Функциональные многокомпонентные слои на поверхностях деталей трибосистем

парка маневровая работа одиночными изолированными толчками будет характеризоваться меньшими пробегами подвижного состава и временем выполнения полурейсов по сравнению с методом осаживания. Однако при высоком сопротивлении движению отцепа по маршруту скатывания возможны остановки отцепа в пределах стрелочной зоны, что будет вызывать дополнительные полурейсы по осаживанию вагонов.

Решением данного вопроса можно считать:

- увеличение скорости толчков;

- определение путей сортировочного парка, на которые маршруты следования отцепов не характеризуются значительным для данных условий сопротивлением движения.

Таблица 1

Допустимые значения скорости выполнения толчка при условии длины полурейса 200 м, км/ч_

Масса состава, т Уклон рассматриваемого участка пути, %%

2,5 2 1,5 1 0,5 0

1000 20,22 19,66 19,08 18,48 17,90 17,11

2000 17,40 16,77 16,17 15,36 14,61 13,76

При высокой скорости толчка расстояние, проходимое составом при торможении, может быть больше длины стрелочной зоны. В этом случае маневровый состав при торможении останавливается в пределах полезной длины пути парка, что по своим последствиям сопоставимо с выполнением расформирования состава методом осаживания.

Для определения максимальной скорости выполнения толчка зафиксирована длина стрелочной зоны (200 м) [1, с. 93]. В таблице 1 представлены максимально допустимые скорости выполнения толчка для вытяжного пути, расположенного на уклоне от 2,5 до - 2,5 %о.

Из таблицы 1 следует, что для обеспечения надежного скатывания отцепов в парк скорости выполнения толчка могут принимать значения выше, чем рекомендует [5, с. 63]. В реальных условиях данные скорости могут быть значительно уменьшены за счет выбора путей с наименьшим сопротивлением движению и принимать значения от 5 до 8 км/ч.

Таким образом, на основании вышеизложенных положений можно утверждать, что конструкция выходной горловины сортировочного парка и вытяжных путей формирования является благоприятной для работы толчками и с точки зрения технологии расформирования толчками будет иметь положительные результаты.

При применении подходов, описанных в статье достигаются следующие положительные результаты маневровой работы по выполнению ОФ на сортировочных станциях:

- ускорение процесса ОФ и как следствие снижение простоя вагонов в сортировочном парке;

- снижение загрузки сортировочной горки за счет частичного исключения работы по повторной сортировке;

- снижение загрузки маневрового тепловоза;

- снижение загрузки стрелочной горловины сортировочного парка.

Однако такая технология должна быть второстепенной в процессе работы комплекса формирования и производиться в промежутки времени между переставляемыми составами из сортировочного парка в парк отправления.

Список использованной литературы.

1. Бурдяк, П. С. Исследование скорости отрыва отцепов при расформировании состава одиночными изолированными толчками на вытяжном пути [Текст] / П.С. Бурдяк // Политранспортные системы. Материалы VII Всероссийской научно-технической конференции. - Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2010. С. 93-101.

2. Бурдяк, П. С. Определение допустимых конструктивных параметров вытяжного пути при расформировании составов одиночными изолированными толчками [Текст] / П.С. Бурдяк // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. -2010. - №2. - С. 128-133.

3. Бурдяк, П.С. Метод расчета уклона стрелочной зоны сортировочного устройства, специализированного для работы одиночными изолированными толчками [Текст] / Бурдяк, П.С., Климов А.А. // Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании. Материалы международной научно-практической конференции. - Одесса: Изд-во Черноморье, 2010. - Том 1. - С. 61 - 68.

4. Правила и нормы проектирования сортировочных устройств на железных дорогах колеи 1520 мм: утв. МПС РФ 10.10.03. - М.: Техинформ, 2003. - 168 с.

5. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. Утв. Министерством транспорта России. 21.12.2010.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ СЛОИ НА ПОВЕРХНОСТЯХ

ДЕТАЛЕЙ ТРИБОСИСТЕМ

Бутенко Виктор Иванович,

Доктор технических наук, профессор кафедры механики Института радиотехнических систем и управления

Южного федерального университета, г. Таганрог Дуров Дмитрий Сергеевич, Шаповалов Роман Григорьевич Кандидаты технических наук, доцент кафедры механики Института радиотехнических систем

и управления Южного федерального университета, г. Таганрог

АННОТАЦИЯ

Разработаны технологии создания многокомпонентных функциональных слоёв на поверхностях деталей три-босистем и определены наиболее эффективные области их использования и составы. Показана роль йода в модифици-

рованном после отделочно-упрочняющей обработки поверхностном слое деталей и рассмотрены вопросы влияния состава многокомпонентных функциональных слоёв на интенсивность изнашивания поверхностей деталей трибоси-стем.

ABSTRACT

Developed technology for creating multicomponent functional layers on the surfaces of the parts of tribosystems and identified the most effective their use and formulations. The role of iodine in a modified after finishing and hardening treatment of the surface layer of detail and discusses the impact of the composition of a multicomponent functional layers on the wear rate of the surface details tribosystems.

Ключевые слова: Деталь, поверхность, слой, компоненты, легкоплавкий сплав, графит, трибосистема, обработка, износостойкость, йод.

Keywords: Detail, surface, layer, component, low-melting alloy, graphite, tribosystem, processing, wear resistance,

iodine.

Проблема повышения работоспособности деталей трибосистем является наиболее актуальной во всех отраслях машиностроения. Практика показывает, [1], что эффективным способом повышения работоспособности деталей трибосистем является создание на их рабочих поверхностях специальных многокомпонентных слоёв, выполняющих следующие функции:

- нивелирование шероховатости контактных поверхностей и, как следствие, уменьшение времени их приработки;

- создание между контактирующими поверхностями деталей трибосистем разделительного смазочного слоя;

- обеспечение в зоне контакта взаимодействующих материалов условий избирательного переноса;

- трибоэкранирование контактирующих поверхностей деталей путём модифицирования материала поверхностного слоя;

- выход на условия трения, обеспечивающие проявление эффекта «нанотрибологической ямы».

Для создания на поверхностях деталей трибосистем

Исследования эксплуатационных свойств МФС на поверхностях деталей трибосистем проводились на установках для испытания материалов на истирание, описание которых приведено в работе [3]. МФС наносились на детали из стали 12Х3Н, прошедшие предварительное шлифование. В качестве контртел использовались образцы из закалённой быстрорежущей стали Р6М5 (HRC 62-65, Яа = (0,8-1,0) мкм).

Исследования проводились при следующих условиях трения: р = 1,0 МПа, ^к = 0,3 м/с, 0к = 50-100оС. Результаты выполненных исследований, приведены в табл. 2, анализ которой свидетельствует о существенном влиянии МФС на эксплуатационные показатели поверхностей деталей, причём использование МФС, в состав которого входит полистирол, более эффективно при температурах в зоне контакта взаимодействующих поверхностей более 100оС (рис. 2).

На интерференционном микроскопе МИМ-4М и электронном микроскопе «Neophot 2» проведены комплексные электронно-металлографические исследования

многокомпонентных функциональных слоёв (МФС) использовались следующие материалы: полиэтилен (ПЭ), полистирол (ПС), капрон (К), сплав Вуда (СпВ), графит (Г), дисульфид молибдена (ДМ) и кристаллический йод (йод). Нанесение МФС на поверхности деталей трибоси-стем осуществлялось на установке МПС-3М, описание которой приведено в работе [2]. Максимальная температура импульсного нагрева при создании на поверхностях деталей трибосистем МФС 0 устанавливалась варьированием силы индукционного тока I и времени выдержки ^ согласно номограммы на рис. 1, используя зависимость вида

0 = С0

где С0 - коэффициент, зависящий от состава МФС и материала детали; ос - показатель высокоэластичной деформации полимера; х, у - показатели степеней, зависящие от состава МФС и условий трения (давления р, скорости скольжения ^к, температуры в зоне контакта деталей трибосистемы 0к).

