail: 89215728754@mail.ru
2Егор Александрович Криштанов - кандидат технических наук, доцент кафедры Прикладной механики, физики и инженерной графики, СПбГАУ тел. 89217509837, e-mail: dekanazam.@mail.ru
12
СПбГЭУ
Описание исследования
Выбор добавки для подшипника. В состав большинства добавок входят поверхностно-активные вещества (ПАВ), т.е. вещества, молекулы которых ориентируются при адсорбции перпендикулярно к поверхности твердого тела. Характерной особенностью ПАВ является несовпадение центров тяжести положительных и отрицательных зарядов в их молекулах даже в изолированном состоянии (существуют как бы два противоположных пространственно разделенных заряда). Такие молекулы, называемые полярными, притягиваются и удерживаются поверхностью тела.
Изнашивание поверхностей трения деталей машин и механизмов при применении всех типов смазочных материалов неизбежно, поскольку даже самые эффективные из них не предотвращают полностью износ при приработке, пуске - остановке и т.п. Это относится и к деталям машин из самосмазывающихся материалов. Существенное предотвращение изнашивания возможно при применении твердосма-зочных покрытий (ТСП). ТСП обеспечивали бы заданную долговечность деталей в течение всего ресурса, либо за счет восстановления покрытия после работы в течение части ресурса. При этом трение и изнашивание самой детали заменяется трением и изнашиванием покрытия, а долговечность деталей будет зависеть от усталостной прочности материала детали. В этом аспекте твердое смазочное покрытие (ТСП) является по существу конструкционным материалом самой детали.
Особо отмечается разный механизм действия твердых и обычных химически действующих добавок: последние требуют соответствующих температур для начала и развития химических реакций с металлами поверхностей трения. Твердые добавки не требуют высоких температур для проявления смазочного действия. Под действием давления они отлагаются в виде тонких пленок на поверхностях металлов в микрозонах фрикционного взаимодействия.
На практике твердые добавки к маслам успешно применяются только при очень малых размерах их частиц, что позволяет стабилизировать суспензию их в масле и предотвращает их оседание. Опыт применения твердых добавок в маслах показал, что не во всех узлах трения достигается эффективное действие этих добавок. В то же время отмечается, что сочетание твердых и обычных противозадирных добавок сопровождается синергетическим эффектом в снижении трения и изнашивания.
Существует огромное количество добавок к маслам, выделены наиболее эффективные на основе ранее проведенных исследований, вид и концентрация которых представлены в табл. 1.
Таблица 1 - Добавки в масла
На основе исследований определены добавки, действующие в сопряжении сталь-сталь: СУРМ, РИМЕТ, ТСК, Аспект-модификатор, ER, Micro X2, Roil.
Высокая твердость нужна для обеспечения низкой интенсивности изнашивания сопряжений. Добавки не обеспечивают высокой твердости 28 - 65 HRC, но применение добавок: СУРМ, РИМЕТ, ТСК, Аспект-модификатор, ER, Micro X2, Roil позволяет
№ Название Фирма изготовитель Концентрация добавки в масле, % Вид добавки
1 H.P.L.S. Winn's 5,0 - 7,0 эксплуатационная
2 STP Danbury, США 10,0 эксплуатационная
3 RFG (REDEX) Holt-Lloid, Англия 2,0 эксплуатационная
4 Lubrifilm B2 ACTEX, Швейцария 15,0 ремонтно-восстановительная
5 MOS2 Leichtlauf Ligui-Moly, Германия 3,0 эксплуатационная
6 Micro X2 США 5,0 эксплуатационная
7 РиМЕТ Екатеринбург 2,0
8 Асп.Моди фикатор "Амтек", Россия 10,0 эксплуатационная
9 ФАФЗ, Минерал "Инициатива", СПб 0,1 ремонтно-восстановительная
1 0 Roil Eways Inc., германия 14,0 эксплуатационная
1 1 СУРМ-Твр "Пиотр", СПб 3,0 ремонтно-восстановительная
1 2 ER Entech Co., США 5,0 ремонтно-восстановительная
1 3 ТСК Россия 0,5-1,5 ремонтно-восстановительная
А.В. Сумманен, Е.А. Криштанов
снизить интенсивность изнашивания, что показывают исследования.
На основе ранее проведенных исследований определено, что добавки обеспечивают нужную шероховатость Иа 0,7 - 0,3 мкм (смотри рисунок 1): СУРМ - 0,7 мкм, ТСК - 0,5 мкм, СУРМ СВА - 0,3 мкм, СУРМ СВА-М - 0,3 мкм. Таким образом, добавки СУРМ и ТСК могут использоваться для подшипника.
