Исследование триботехнических характеристик комбинированной смазки для использования в узлах трения пожарной техники

№110-1,

технические науки

В статье представлены результаты триботехнических исследований разработанной комбинированной смазочной композиции для улучшения антифрикционных свойств базового масла.

Похожие материалы

Вопросы снижения трения интересовали человечество за долго до появления сложных машин и механизмов. Можно предположить, что вопрос смазки возник примерно в то же время когда было придумано первое колесо. Не смазанные ступицы колесниц не только издавали неприятный звук но и значительно затрудняли их передвижение. Возникающие проблемы решались применением различных «примитивных» смазочных материалов растительного или животного происхождения. С течением времени увеличение мощностных и скоростных характеристик машин и механизмов потребовало разработки новых более эффективных масел и смазок определенного направленного действия.

В настоящее время, в области машиностроения, широкое применение находят различные жидкие, твердые и газообразные смазочные материалы, обладающие антифрикционными и противоизносными свойствами. Основной задачей смазок является борьба с негативными проявлениями трения. Для надежной работы любого узла трения в нем должна применяться специальная смазка отвечающая определенным требованиям [1].

Мобильные средства пожаротушения имеют достаточно мест и узлов требующих применения смазочного материала. Наиболее часто в пожарной технике используют жидкие и пластичные смазочные материалы. В процессе работы масла и смазки загрязняются продуктами износа, теряют свои смазочные свойства из-за перепада температур, насыщаются влагой. Это приводит к необходимости их замены на новые. Сроки замены смазочных материалов в узлах пожарных автомобилей определены регламентами ее технического обслуживания. Контроль качества используемой смазки в настоящее время не производится. А именно от качества используемого смазочного материала напрямую зависит и эффективность работы эксплуатируемой техники [2].

Одним из самых нагруженных агрегатов пожарных и аварийно-спасательных автомобилей является их двигатель. Кроме транспортного режима он эксплуатируются еще и в стационарном режиме в качестве привода на исполнительный агрегат. Кроме того, двигатели работают и без нагрузки в режиме прогрева и при смене караула во время проведения ежедневного технического осмотра. Неравномерные режимы работы и повышенные температуры при длительной эксплуатации оказывают значительное влияние на износ деталей. Это в свою очередь приводит к ухудшению технических характеристик механизмов, снижению скорости движения пожарных автомобилей, подачи и напора, развиваемых пожарными насосами. Все это приводит к преждевременной постановке автомобилей на техническое обслуживание или ремонт [2, 3].

Анализ видов и характера отказов деталей пожарных автомобилей указывает на износ рабочих поверхностей, как основную причину выхода из строя отдельных узлов и всего автомобиля в целом. Таким образом, общая задача повышения долговечности автотранспортного средства чаще всего сводится к увеличению износостойкости ограниченного количества быстроизнашивающихся деталей, уменьшающих надежность отдельных агрегатов и всего автомобиля в целом.

Повышение надежности узлов трения машин и механизмов, используемых в системе МЧС и в любой другой сфере, является важной хозяйственной задачей. Помимо затрат на их ремонт при износе, увеличивается расход топлива, смазочного материала и запасных частей. В автомобилях на преодоление трения расходуется более половины потребляемого ими топлива.

Не все смазочные материалы применяемые в настоящее время справляются с возлагаемыми на них требованиями. С увеличением скоростных и мощностных характеристик машин и механизмов необходимо применять специальные масла и смазки с более высокими антифрикционными и противоизносными характеристиками. Для повышения триботехнических характеристик смазочных материалов в них добавляют присадки и наполнители различного происхождения [4,5].

В настоящей работе исследованы две смазочные композиции с различными видами наполнителей [4, 5, 6]. Целью работы являлась оценка влияния наполнителей на триботехнические свойства базового масла. В качестве базы использовалось минеральное индустриальное масло И-20. Выбор связан с тем, что данное масло свободно от каких-либо добавок, что в свою очередь позволит оценить работу добавляемого наполнителя. В качестве добавок первом случае использовался медно-оловянный комплекс (зеленая зависимость на рисунке 1), во втором — мелкодисперсный порошок искусственного серпентина (желтая зависимость на рисунке 1). Показатели базового масла И-20 на рисунке 1 представлены красной зависимостью. В процессе исследований фиксировались изменения коэффициента рения от нагрузки и изменения интенсивности изнашивания от нагрузки. Результаты представлены на рисунке 1.