Значения величин С0, х и у для исследованных составов МФС, работающих в диапазонах р = (0,5-1,5) МПа, ^к = (0,1-0,5) м/с и 0к = (20-80)о С приведены в табл. 1.

состояния материала слоёв после 30 мин приработки. Был подтверждён эффект «нанотрибологической ямы», согласно которому для каждого сформировавшегося на поверхности детали трибосистемы в процессе обработки или эксплуатации слоя при заданных условиях трения существует наноразмерная толщина слоя структурно перестроенного материала Ьпер, при которой обеспечивается минимально возможный для сопряжения коэффициент трения f [1]. Получена эмпирическая зависимость, связывающая толщину слоя структурно перестроенного материала Ьпер с составом МФС (состоящего, например, в процентном соотношении из полимера П, сплава Вуда Сп, графита Сг и кристаллического йода И) и режимами эксплуатации трибосистемы (р, ^к, 0к):

h - С П^CXlCxз И^ Px5Vx6й^

ппер СНП ^п^г И г ск '

где - СЬ, х1, х2, х3, х4, х5, х6, х7 - коэффициент и показатели степеней, значения которых приведены в табл. 3.

Таблица 1

Значения величин С0, х и у для исследованных составов МФС на поверхностях деталей трибосистем

№ Состав МФС С0 x У

1 ПЭ+СпВ+Г 12,55 0,85 0,24

2 ПС+СпВ+Г 14,18 0,72 0,22

3 К+СпВ+Г 11,91 0,94 0,35

4 ПЭ+СпВ+ДМ 13,16 0,83 0,28

5 ПЭ+СпВ+йод 12,92 0,83 0,26

6 ПС+СпВ+йод 16,27 0,77 0,39

7 ПЭ+СпВ+Г+йод 15,40 0,91 0,38

8 ПЭ+СпВ+ДМ+йод 16,09 1,17 0,32

/, кА

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Л с

Рисунок 1. Номограмма выбора силы индукционного тока I и времени выдержки ^ в зависимости от показателя высокоэластичной деформации сс полимера: 1 - (5-10) МПа; 2 - (11-20) МПа; 3 - (21-30) Мпа

Таблица 2

Эксплуатационные показатели МФС на поверхностях деталей трибосистем_

№ п/п Состав МФС Эксплуатационные показатели

Тпр, мин Ди, мг/час 0к, град f

1 ПЭ+СпВ+Г 8 2'5 70 0'07

2 ПС+СпВ+Г 18 2'5 110 0'08

3 К+СпВ+Г 10 2'5 70 0'09

4 ПЭ+СпВ+ДМ 10 2'7 70 0'07

5 ПЭ+СпВ+йод 10 3'0 70 0'07

6 ПС+СпВ+йод 11 2'2 120 0'07

7 ПЭ+СпВ+Г+йод 5 2'1 70 0'05

8 ПЭ+СпВ+ДМ+йод 5 2'0 70 0'04

Таблица 3

Значения коэффициента СЬ и показателей степеней х1, х2, х3, х4, х5, хб, х7 в формуле определения толщины слоя _структурно перестроенного материала поверхностного слоя Ьпер при ^а)нач. = (1,2-1,5) мкм_

