CC BY
117
Наноинженерия в лесном машиностроении и техническом сервисе
К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВ В ЛЕСНОМ МАШИНОСТРОЕНИИ
A. В. СИРОТОВ, проф. каф. электроэнергетики ЛКМГУЛ, д-р техн. наук,
Ю.А. ШАМАРИН, доц. каф. технологии машиностроения и ремонта МГУЛ, канд. техн. наук,
B. И. ПАНФЕРОВ, доц. каф. электроэнергетики ЛК МГУЛ, канд. техн. наук,
К.В. СЕЛИВАНОВ, асп. каф. электроэнергетики ЛК МГУЛ
selivanov@mail.ru
В современном мире результаты и перспективы работ в области использования нанотехнологий и наноматериалов привели к тому, что во многих странах на уровне правительств, министерств, частных лиц и компаний созданы и весьма успешно выполняются различные программы и исследования в этом направлении. Основная задача этих работ развивать путь конечного продукта от центра исследования до рынка.
В частности, только в Европе более чем в 40 крупных лабораториях проводятся разработки и исследования, финансируемые как по государственным, так и по международным программам и грантам [1].
В природе постоянно возникают различные явления, процессы (на нано-, микро- и макроуровнях), связанные с такими фундаментальными науками, как физика, химия, энергетика поверхностей материалов, веществ и частиц. Например, для многих ученых, проводящих исследования, такой процесс, как трение, видится не только разрушительным, но и созидательным, позволяющим разрешить многие вопросы машиностроения, и разработать новые технологии и материалы для восстановления деталей. В последнее время нанотехнологии приходят и в отечественное лесное машиностроение.
В результате проведенного анализа работ в области применения нанотехнологий среди многих направлений можно выделить следующие.
1. Технология восстановления и упрочнения режущего инструмента и штампо-вой оснастки наноструктурированными покрытиями. Предусматривает восстановление и упрочнение режущих кромок инструмента и штамповой оснастки из стали методом электроискрового упрочнения, стойкость уп-
рочненного инструмента повышается от 2 до 6 раз.
2. Технология обработки сырьевых порошков ионизирующим излучением от линейного ускорителя электронов. Технология предназначена для обеспечения работоспособности рабочих органов при производстве работ по обработке почвы. Позволяет повысить прочность до 12,5; микротвердость до 2,9; абразивную износостойкость до 1,79 раза.
3. Технология полирования абразивными наноматериалами с улучшенными характеристиками. Разработана технология введения наноматериалов в составы на основе ферромагнитного компонента полимерного связующего и абразивного компонента, которая служит для обеспечения низкой шероховатости и повышенной интенсивности съема (увеличение в 1,5 раза).
4. Технология восстановления гильз цилиндров термопластическим деформированием на наноструктурном уровне с обеспечением 100 % постремонтного ресурса. Технология является ресурсосберегающей для повышения надежности агрегатов методом легирования рабочих поверхностей деталей наноструктурированными покрытиями.
5. Технология восстановления деталей комбинированным методом с восстановлением 100 % доремонтного ресурса.
При разработке технологии проведены рентгеноструктурное и металлографическое исследование нанокомпозитных покрытий на поверхности стали класса 20Х, образованных при электроискровой обработке компактными электродами из стали 65Г и Св08.
6. Технология финишной антифрикционной противозадирной обработки рабочей поверхности цилиндров. Испытания подтверждают, что подобная обработка, при которой
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012
147
Наноинженерия в лесном машиностроении и техническом сервисе
микровпадины заполняются сухой смазкой, увеличивает ресурс двигателя, улучшает экологические показатели, снижает расход масла.
7. Технологический процесс силового хонингования трехслойными алмазными брусками. Технология обеспечивает сохранение точности взаимного расположения наружных и внутренних поверхностей гильз цилиндров.
8. Технология ремонта валов методом поверхностного пластического деформирования в переменном магнитном поле. Технология предназначена для улучшения эксплуатационных характеристик деталей класса «вал» при ремонте техники.
9. Технологии повышения межремонтного ресурса гидрораспределителей и турбокомпрессоров на основе нанотехнологий. Технологии предназначены для полного восстановления ресурса агрегатов после ремонта [2].
Анализ данных ремонтных предприятий показывает, что из-за использования низкого качества топливно-смазочных материалов допустимые и предельные значения износов деталей и зазоров в ресурсных сопряжениях наступают значительно раньше нормативных сроков, при небольшой наработке лесных машин, поэтому появилась острая необходимость в изыскании других, альтернативных традиционному ремонту способов повышения послеремонтного ресурса агрегатов машин.
10. Существенно продлить ресурс дизельных двигателей и других агрегатов тракторов в режиме штатной эксплуатации предположительно можно с помощью специальных наноматериалов - восстановительных антифрикционных и противоизносных добавок к смазочным материалам. В настоящее время в России и за рубежом производится около 200 различных видов таких препаратов.
Необходимо отметить, что наноприсадки к маслам отличаются от многих других присадок тем, что они, прежде всего, «работают» на металл, улучшая эксплуатационные свойства рабочих поверхностей деталей, причем, эти препараты не реагируют с маслами и не ухудшают их качество. Производители работают над проблемой создания новых присадок на основе применения наноматериалов
для создания устойчивых дисперсий наноразмерных частиц в моторных и трансмиссионных маслах [3].
В этой области проводимых исследований можно выделить следующие направления.
