Способ уменьшения износа деталей машин и оборудования
METHOD OF REDUCING WEAR OF PARTS OF MACHINES AND EQUIPMENT

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к триботехнике для уменьшения износа узлов трения машин и оборудования, работающих в маслах.
С доисторических времен известен способ уменьшения трения и изнашивания вводом в узлы трения масел и смазок. Для этого в дополнении к животным и растительным маслам и смазкам разработаны и с начала 20 века десятками миллионов тонн ежегодно производятся разнообразные смазочные масла, пластичные и жидкие смазки. Они позволяют значительно уменьшить трение и изнашивание в машинах и оборудовании, существенно продлить их работу без ремонта [Григорьев М.А., Бунаков Б.М., Долецкий В.А. Качество моторного масла и надежность двигателей. М.: Издательство стандартов, 1981].
Однако повышение нагрузочно-скоростных режимов работы машин и оборудования требует дальнейшего повышения износостойкости узлов трения, а возможности в этом у современных смазочных материалов практически исчерпаны [Григорьев М.А., Долецкий В.А. Желтяков В.Т., Субботин Ю.Г. Обеспечение качества транспортных двигателей. М.: Издательство стандартов, 1998, 632 с.; Двигатели внутреннего сгорания. Ч. 2. Динамика и конструирование. М.: Высшая Школа, 2007].
Известен способ повышения противоизносных свойств масел и смазок вводом в них разнообразных присадок [Виноградова Э.И. Противоизносные присадки к маслам. М.: Химия, 1972, 272 с.; Синельников А.Ф., Балабанов В.И. Автомобильные масла. Краткий справочник. М.: «За рулем», 2003].
Недостатком применения присадок к маслам является нестабильность, их рабочих свойств, срабатывание в эксплуатации и существенное (в несколько раз) повышение стоимости масел и смазок.
Известен способ повышения противоизносных свойств масел и смазок путем ввода в них минеральных, органических и других видов более 200 различных добавок [Гнатченко И.И. и др. Автомобильные масла, смазки, присадки. Справочник автомобилиста. С. -Пб- Москва: Полигон-АСТ, 2000. - 248 с.; Синельников А.Ф., Балабанов В.И. Автомобильные масла. Краткий справочник. М.: «За рулем», 2003. - 176 с.; Шабанов А.Ю. Очерки современной автохимии, мифы или реальность. С. -Пб.:, 2004. - 216 с.; Зуев В.В. Конституция, свойства минералов и строение земли (энергетические аспекты). С. -Пб: Наука. - 2005.- 400 с.; Экспертиза «Присадки» в масло: Виагра для мотора. Ж. «Украина За рулем», 2006, № 9, http://www.uzr.com.ua/pbs.php?pbl_action=view&pbl_id=263; Балабанов В.И. и др. Безразборный сервис автомобиля. Обкатка, профилактика, очистка, тюнинг, восстановление. М.: «Известия», 2007. - 272 с.; Долгополов К.Н., Потеха В.Л., Любимов Д.Н. Трибология геомодифицированных смазочных материалов: монография. - Гродно: ГГАУ, 2013].
Недостатком применения известных добавок является нестабильность их работы и срабатывание в эксплуатации [Экспертиза «Присадки» в масло: Виагра для мотора. Ж. «Украина За рулем», 2006, № 9, http://www.uzr.com.ua/pbs.php?pbl_action=view&pbl_id=263].
Известен способ повышения противоизносных свойств сопряжений трения нанесением на поверхности деталей диэлектрических покрытий [Рыбников Ю.С. Круглова Л.В. Основы электронной теории износа при трении. Вестник машиностроения, 1989.- № 6, с. 5-10.]. Недостатком этого известного способа является ограниченность его применения: только при изготовлении деталей, работающих при невысоких удельных давлениях, и необходимость применения импортных материалов.
Известен способ повышения противоизносных свойств сопряжений трения тракторных дизелей при их обкатке с подачей на коленчатый вал низкого напряжения постоянного тока 6 - 12 В и тока до 2 А [Нигаматов М.Х. Ускоренная обкатка двигателей после ремонта. М.: Колос. -1984].
Недостатком этого известного способа является его временное применение - только на период обкатки 1-1,5 ч, а также отрицательное действие на отдельные сопряжения дизелей.
Известно мало применяемое электролитическое натирание цинка на поршни ДВС. Его недостаток - малая производительность и экологическая опасность от хлористого цинка.
Наиболее близким к заявляемому способу, принятому за прототип, является способ повышения эффективности использования смазочного масла с присадками (патент РФ № 2624927, МПК F16N 15/00, 2015), включающий электрообработку смазочного масла при нахождении его в межэлектродном пространстве постоянного электрического поля, в котором напряжение между электродами устанавливают в зависимости от силы тока в межэлектродном пространстве так, чтобы она находилась в диапазоне 0,9÷1,0 максимального значения, при котором электрический пробой смазочного масла не происходит.
Недостатком известного способа является необходимость иметь источник не безопасного высокого напряжения постоянного тока, устройств с высоковольтными электродами в маслах узлов, агрегатов, не оптимальность напряжения, подаваемого на электроды, не оптимальность металлического материала электродов.
Технической задачей настоящего изобретенияявляется уменьшение износа деталей машин, работающих в маслах, путем подбора мягкого металла электрода и величины оптимального для него безопасного напряжения постоянного тока для эмиссия с него в масла зарядов и ионов металлов.
Технический результат достигается тем, что в способе уменьшения износа деталей машин и оборудования, заключающимся в электрическом воздействии на масло электродами, согласно изобретению, выбирают мягкий металл для электрода, подбирают для него оптимальное напряжение постоянного тока, не превышающее 100 В, обеспечивают эмиссию зарядов и ионов металла в масле.
