CC BY
34
© A.A. Гвоздев, M.H. Фильков, A.B. Дунаев, A.B. Федотов, 2013
УДК 621.89
A.A. Гвоздев, М.Н. Фильков, A.B. Дунаев, A.B. Федотов
ИССЛЕДОВАНИЯ НЕКОТОРЫХ НОВЫХ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ
Приведены результаты сравнительных испытаний на машине трения СМТ-1 двенадцати триботехнических препаратов по значениям коэффициентов трения и установившейся температуре. Подтверждена эффективность некоторых чисто минеральных, но в основном, комплексных трибопрепаратов, но не подтверждены рекламные характеристики рыночных трибопрепаратов. Ключевые слова: трение, препарат, коэффициент трения, минерал.
С 1987 г. в РФ начаты систематические исследования и внедрение минеральных препаратов для безразборного экспресс-ремонта машин и оборудования различными гражданскими и военными НИИ, ВУЗами и коммерческими фирмами. К известным твердосмазочным материалам, к разнообразию органических, химических, металлоплакирую-щих, наноалмазных, эпиламных и комплексных трибопрепаратов создан десяток типов геотрибомодификато-ров, в основном на основе серпентина горной породы «серпентинит» [1— 3, 5].
Ширится применение этих препарата в узлах трения практически всего многообразия машин и оборудования всех отраслей промышленности, энергетики, транспорта, лесного и сельского хозяйства, в военной технике. В связи с простотой, экологич-ностью приготовления и применения, эффективностью, невысокой стоимостью серпентинового порошка он находит все более широкое применение и в Китае, Финляндии, Франции, Швеции, Германии в некоторых других странах [1—5].
Препараты, вводимые в смазочную среду в штатном режиме эксплуатации машин, под влиянием давления, температуры и других триботехниче-ских факторов обеспечивают образование в сопряжениях трения стойкой антифрикционной пленки, которая к тому же частично компенсирует изно-сы деталей, в основном, из черных металлов. Поэтому, частично, а иногда полностью, восстанавливаются характеристики узлов и агрегатов: уменьшаются мехпотери и увеличивается эффективность их работы, снижается расход энергии, топлива на их привод, улучшается сгорание топлив и уменьшаются выбросы вредных веществ с газами, продлевается ресурс смазочных материалов, обеспечивается возможность применения их низкосортных марок и даже предотвращение аварии агрегатов при потере смазки. Обеспечивается возможность повышения нагрузочных, скоростных и температурных режимов работы сопряжений даже при бедной смазке, а в некоторых случаях и без нее вообще. «Безразборный ремонт» «РВС-препаратами» продлевает межремонтный срок службы неаварийно из-
Таблица 1
Объекты испытаний
Примечание: В качестве ПАВ использована соль мягких металлов олеиновой кислоты с добавкой глицерина. ПАВ с добавкой серпентина названо препаратом «Мотор-Лита».
№ составов Содержание составов Концентрация в масле М-10ДМ
1 «СТРИБОЙЛ» от ЗАО «Концерн Наноинду-стрия» (ПАВ + серпентин + УЗО) Серпентин 008 г/л, ПАВ 03—05%
2 Бемит производства ГОСНИТИ + ПАВ+ + серпентином + УЗО Бемит и серпентин по 008 г/л, ПАВ 03—05%
3 Бемит производства ГОСНИТИ + + оксид кремния, + ПАВ + УЗО Бемит и оксид кремния по 004 г/л, ПАВ 03—05%
4 Полититанат калия + ПАВ + УЗО Полититанат калия 008 г/л, ПАВ 03—05%
5 Бемит производства ГОСНИТИ 05%
6 Препарат МПП ИГСХА-ТС 1%
7 То же, с большей концентрацией 25%
8 Ресурс-Дизель от ОАО «ВМП-АВТО» 3%
9 RUTEC REISER от ЗАО «КРИК» 2%
10 Форсан от ЗАО «FORSAN» 35%
11 ХАДО Харьковского химического концерна 045%
12 РВД от ООО «Триггер» 001%
13 Масло М-10ДМ без добавок —
ношенных узлов и агрегатов не менее чем в 15 раза, а в некоторых случаях до 3-х раз [2—4, 6—9]. Заметно сокращается количество ремонтов простои техники, затраты на использование и техническую эксплуатацию машин и оборудования. Все это подтверждено более чем 10-летней широкой и разнообразной практикой в различных сферах в РФ и за рубежом.