1. Технология частичного безразборного восстановления микроизносов деталей машин. Служит для частичного безразборного восстановления микроизносов подшипников качения, скольжения и других смазываемых поверхностей и предусматривает применение металлоплакирующей пластичной смазки «Nano Red Wey» (NRW).
2. Технология восстановления нано-и микродефектов поверхностей трения и их работоспособности. Технология предусматривает применение металлоплакирующей наноприсадки к смазочным материалам «Ре-турн Металл», которая является современной нано-технической разработкой в области самоорганизующихся наноструктур.
3. Технологии применения нанокрис-талических порошков оксидов алюминия в керамических, полимерных и лакокрасочных материалах, а также в качестве износостойких покрытий для восстановления и ремонта деталей. Обеспечивает улучшение свойств материалов и повышенный ресурс эксплуатации.
4. Технология применения нанопрепарата «СУПРОТЕК» для продления ресурса ТНВД без разборки в процессе штатной эксплуатации трактора. Повышает рабочие характеристики топливного насоса при использовании наноматериалов-ревитализантов RVS (РВС), ХАДО. «СУПРОТЕК», компенсирует увеличивающиеся зазоры в результате износа, то есть восстанавливает плотность (герметичность плунжерных пар). Это технология для эксплуатации любых машин и механизмов. Она позволяет отказаться от тяжелого и дорогостоящего ремонта и проводить простую профилактическую обработку механизмов в течение всего срока их службы.
5. Металлополимерная композиция на основе метакрилового анаэробного герметика с добавлением наноразмерных порошков металлов. Смазочные композиции представляют собой устойчивые суспензии наноразмерных порошков (НР) в различных смазочных
148
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012
Наноинженерия в лесном машиностроении и техническом сервисе
Таблица
Нанопрепараты добавки к смазочным материалам
Класс нанопрепаратов Модификаторы трения Реметализанты Кондиционеры Ревитализанты
Распространенные марки и основные характеристики препаратов Форум, Аспект, Ум х-2 и др. Римет, Ресурс, Супер-мет и др. Феном, RENOM, ER. ENERGY RELEASE, WAGNER ECO-Umversal и др. RVS (РВС), ХАДО, ФОР-САН, СУПРОТЕК, НИОД, ОМКА, РЕАГЕНТ-2000, WAGNER Micro-Ceramic Oil и др.
Основное назначение снижение коэффициента трения в 3-4 раза и сил трения в ресурсных сопряжениях снижение коэффициента трения в 1,5-2 раза; частичное восстановление размеров деталей ресурсных сопряжений снижение трения в 5-7 раз; защита от задиров и преждевременного износа ресурсных сопряжений снижение трения в 3-5 раз; восстановление геометрии деталей в зоне износа, компенсация задиров в паре трения деталей ресурсных сопряжений
Границы применения по величине износа до 30 % до 40-50 % до 40 % до 70 %
Механизм действия образование антифрикционных и противоизносных пленок на поверхностях деталей трибосопряжениях (сервовитные пленки и другие виды модифицирования поверхностей трибосопряжений) образование защитного слоя металлокерамики (МКЗС) на молекулярном уровне с поверхностью детали; слой до 0,1-0,2 мм обладает высокой твердостью и износостойкостью
Влияние на изменение физико-химических свойств ТСМ возможно (минус) возможно (минус) отсутствует (плюс) отсутствует (плюс)
средах для повышения физико-механических свойств материалов [4].
Наиболее распространенные нанопрепараты добавки к смазочным материалам представлены в таблице [3].
Ремонтно-восстановительные препараты для ГСМ на основе нанотехнологий применяются в основном для повышения эксплуатационных и экологических качеств бензина и дизельного топлива, а также для профилактической очистки систем подачи топлива (карбюраторов, инжекторов, форсунок, топливопровода), впускных клапанов двигателей, систем выпуска отработавших газов (каталитических нейтрализаторов).
Применение ремонтно-восстановительных препаратов определяется техническим состоянием машин. При этом необходимость того или иного воздействия назначается на основании результатов технической диагностики. Эффективность применения нанотехнологий и наноматериалов доказана
на практике многими учеными, в результате происходит уменьшение дымности дизелей на 20-40 %, повышение мощности двигателя на 15 %, сокращение расхода топлива на 35 %, повышение ресурса на 200-300 %, сокращение межремонтного ресурса дизеля в 2 раза, и это не предел.
Библиографический список
1. Балабанов, В.И. Нанотехнологии будущего / В.И. Балабанов. - М.: ЭКСМО, 2009. - 256 с.
2. Разработка стратегии формирования в сельском хозяйстве инженерно-технических услуг для сельхозтоваропроизводителей: науч. отчет под рук. акад. РАСХН В.И. Черноиванова. - М., 2009. - 294 с.
3. Ольховацкий, А.К. Наноматериалы в техническом сервисе сельскохозяйственных машин : учеб. пособие под ред. акад. РАСХН В.И. Черноиванова /
A. К. Ольховацкий, В.П. Лялякин, Р.Ю. Соловьев - М.: ГОСНИТИ, 2010. - 67 с.
4. Ерохин, М.Н. Нанотехнологии и наноматериалы в агроинженерии : учеб. пособие под ред. акад. Россельхозакадемии М.Н. Ерохина / М.Н. Ерохин,
B. И. Балабанов и др. - М.: МГАУ, 2008. - 300 с.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012
149