Предел текучести ст, МПа СЬ х1 х2 х3 х4 х5 х6 х7

до 200 3'42 0'34 0'62 0'91 -1'23 0'71 0'25 -0'89

201-250 3'39 0'33 0'60 0'93 -1'21 0'73 0'25 -0'87

251-300 3'36 0'32 0'58 0'96 -1'19 0'76 0'25 -0'85

301-350 3'33 0'31 0'57 0'98 -1'17 0'79 0'26 -0'83

351-400 3'30 0'29 0'57 1'00 -1'15 0'83 0'27 -0'81

свыше 400 3'25 0'27 0'55 1'05 -1'15 0'87 0'29 -0'77

Зависимость (2) можно использовать для определения оптимального состава МФС на поверхностях деталей трибосистем при заданных режимах экс- плуатации и требуемом значении толщины слоя структурно перестроенного материала поверхностного слоя Ьпер, а также осуществления безабразивной электрохимической притирки сопряжённых деталей с наложением волновых колебаний, используя следующую формулу:

КеР = СмраУЬк

cттd тт ,

.к

''пер

где А, f - соответственно амплитуда и частота накладываемых колебаний; и - напряжение, подаваемое в зону контакта деталей; т - продолжительность процесса безабразивной электрохимической притирки; ^Н 1 1 1

м'а' 'с' 'т'п' - коэффициент и показатели степеней, зависящие от физико-механических свойств материала деталей, условий проведения безабразивной электрохимической притирки и состава электролита.

Экспериментальными исследованиями установлено, что создание на поверхностях деталей трибосистем модифицированных слоёв на основе меди толщиной Ьпер = 50-60 нм при безабразивной электрохимической притирке позволяет в диапазонах р = 1,0-5,0 МПа и ^к = 0' 1-

0,5 м/с повысить износостойкость деталей в 8-10 раз по сравнению с теми, которые были приработаны без формирования на их поверхностях модифицированных слоёв.

Разработан и исследован способ ОУО с модифицированием рабочих поверхностей деталей путём подачи в зону контакта упрочняющего ролика с обрабатываемой поверхностью алюминиевой фольги толщиной не более 0,05 мм с нанесёнными и закреплёнными на ней графитовым порошком и кристаллическим йодом. Для выявления эффективности разработанной технологии создания МФС и исследования особенностей поведения йода в контактной зоне сопряжённых поверхностей деталей трибосистем ОУО подвергались бесступенчатые валики из стали 12Х3Н, прошедшие предварительное шлифование. Были приняты следующие режимы обкатки: усилие прижима ролика к обрабатываемой поверхности детали Р = 1000 Н, частота вращения детали пд = 80 об/мин; продольная подача Sпр = 0,1 мм/об; количество проходов т = 3; величина импульсного тока составляла I = 2,5 кА; температура в зоне контакта ролика с обрабатываемой поверхностью 250-300оС. Такие режимы обработки способствовали созданию на поверхности детали трибосистемы плотного модифицированного слоя, толщиной 0,3-0,5 мм, имеющего твёрдость, равную 80-90% твёрдости основного материала детали.

п

Рисунок 2. Изменение коэффициента трения f от температуры в зоне контакта 0к от состава МФС: 1 - ПЭ+СпВ+Г; 2 - ПС+СпВ+Г; 3 - ПЭ+СпВ+Г+йод; 4 - ПС+СпВ+Г+йод

0,15

0,12

0,09

60

1

( ____

2

120

150

180

240

300 в. "С

Рисунок 3. Изменение коэффициента трения f от температуры в зоне контакта 0 при обычном трении (кривая 1) и с модифицированным слоем (кривая 2): р = 0,5 МПа, ^к = 0,2 м/с

Установлено, что создание на поверхностях деталей трибосистем модифицированного слоя путём ОУО с применением алюминиевой фольги, графита и кристаллического йода позволяет существенно снизить коэффициент трения при повышенных температурах в зоне контакта взаимодействующих поверх ностей (рис. 3). Были получены следующие эмпирические зависимости интенсивности изнашивания I для следующих диапазонов изменения давления р, скорости скольжения ^к, и температуры в зоне контакта 0:

р = 0,2-1,0 МПа; ^к = 0,1-0,5 м/с; 0 = 50-150о С;

I = 4,754 р0,792 ^к0,426 00,275, мг/час; р = 1,0-1,5 МПа; ^к = 0,5-1,0 м/с; 0 = 150-250о С;

I = 5,947 р0,704 ^к0,434 00,361, мг/час; р = 1,5-2,5 МПа; ^к = 1,0-2,0 м/с; 0 = 250-400о С;

I = 6,1284 р0,753 ^к0,486 00,412, мг/час.