В настоящее время имеются в достатке эффективные отечественные геотрибомодификаторы, защищенные 55-мя из 67 патентов РФ по трибомодификации. Однако, научные и практические вопросы их использования, проработаны недоста-
точно. Это привело к неправильному применению препаратов «Аспект» и миллиону аварий моторов в 90-х годах, что породило скепсис к три-бопрепаратам вообще, подогреваемый обилием малоэффективных или дающих побочные эффекты [5]. Нет общепринятого понимания процесса образования антифрикционной ре-сурсо-восстанавливающей пленки, не определены оптимальные сферы применения составов. Их государственных эксплуатационных испытаний, кроме препарата АРВК в ЦМИС и СевКавМИС Минсельхоза РФ, не было.
Доказано, что универсальных препаратов нет и из общего их числа
около 200, в т.ч. импортных [1, 2, 4], необходимо определить наиболее рациональные. Целью настоящих исследований явилось сравнение показателей некоторых новых геотриботехнических добавок, в том числе на основе минерала бе-мита.
Методы исследования и объекты испытаний
На машине трения 2070 СМТ-1 Проведены три серии испытаний:
• предварительные, при постоянном давлении 735 МПа (нагрузка 300 Н), концентрации бемита 01; 025; 05; 1 и 2% и времени испытаний по 120 мин для определения оптимальной его концентрации в масле;
• серия активных экспериментов при повышаемой через 50 Н (1225 МПа) до 650 Н (160 МПа) нагрузке с длительностью этапов по 5 мин;
• серия пассивных экспериментов при постоянном давлении 735 МПа длительностью по 120 мин для определения стабильности трибохаракте-ристик.
Исследовались смазочные составы, приведенные в табл. 1.
Результаты и обсуждение
Микроструктуру порошка нанок-ристаллического бемита исследовали на оптическом и сканирующем зондо-вом микроскопах (марка микроскопа Solver Next от ЗАО «НТ-МДГ», г. Зеленоград). Химсостав бемита определяли на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно связанной плазмой (iCAP 6300MFC Duo, ЦНИГРИ, г. Москва). Для его работы порошок вводили в борфтористую кислоту.
Исследования показали агрегацию частиц бемита, преимущественный размер 2—3 мкм, максимальный до 10 мкм.
Таблица 2
Результаты испытаний препаратов на машине трения СМТ-1
№ состава Коэффициенты трения в зависимости от нагрузки на узел трения, Н
50 100 150 250 350 500 550 650
1 — 0,082 0,062 0,048 0,048 0,066 0,123 —
2 0,120 0,077 0,058 0,046 0,044 0,049 0,049 0,055
3 — 0,082 0,065 0,053 0,047 0,056 0,127 —
4 0,142 0,082 0,063 0,050 0,047 0,055 0,125 —
5 0,098 0,064 0,058 0,053 0,076 - - —
6 0,109 0,065 0,046 0,039 0,056 0,070 0,120 —
7 0,115 0,082 0,064 0,067 0,062 0,057 0,056 0,110
8 0,109 0,076 0,073 0,072 0,110 — — —
9 0.120 0.082 0.068 0.076 0.125 — — —
10 0.120 0.075 0.065 0.078 0.090 — — —
11 0,109 0,076 0,073 0,078 0,123 — — —
12 0,090 0,075 0,061 0,053 0,053 0,066 0,120 —
13 0,110 0,064 0,062 0,065 0,127 — — —
На сканирующем можно было наблюдать как агрегаты, так и отдельные частицы. Программное обеспечение позволило выделить границы частиц и построить кривую распределения (рис. 1). Видно, что размер частиц не превышает 35 нм. По данным петро-графичес-кого анализа агрегаты частиц после УЗО разбиваются, их размер не превышает 05 мкм. Со временем, частицы как в суспензии, так и после сушки вновь агрегируются. Для предотвращения этого необходим подбор дисперсионной среды или ПАВ.
Исследование химсостава бемита показало, что он характеризуется высокой чистотой, содержание побочных элементов не превышает 007 % масс.
Значения коэффициентов трения по результатам испытаний приведены в табл. 2.