Триботехнические характеристики смазок
Рисунок 1. Триботехнические характеристики смазок

Анализ результатов исследования дает возможность сделать вывод, что оба наполнителя существенно улучшили триботехнические показатели базового масла. На это указывает значительное снижение коэффициента трения и интенсивности изнашивания поверхностей трения, а также увеличение нагрузочной способности.

Проведенное микрофотографирование поверхностей трения с увеличением в 500 раз дает возможность визуальной оценки состояния поверхности трения. Полученные фотографии свидетельствуют о выравнивании поверхности, снижении ее шероховатости. Этому способствовало введение в масло добавок.

Тем не менее в процессе исследований были выявлены недостатки у каждой из добавок. В качестве основных можно выделить следующие:

  • для металлсодержащей присадки — это провокация металлического контакта, препятствующая осаждению мягких металлов на поверхностях трения;
  • для искусственного серпетнина — это повышение поверхностной твердости.

Для устранения указанных выше недостатков разработана новая высокоэффективная добавка на основе солей мягких металлов и порошка искусственного серпентина. Идея создания такого наполнителя заключалась в том, что работая как абразив, искусственный серпентин проводи микро шлифовку поверхности трения и подготавливает ее для равномерного осаждения солей мягких металлов. Проведенные исследования комплексной присадки показали, что совместное действие компонентов привело к значительному снижению износа в зоне трения, за счет более интенсивного осаждения мягких металлов на контактирующих поверхностях. В качестве исследуемых сравнительных характеристик были выбраны зависимости коэффициента трения от нагрузки в узле трения и интенсивности износа от нагрузки (рис. 2, рис. 3).

Зависимость коэффициента трения от нагрузки: ▲ — для базового масла И-20 с базовыми присадками; ■ — для масла И-20 с комбинированной присадкой
Рисунок 2. Зависимость коэффициента трения от нагрузки: ▲ — для базового масла И-20 с базовыми присадками; ■ — для масла И-20 с комбинированной присадкой
Зависимость интенсивности износа от нагрузки: ▲ — для масла И-20 с базовыми присадками; ■ — для масла И-20 с комбинированной присадкой
Рисунок 3. Зависимость интенсивности износа от нагрузки: ▲ — для масла И-20 с базовыми присадками; ■ — для масла И-20 с комбинированной присадкой

Анализ полученных триботехнических зависимостей позволяет сделать вывод о том, что коэффициент трения в узле трения снизился в среднем на 10-12 %, а интенсивность изнашивания в узле трения уменьшилась до 30 %. На основании этого можно сделать вывод о том, что применение разработанной присадки позволит в значительной мере снизить износ узлов трения и повысить надежность техники.

Технология приготовления смазочного комплекса заключается в механическом смешивании в определенной пропорции двух наполнителей: медно-оловянного комплекса и порошка искусственного серпентина. Смешивание производится при помощи ультразвукового диспергатора, который позволяет получить равномерное распределение порошка серпентина в металлоплакирующем смазочном комплексе. На рисунке 4 представлена фотография разработанной смазочной композиции.

Смазочная композиция (х200)
Рисунок 4. Смазочная композиция (х200)

В качестве объекта внедрения разработки можно рассматривать автотранспорт и машиностроение. Использование разработанной добавки в масла позволит снизить затраты мощности на трение, снизить энергопотребление, уменьшить износ трущихся деталей, увеличить ресурс узлов трения.

Список литературы

  1. Гаркунов Д.Н. Триботехника. — М.: Машиностроение, 1999. — 336 с.
  2. Киселев В.В., Топоров А.В., Пучков П.В. Повышение надежности пожарной техники применением модернизированных смазочных материалов // Пожаровзрывобезопасность. — 2010. Т. 19. — №2. — С. 50 — 53.
  3. Киселев В.В., Полетаев В.А. Исследование триботехнических характеристик металлосодержащих присадок к маслам, используемым в электрических машинах // Вестник ИГЭУ. — 2011. — Выпуск 2. — С. 65 — 67.
  4. Киселев В.В., Топоров А.В., Пучков П.В. Перспективы использования модернизированных смазочных материалов в пожарной и аварийно-спасательной технике // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты, 2011. — №3. — С. 23 — 29.
  5. Зарубин В.П., Киселев В.В., Пучков П.В., Топоров А.В. Улучшение эксплуатационных характеристик автотранспортной техники за счет применения высокоэффективных присадок // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. — 2014. — Т. 3. — № 1 (19). С. 56-62.
  6. Зарубин В.П., Киселев В.В., Топоров А.В. Перспективы применения нанопорошков силикатов в смазочных материалах, используемых в пожарной технике // Пожаровзрывобезопасность. — 2013. — Т. 22. — № 5. С. 65-70.