Добавка кристаллического йода в закрепляемый на фольге графитовый порошок способствует не только снижению коэффициента трения в зоне контакта, но и создаёт в процессе трения на сопряжённой поверхности детали трибосистемы плёнку, выполняющую роль твёрдой смазки. Это было подтверждено спектрографическим анализом материала поверхностного слоя деталей контртел из сталей Х18Н9Т и 12Х3Н, контактируемых с модифицированными поверхностями образцов из стали 45, на сканирующем электронном микроскопе <^иайа-200». Результаты выполненных исследований подтвердили ранее высказанное предположение о трибоэкранировании поверхностных слоёв сопряжённых деталей [4]. При этом оптимальное количество йода в модифицируемом материале поверхностного слоя детали определяется как его состоянием после предварительной обработки по параметрам шероховатости, структуры и величины техно -логических остаточных напряжений, режимов обкатки, так и условиями эксплуатации. Для принятых режимов ОУО, начальной шероховатости поверхности после шлифования и условий эксплуатации до температуры до 0 = 250оС рекомендуется добавлять в наносимый на алюминиевую фольгу графит 5-8% (по объёму) кристаллического йода. Если температура эксплуатации детали с модифицированным слоем превышает 250оС, то вместо кристаллического йода, который при такой температуре

возгоняется, рекомендуется на фольге закреплять размельчённый дийодид хрома, который разлагается с выделением йода при температурах выше 500оС [7]. При этом количество дийодида хрома, наносимого на поверхность алюминиевой фольги вместе с графитом, составляет 1520% (по объёму) от графита.

Перспективной технологией создания МФС с направленной модификацией материала поверхностного слоя деталей трибосистем может стать способ обработки цилиндрических деталей [5], включающий поверхностное пластическое деформирование вращающейся детали роликом с постоянным усилием и с непрерывной подачей в зону поверхностного пластического деформирования сма-зочно-плакировочной жидкостной композиции, содержащей компоненты в следующих соотношениях (масс. %): измельчённый графит 2,5-3,0; кристаллический йод 0,050,08; минеральное масло - остальное. В качестве измельчённого графита рекомендуется использовать твёрдую графитовую смазку с размерами основной фракции не более 3 мкм. Добавление в смазочно-плакировочную жидкостную композицию кристаллического йода не только способствует созданию на сопряжённой поверхности детали трибосистемы йодистых соединений толщиной 6080 нм с низкими коэффициентами трения [6], но и повышает температурную устойчивость графита, что повышает износостойкость деталей в 2-4 раза.

Представленные технологии создания МФС на рабочих поверхностях деталей трибосистем могут существенно повысить их работоспособность при сравнительно небольших дополнительных экономических затратах, о чём свидетельствуют данные, приведённые в работах [1, 2, 6]. Выбор того или иного МФС на поверхностях деталей и технологий их создания обусловлены конкретными условиями эксплуатации трибосистемы.

Список литературы

1. Бутенко В.И. Структура и свойства поверхностного слоя деталей трибосистем. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2012. - 367 с.

2. Бутенко В.И. Технология создания металлополи-мерных слоёв на контактных поверхностях деталей трибосистем // Наукоёмкие технологии в машиностроении. - 2011, №6. - С. 38 - 46.

3. Шульга Г.И., Бутенко В.И., Гусакова Л.В. Технологическое трибоэкранирование поверхностей деталей трибосистем / В кн.: Практика и перспективы

4.

развития партнёрства в сфере высшей школы. Материалы 13 -го междунар. научно-практич. семинара. Кн. 3. - Таганрог-Донецк: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2012. - С. 278 - 286.