Предварительные испытания показали, что по минимуму коэффициента трения и температуры оптимальна концентрация бемита 05 %, что и было использовано далее. В активном эксперименте (рис. 2) найдено, что присутствие бемита повышает нагрузочную способность трибопары на 16 %, коэффициент трения при давлениях 35—75 МПа снижает на 7...31 %, температуру пары при давлениях 75—100 МПа снижает на 6— 15 %, а микроскопией в пятне трения выявили белесые пятна, подшлифо-ванные бемитом.
Состав № 2 с тем же бемитом после УЗО повысил нагрузочную способность пары в сравнении с чистым маслом практически в 2 раза и в 162 раза в сравнении с составом № 5 с бемитом без УЗО.
Испытания показали, что по наименьшим значениям коэффициента
0,16 п
0,04
0,02
0-1------------1
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
Нагрузка, Н
Рис. 2. Зависимость коэффициента трения от нагрузки в условиях ступенчатого нагруження на машине трения СМТ-1 для смазочных составов:
--♦-----♦---- состав № 1, Стрибойл после УЗО;
--■-—■---- состав № 2, бемит и «Мотор-Лита» после УЗО;
--▲--▲----состав № 3 (состав № 2, но с добавлением к бемиту кварца в соотношении 1:1);
--•-----•-- - состав № 4, полититанат калия и «Мотор-Лита» после УЗО;
--х-----х----масло М-10ДМ + 0,5 % масс. бемита без УЗО;
--ж—ж----чистое масло М-10ДМ.
трения и широкому диапазону нагрузок хорошими оказались комплексные металлоплакирующие препараты от ИГСХА (на пятне износа колодки с
этими препаратами наблюдали нати-ры меди). Этим композициям уступают смазка с 05 % бемита и более значительно — препараты РОНБДН,
70
60
О
£ 50
н
ш
X
о
о 40
ш
го
£ 30 ш
ш
20
10
Путь трения (м) за общее время 120 мин
Рис. 3. Зависимость температуры трибопары от пути трения при нагрузке 73,5 МПа, Уск=3,2 м/с для смазочных составов (обозначения по рис. 1):
--♦------♦— - чистое масло М-10ДМ;
--■------■--- - состав № 1;
--▲—▲-- - состав № 2;
--х------х--- - состав № 3;
--ж-----ж--- - состав № 4.
0
ХАДО, У1ССО, «Ресурс-Дизель». Первые два оказались почти равноценны простому маслу М-10ДМ, т.е. их эффективность в данных условиях
5-минутных испытаний практически не проявилась. Препарат У1ССО имеет несколько повышенную от масла М-10ДМ нагрузочную способность.
Также оказалась и малая эффективность добавок РОНБЛЫ и ХАДО [5].
Среди чисто минеральных добавок эффективен препарат РВД (коэффициент трения 0052—0066, установившаяся температура 53 °С в диапазоне нагрузок 35—125 МПа при концентрации 001 %), немного уступающий наилучшему составу № 2.
Эффективными оказались составы 1, 3, 4 (рис. 2, 3): коэффициенты трения 0045—0066, установившаяся температура 50—55 °С в диапазоне нагрузок 35—125 МПа, а состав № 2 обеспечил низкий коэффициент трения (0044—0055) в диапазоне давлений 50—150 МПа.
Испытания подтверждают превосходство препаратов с совместимо подобранными минеральной и металло-рганической компонентой ПАВ над однокомпонентными. Показана также эффективность УЗО. Видимо, как и в воде, УЗО измельчает агрегаты беми-та и повышает устойчивость суспензии. Повышению агрегатной устойчивости может способствовать и ПАВ (по окончании испытаний бемита без ПАВ на дне ванны машины трения был осадок бемита).
По временной стабильности смазочные композиции на основе препаратов ХАДО, РОНБЛЫ также оказались малоэффективными. Хорошо здесь показали себя препараты РВД, У1ССО, бемит, а наилучшими здесь оказались препараты № 1—4; в активном эксперименте температура в парах трения растет медленнее, а в пассивном стабилизируется на уровне 50.55 °С (рис. 3). Однако выявлено, что препарат № 1 царапает поверхность трибопары.