Изобретение иллюстрируется чертежами.
-1
2К
На фиг. 1 показана схема испытаний, где 1 - нагрузка в паре трения, прикладываемая через верхний ролик 2, взятый для испытаний из роликоподшипника; 3 - нижний стальной ролик диаметром 50 мм испытуемой пары, вращаемый на машине трения 2070 СМТ-1 с частотой 400 мин; смазочный материал 4 - моторное масло М-10Г, находящееся в масляной ванне машины трения 2070 СМТ-1, в которую «Диск» погружен на ⅓; на фиг. 2 показаны пятна износа верхнего ролика пары трения: а) - без подачи напряжения и б) - с подачей напряжения на оловянный электрод в масле; на фиг. 3 приведено сравнение момента трения и температуры в контакте при испытании пары «ролик по ролику» без электрического воздействия на масла и при вводе в масла электродов из мягких металлов и подаче на них напряжения постоянного тока до 100 В.
Способ уменьшения износа деталей машин и оборудования заключается в электрическом воздействии на масло электродами из мягкого металла, подбирают для него оптимальное напряжение постоянного тока, не превышающее 100 В, обеспечивают эмиссию зарядов и ионов металла в масле.
При непрерывной эмиссии в масла зарядов и ионов с выбранного мягкого металла при выбранном для него оптимальном напряжении постоянного тока безопасного значения, достигается увеличение толщины масляной пленки и тем самым значительное уменьшение износа деталей.
Дополнительным действием в уменьшении износа деталей является их плакирование мягким металлом электрода.
-1
Реализовали способ на машине трения 2070 СМТ-1 по схеме «ролик по ролику». Проводили 5-минутную приработку стальной пары ролик игольчатого подшипника диаметром 7 мм на ролике диаметром 50 мм, погруженном на ⅓ в масло, и вращаемом с частотой 400 мин с нагрузкой N на верхний ролик 100 Н. В основных 25-минутных испытаниях на верхний ролик подавали нагрузку 2000 Н. Постоянная скорость скольжения составляла 104,7 см/с. В масла вводили электроды из мягких металлов: цинка, меди, олова и подавали на электроды напряжение постоянного тока до 100 В.
Реализация способа уменьшения износа деталей, заключающегося в электрическом воздействии на масло электродами, по данным испытаний (таблицы 1-3, фиг. 2, 3), проведенных с 2 - 5-ти кратной повторностью с хорошей сходимостью результатов, подача оптимального низкого безопасного напряжения постоянного тока на подобранные электроды из мягкого металла выявила:
- для цинкового электрода при напряжении на нем 70 В износ ролика уменьшился в 2,735 раза
- для медного - при напряжении на нем 60 В износ ролика уменьшился в 2,88 раза,
- для оловянного - при напряжении на нем 50 В износ ролика уменьшился в 2,916 раза.
Таким образом,подбор металла дляэлектрода и оптимального для него безопасного напряжения постоянного тока до 100 В для эмиссии в масла зарядов и ионов металла, обеспечивает значительное, в 2,73-2,92 раза, уменьшение износа деталей машин и оборудования.
2К
Таблица 1. Износ на машине трения 2070 СМТ-1 ролика диаметром 7 мм игольчатого роликоподшипника над стальным роликом диаметром 50 мм при нагрузке 2000 Н в зависимости от напряжения постоянного тока при его подаче на цинковый электрод в моторном масле М-10Г
Напряжение на электроде, В
Площадь износа ролика, мм<sup>2</sup>
Момент трения роликов, Nсм
Температура в зоне трения, °С
0
2.237 (база)
231
97,75
30
1.126/в 1.987 раза
180, в 1,28 раза
93,6
40
1.236/в 1,81
190
94,1
50
1.413/в 1,583
195
88,7
60
1.913/в 1,169
152, в 1,52 раза
86,95
70
0.818/в 2,735
190
79,68
80
0.893/в 2,505
190
83,2
100
2.039/в 1,097
235
95,6
2К
Таблица 2. Износ на машине трения 2070 СМТ-1 ролика диаметром 7 мм игольчатого роликоподшипника над стальным роликом диаметром 50 мм при нагрузке 2000 Н в зависимости от напряжения постоянного тока при его подаче на медный электрод в моторном масле М-10Г
Напряжение на электроде, В
Площадь износа ролика, мм<sup>2</sup>
Момент трения роликов, Nсм
Температура в зоне трения, °С<sup></sup>
0
2.237
231
97,75
30
-
-
-
40
-
-
-
50
1.008
210
90.0
60
0.777/в 2.88
210
81.3
70
1.961
240
103.7
2К
Таблица 3. Износ на машине трения 2070 СМТ-1 ролика диаметром 7 мм игольчатого роликоподшипника над стальным роликом диаметром 50 мм при нагрузке 2000 Н в зависимости от напряжения постоянного тока при его подаче на оловянный электрод в моторном масле М-10Г
Напряжение на электроде, В
Площадь износа ролика, мм<sup>2</sup>
Момент трения, роликов, Nсм
Температура в зоне трения, °С
0
2.237
231
97,75
30
-
-
-
40
0.931
185
90.3
50
0.767/в 2.92
175
84,8
60
1.153
225
92.4
Таким образом,подбор металла кэлектроду и оптимального к нему безопасного напряжения постоянного тока до 100 В для эмиссии в масла зарядов и ионов металла, обеспечивает значительное, в 2,73-2,92 раза, уменьшение износа деталей машин и оборудования.