Способ обработки цилиндрических деталей. Патент РФ №2412042, МПК В24В 39/04, С10М 141/00.

/ Бутенко В.И. Заявл. 11.08. 2009. Опубл. 20.02.2011. Бюл. №5. 5. Бутенко В.И., Дуров Д.С., Шаповалов Р.Г. Наукоёмкие технологии создания высокоресурсных деталей машин. - Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2014.- 404 с.

СРАВНИТЕЛЬНЫИ АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ ПРОВЕРКИ ПОДЛИННОСТИ

Васенёва Валерия Андреевна, Николаенко Виктория Григорьевна, Зубарева Елена Валерьевна

Студенты Волгоградского государственного университета, г.Волгоград

В данной статье рассмотрен один из наиболее распространенных алгоритмов проверки подлинности субъектов информационного взаимодействия - Kerberos. Произведена сравнительная оценка данного алгоритма с другими алгоритмами, проанализированы значения, которые могут принимать критерии, а так же сформирован вектор критериев, на основании которого оценивается качество алгоритма Kerberos.

В настоящее время деловая переписка, финансовые транзакции и обмен правительственными документами все чаще осуществляется с помощью открытых компьютерных систем связи, таких как Internet. Оперативный обмен данными используется при оплате счетов и налогов, в корпоративных сетях, при хранении и обработки секретных данных, безопасном обмене конфиденциальными документами и др.

Все это возможно, если обеспечена безопасность обмена данными через открытые сети. Для эффективного решения этой проблемы используются криптографические средства, обеспечивающие безопасность связи. Одним из таких средств является проверка подлинности субъектов информационного взаимодействия (аутентификация), который и был выбран для дальнейшего исследования.

Существует множество алгоритмов проверки подлинности субъектов, однако даже самые надежные криптографические средства имеют недостатки, которые могут привести к серьезным последствиям для безопасности данных, а также их безвозвратной утрате или нежелательной модификации. Поэтому актуальной является задача выбора наиболее рационального алгоритма аутентификации.

Таким образом, целью данной работы является выбор наиболее рационального алгоритма проверки подлинности субъектов информационного взаимодействия.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

• Анализ информационного взаимодействия для выявления особенностей, влияющих на защищенность информации;

• Анализ злоумышленных воздействий на информационное взаимодействие.

По результатам анализа информационного взаимодействия, а также злоумышленных воздействий на информационное взаимодействия введены критерии, использующиеся для выбора наилучшего метода проверки подлинности субъектов информационного взаимодействия, которые представлены в таблице 1.

Критерии выбора наилучшего метода аутентификации.

Таблица 1

Название протокола Нидхема ОТЬМ КегЬегоБ

Уровень, на котором осуществляется аутентификация Прикладной Сетевой Прикладной

Сценарий аутентификации Обмен сообщениями между процессом и главным компьютером Обмен сообщениями между двумя главными компьютерами Обмен сообщениями между процессом и главным компьютером

Уязвимость алгоритма аутентификации к атаке Винера Не уязвим Уязвим Не уязвим

С повторной передачей сообщений Не уязвим Не уязвим Не уязвим

«Человек посередине» Не уязвим Не уязвим Не уязвим

С помощью параллельного сеанса Уязвим Не уязвим Уязвим

С помощью отражения сообщений Уязвим Уязвим Не уязвим

С помощью чередования сообщений Не уязвим Не уязвим Не уязвим

На основе неправильной интерпретации Не уязвим Не уязвим Не уязвим

На основе безымянных сообщений Не уязвим Не уязвим Не уязвим

На основе неправильного выполнения криптографических операций Не уязвим Уязвим Уязвим

Качественным значениям выделенных критериев были поставлены в соответствие числовые значения:

К1 - уровень, на котором осуществляется проверка подлинности взаимодействующих пользователей. Может принимать значения:

K =

0, физический 0,16, канальный 0,32, сетевой 0,48, транспортный

0.64, сеансовый 0,8, представительский

1, прикладной