1) Иа=1,802мкм; Яг=10,7мкм; Итах=13,2мкм; Р=400Н
2) Иа=0,727мкм; Яг=4,48мкм; Итах=7,40мкм; Р=600Н
3) Яа=0,468мкм; Rz=4,99мкм; Итах=8,41мкм; Р=600Н
4) Иа=0,291мкм; Rz=4,26мкм; Итах=6,98мкм; Р=400Н
1Г-
5) Иа=0,292мкм; Rz=3,03мкм; Итах=8,88мкм;
Р=600Н
Рисунок 1 - П рофилограммы рабочих поверхностей трения алюминиевого образца при работе на масле М 10 Г2 с добавками: 1 - чистое масло М 10 Г2; 2 - масло М 10 Г2 с добавкой СУРМ «восстановитель давления масла»; 3 - масло М 10 Г2 с добавкой ТСК; 4 - масло М 10 Г2 с добавкой СУРМ СВА;
5 - масло М 10 Г2 с добавкой СУРМ СВА-М
В результате анализа и ранее проведенных исследований определена добавка для подшипника ТСКВ-100, так как лучше всего работала в подшипниках без абразива.
Для исследования влияния антифрикционных добавок на долговечность подшипников качения при работе на смазочном материале в присутствии абразива были проведены стендовые испытания. Объектом испытаний был выбран радиальный однорядный шарикоподшипник №180502. Этот тип подшипников относится к наиболее распространенным в современной технике.
С целью оценки влияния концентрации абразива и добавки ТСКВ-100 на величину радиального зазора был проведен двухфакторный эксперимент. Исходя из рекомендаций при планировании эксперимента был выбран рото-табельный ортогональный центрально-композиционный план второго порядка как план, позволяющий с достаточной точностью определить погрешность математической модели и судить о ее адекватности.
На основе анализа конструкций испытательных машин, применяемых на ГПЗ и ВНИИП был модернизирован стенд для испытания радиальных подшипников качения. Одновременно испытывалось 4 подшипника. В качестве базовой смазки использовалась пластичная смазка Литол-24. В качестве абразива применялась пыль по ГОСТу 8002-62 с удельной поверхностью 8 = 5600+150 см2/г. Испытания проводили по следующей схеме: двадцать четыре подшипника испытывались партиями по четыре штуки до отказа подшипников по причине достижения ими допустимого радиального зазора.
Режимы испытаний определяли в соответствии с рекомендациями соответствующей методики форсированных испытаний подшипников качения.
Для оценки влияния геомодификатора ТСКВ-100 на скорость изнашивания подшипников качения, работающих в условиях абразивного изнашивания, была определена функциональная зависимость скорости изнашивания от концентрации абразива и ТСКВ-100: Ъ = 0,0002 + 0,023-х + 0,0005-у- 0,006-х2-0,0006-х-у- 0,0002-у2
Поверхность, построенная по данному уравнению, показана на рисунке 2.
Анализ полученной поверхности отклика позволяет сделать вывод, что при увеличении концентрации абразива до 2% скорость изнашивания стабилизируется, а при одновременном увеличении концентрации ТСКВ-100 происходит даже снижение скорости изнашивания.
С целью определения износа труднодоступных деталей подшипника, были проведены исследования износа шариков подшипников по
14
СПбГЭУ
массе. Для чего испытанные подшипники были разобраны и определены массы шариков в каждом подшипнике. В дальнейшем получены е данные были сопоставлены с массой новых шариков и определен их износ по массе. Результаты проведенных исследований представлены на рис.3.
Рисунок 2 - Зависимость скорости изнашивания от концентрации абразива и ТСКВ-100
Масса шариков, г
Рисунок 3 - Распределение массы шариков при различных режимах работы подшипников
Анализ полученных распределений показывает, что при добавлениигеомодификатора ТСКВ-100 в пластичную смазку в присутствии абразива масса шариков больше, чем при использовании смазки без ТСКВ-100. Одновременно с применением геомодификатора ТСКВ-100 происходит уменьшение рассеивания масс шариков, а следовательно, и упорядочивание износа, даже по сравнению с массами новых шариков.
С целью определения оптимального значения концентрации добавки ТСКВ-100 в пластичную смазку была определена зависи-
мость износа шариков от концентраций абразива и добавки ТСКВ-100 (рис. 4).
Рисунок 4 - Зависимость износа шариков подшипника при различных режимах испытаний
Выводы и рекомендации
В результате проведенного исследования было установлено, что оптимальной концентрацией добавки ТСКВ-100 в пластичную смазку является концентрация 1,8 - 2,2 %.
Результаты стендовых испытаний подтвердили сделанные ранее предположения об эффективности геомодификатора ТСКВ-100 и показали, что при добавлении его к пластичной смазке подшипников качения в процессе ремонта техники, наработка подшипников до достижения предельного износа может увеличиться до 50% по сравнению с наработкой подшипников в присутствии абразива без ТСКВ-100.
Литература
1. Криштанов Е.А., Сумманен А.В. Теоретическое обоснование повышения долговечности подшипников сельскохозяйственных машин //Научное обеспечение развития АПК в условиях импортозамещения. / Сб. науч. трудов международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава «Научное обеспечение развития сельского хозяйства и снижение технологических рисков в продовольственной сфере» СПб.:СПбГАУ, 2017. - С. 472 - 476
