Способ восстановления поверхностей трения
METHOD OF RESTORING FRICTION SURFACES

Изобретение относится к машиностроению, в частности к триботехнике, и может быть использовано при безразборном восстановительном ремонте, профилактике и предотвращении износа рабочих поверхностей деталей машин, подверженных износу, таких как поршневые узлы, подшипниковые пары трения, шестеренные передачи. Одной из проблем при работе пар трения является нарушение геометрии поверхностей трения в результате износа, приводящее к повышенному потреблению расходных материалов, снижению энергоэффективности и КПД машины (агрегата), необходимости проведения ремонтов с заменой деталей и узлов трения, а также вероятности выхода изделий из строя.
Известен способ модификации железосодержащих поверхностей узлов трения №2201998 С2 от 29.06.2001, заключающийся в использовании смеси дисперсных компонент минералов в виде альфа-хризотила, ортохризотила, лизардита ленточного и др. для повышения износостойкости поверхностей трения, а также для одновременного восстановления металлических трущихся поверхностей.
Недостатками данного способа является крупный фракционный состав частиц модификатора, приводящий к снижению возможного эффекта при наличии масляных фильтров в системе, низкая стабильность раствора (выпадение осадка) и, как следствие, слабый восстановительный эффект.
Известен способ №2377340 С1 от 07.04.2008, заключающийся в использовании смеси хризотила, хлорита и барита в соотношении 0.5/0.4/0.1 соответственно для восстановления геометрии поверхностей трения. Недостатком данного способа является нестабильность раствора модификатора из-за крупного фракционного состава частиц модификатора, приводящего к выпадению осадка и ухудшению качества восстанавливаемой поверхности.
2
3
2
5
4
3
2
5
4
Наиболее близким к заявленному решению по технической сути и достигаемому эффекту является способ №23451760 от 12.02.2008, заключающийся в использовании антигорита (Mg, Fe)SiO(OH) и лизардита MgSiO(OH) с добавлением в масляную основу для формирования антифрикционного и износостойкого покрытия деталей трения машин и механизмов.
Недостатками данного способа являются: низкий эффект восстановления геометрии детали при достаточно хорошем антифрикционном эффекте улучшения поверхностей трения, а также образование абразивных частиц в результате реакций железосодержащего компонента состава, приводящее к абразивному износу, в частности, подшипников скольжения.
Отличием заявляемого способа является подбор оптимального состава смеси минералов и основания для обеспечения стабильности состава-модификатора без образования осадка, а также добавлением нанодисперсных частиц хризотила, обеспечивающих более высокий и долговременный эффект восстановления геометрии изношенной поверхности, а также большую равномерность и стабильность получаемого слоя на трущихся поверхностях вследствие большей доступности частиц парам трения.
Сущность процессов, приводящих к снижению коэффициента трения и восстановлению геометрии поверхностей трения, до конца не изучена, однако принято считать, что происходит очистка трущихся поверхностей, формирование на них металлокерамического покрытия, характеризующегося высокой износостойкостью и значительно пониженным коэффициентом трения (подробнее о принципах написано у авторов Болгов В.Ю., Балабанов В.И. Автомобильные присадки и добавки. 2011). Исследования показали, что при характерном размере частиц состава-модификатора порядка 1 мкм происходит расслоение раствора состава-модификатора на дисперсную часть и основание - наблюдается выпадение осадка, что снижает эффективность процесса восстановления поверхностей и качество формируемого слоя. Экспериментальным путем установлено, что при использовании основания вязкостью 20-30 сСт оптимальным характерным размером фракций является 250(+-50) нм. Данный эффект обуславливается оптимизацией соотношения поверхностных энергий частиц минералов состава-модификатора за счет увеличения удельной площади поверхности частиц.
6
4
10
8
3
2
5
4
6
4
10
8
Использование состава-модификатора заключается в следующем. Сначала готовится порошковая смесь нанодисперсных частиц, мас. %: антигорита MgSiO(OH) 10-20, лизардита MgSiO(OH) 10-30, хризотила MgSiO(OH) 40-90. Соотношение определено экспериментально и может варьироваться в зависимости от целевого механизма применения. Далее порошковая смесь размешивается в масле, по вязкости близком к маслу, используемому в конечном изделии. Далее состав-модификатор подается в масляный резервуар изделия или механизма, после чего изделие включается или запускается, а вместе с ним происходит размешивание состава-модификатора и обеспечение восстановления геометрии поверхностей трения.
Задачей изобретения является снижение затрат на обслуживание и эксплуатацию изделий, содержащих металлические поверхности трения и масляный резервуар.
Техническим результатом изобретения являются увеличение срока проведения регламентных восстановительных работ, уменьшение затрат на ремонтно-восстановительные работы и увеличение эффективности работы изделия, а также увеличение времени работы смазочного материала без замены.
Например, использование настоящей присадки-модификатора в количестве 0.5 грамм на 7 литров рабочего объема масла в двигателе ЗМ3-409 автомобиля УА3-3163 с пробегом 160 тысяч километров позволило улучшить показатели работы двигателя, такие как компрессия - увеличение на 10-20% практически до номинальных значений, давление масла на холостом ходу в рабочем диапазоне температур выросло на 10%, расход масла уменьшился с 0,6 литров на 1000 км до 0.1 литра, расход топлива уменьшился в среднем на 5-10%, уменьшилось избыточное давление в картере двигателя до полного прекращения дымления из патрубка вентиляции картера, а также уменьшилась температура выхлопных газов на 30 градусов, а также уменьшился шум двигателя на 3 дБ на холостом ходу. По результатам диагностики с частичным разбором двигателя после 50 тыс. км пробега установлено, что достижение таких показателей обусловлено улучшением состояния рабочих пар трения механизмов с образованием на них антифрикционного защитного слоя, сохраняющего характеристики более длительное время, чем в аналогичных разработках.