Испытания подтвердили отечественные и зарубежные данные о том,
что добавки действительно снижают коэффициент трения пар из черных металлов при нагрузках 20—170 МПа с 010—013 до 004—006, т.е. в 2—3 раза [1, 2, 4, 5]. У известных препаратов малые значения коэффициента трения наблюдали при нагрузках в пределах 25—75 МПа, у испытанных хороших препаратов до 125 -МПа, а у самых лучших (препарат МПП ИГСХА-ТС и состав № 2) — до 150 МПа при пределе текучести для основных марок сталей около 300 МПа. Однако, рекламные значения коэффициентов трения 0007— 0010 нами не достигнуты, хотя по данным испытаний препаратов «WAGNER» в ГОУ ВПО ЧГАУ и «Стрибойл» в институте нанотехноло-гий МФК достигнуты значения 002.
Кроме того, в настоящих жестких условиях испытаний, по видимому, все трибопары подвергнуты значительному изнашиванию (например, длины лунок износа у составов 1...4 соответственно равны 245, 135, 195 и 17 мм). Поэтому наличие новообразованной антифрикционной пленки проблематично.
Выводы
Каждая группа трибопрепаратов имеет свои оптимальные диапазоны концентрации и нагрузок, при которых обеспечивается их наибольшая эффективность. Особо эффективны подвергаемые УЗО многокомпонентные препараты, содержащие, кроме смеси минералов, 03—05% соли мягких металлов жирной кислоты. Они являются катализатором полимеризации углеводородов смазки и образования многокомпонентного антифрикционного покрытия, которое начинается с образования пленки меди.
Из испытанных трибопрепаратов наиболее эффективны: состав № 2 (серпентин, бемит, соли мягких ме-
таллов олеиновой кислоты после УЗО), препараты ИГСХА и препарат РВД.
1. Погодаев Л.И. и др. Повышение надежности трибосопряжений. СПб, 2001 г.
2. Шабанов А.Ю. Очерки современной автохимии. СПб., 2004 г.
3. Лялякин Б.П., Ольховацкий А.К. Повышение ресурса дизельных двигателей, отремонтированных в ЦРМ сельхозпредприятий. Ж. «МТС», 2007, № 1.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Балабанов Б.И. и др. Безразборный сервис автомобиля. Обкатка, профилактика, очистка, тюнинг, восстановление. М., Известия, 2007.
5. Кобыльсков И.П. «РВС-технология» в промышленности и на транспорте. Ж. «МТС», № 1, 2009, с. 65—67. ВШИ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Гвоздев Александр Анатольевич, Ивановская государственная сельскохозяйственная академия проректор по учебной работе, доцент, кандидат технических наук. E-mail igsha@mail.ru Фильков Михаил Николаевич, ЗАО «Концерн Наноиндустрия», научный сотрудник, доцент, кандидат технических наук. E-mail filkov48@yandex.ru
Дунаев Анатолий Васильевич, Государственное научное учреждение - Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парта (ГНУ ГОСНИТИ), старший научный сотрудник, кандидат технических наук. E-mail laboratory5@list.ru
Федотов Анатолий Валентинович, ГНУ ГОСНИТИ, заведующий сектором, кандидат технических наук. E-mail laboratory5@list.ru
ГОРНАЯ КНИГА -
Экономика, организация, управление природными и техногенными ресурсами
В.Г. Гридин, А.Р. Калинин, A.A. Кобяков, A.B. Корчак, A.B. Мясков, И.В. Петров, С.М. Попов, В.Ф. Протасов, И.А. Стоянова, В.А. Умнов, В.А. Харченко 2012 г. 752 с.
ISBN: 978-5-98672-256-6 UDK: 622:330.15
Изложены основы взаимоотношений между человеком и природной средой. Даны понятия, классификации и характеристики природных и техногенных ресурсов. Рассмотрены наиболее значимые положения правового и организационного регулирования природопользования и охраны окружающей среды. Представлено современное состояние экономического регулирования использования природных и техногенных ресурсов.
Для студентов вузов, обучающихся по направлениям подготовки «Горное дело» и «Физические процессы горного или нефтегазового производства». Может быть полезна преподавателям, ученым и специалистам, занятым в сфере экологии, охраны окружающей среды и экономики природопользования.
ЭКОНОМИКА,
ОРГАНИЗАЦИЯ,
УПРАВЛЕНИЕ
ПРИГОДНЫМИ
итьхнш ьмншш РЕСУРСАМИ
