Введение к работе
Актуальность темы. Проблемы долговечности, эксплуатационной надежности двигателей, механизмов и другого оборудования, определяющиеся качеством и технологией применения смазочного материала, являются в настоящее время актуальными и важными и исследования в области создания, испытания, техники и технологии применения смазочных материалов сформировались в крупное научное направление. Достижения в этой области самым непосредственным образом влияют на техническую и экономическую эффективность использования техники, в том числе и судовой.
Недостаточная эффективность отдельных эксплуатационных циклов работы систем судовых энергетических установок (СЭУ) и, в частности, систем смазывания неизменно сказывается на расходе топливно-энергетических и материальных ресурсов.
До 30% энергии, вырабатываемой на борту судна, расходуется на преодоление сил трения в узлах механизмов СЭУ. Около 40% стоимости ремонта СЭУ составляет ремонт систем смазывания и узлов тренил, а затраты на смазочные материалы и обслуживание систем смазывания достигают 8-12% судовых эксплуатационных расходов. Приблизительно 80% аварий машин и механизмов СЭУ обусловлены отклонениями в работе систем смазывания и узлов трения, которые ими обслуживаются.
Эффективная эксплуатация циркуляционных систем смазывания судовых судовых среднеоборотных дизелей (СОД) позволяет не только улучшить эксплуатационные характеристики дизеля, но и существенно повысить экономические показатели его работы, а именно: снизить расходы топлива на 0.5 - 2 %, масла на 10 - 15%; повысить ресурс работы двигателя на 10 - 30%.
Параметры работы систем СЭУ регламентируются руководящими документами отрасли и поднадзорны Регистру. Поддержание технического состояния систем смазывания обусловлено стратегией эксплуатации по состоянию, принятой в отрасли. Реализация указанной стратегии эксплуатации по состоянию позволяет управлять процессами технической эксплуатации систем смазывания путем поддержания оптимальных режимов работы и назначения таких эксплуатационно-ре-
монгкых циклов, которые обеспечивают системам смазывания их эффективное использование при микимальньж расходах энергетических и материальных ресурсов.
Такой подход к совершенствованию эксплуатации систем смазывания СЭУ отвечает современным тенденциям реализации научно-технического прогресса на морском транспорте.
Тенденция увеличения мощности и форсировки судовых СОД отечественного и зарубежного производства приводит к росту их динамической и тепловой напряженности. При этом особую нагрузку испытывают элементы цилиндро-поршневой группы (кольца, поршни, втулки) и коленчатого вала (рамовые и мотылевые подшипники). Одновременно с этим современная технология производства подшипников скольжения судовых дизелей есє более и более сеодится к использованию тонкостенных слоистых полувкладышей и уменьшению масляных зазоров в паре вал-вкладыш. В этих условиях работы возрастает роль смазочного материала, использующегося при эксплуатации узлов трения. В связи с этим должны быть пересмотрены характеристики смазочного материала.
Для улучшения уолоЕий эксплуатации узлов трения СЭУ необходимо оптимизировать протекающие в них трибологические процессы. Этого мокко достичь усовершенствованием конструкции и выбором материала узлов трения, а также улучшением характеристик смазочного материала. Последний способ является единственно приемлемым при эксплуатации существующих узлов трения и позволяет за счет использования ориентационной упорядоченности молекул в граничном смазочном слое понизить потери на трение и износ и получить наибольший экономический эффект.
Цель и задачи исследования. Е соответствии с вышеизложенным, а также исходя из анализа работы смазочных систем, проведенного в последующих глаЕах работы, сформулирована основная цель исследования - повышение эффективности эксплуатации судовых СОД за счет активации и рационального использования жидкокристаллических свойств смазочного материала.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
- доказано, что работа подшипников скольжения судовых СОД происходит в граничном режиме смазывания, причем эти режимы ха-
- 5 -рактерны не только для динамически изменяющихся процессов эксплуатации, но и для установившихся периодов работы, а смазочный материал, находящийся при этом в паре трения, обладает ориентацисн-иой упорядоченностью молекул б граничном смазочном слое и находится в жидкокристаллическом состоянии;
установлены зависимости между жидкокристаллическими и трн-ботехническими характеристиками смазочных материалов;
показано, что за счет активации жидкокристаллических характеристик граничных смазочных слоев можно улучшать триботехни-ческие характеристики узлоз трения;
определено влияние внешних факторов на жидкокристаллические и триботехнические характеристики смазочного материала, применяемого в циркуляционных системах смазывания;
разработаны методы прогнозирования технического состояния подшипников скольжения судовых СОД по жидкокристаллическим характеристикам применяемого смазочного материала.
Методика исследования. Для исследования жидкокристаллических характеристик смазочного материала использовались оптические методы (метод дихроизма поглощения примесных молекул и метод определения оптической анизотропии пристенных слоев жидкости.), для чего были разработаны специальные лабораторные установки.
В качестве основных жидкокристаллических характеристик смазочного материала принимались толшина ориентационно упорядоченного граничного слоя и степень его оптической анизотропии.
Для проведения триботехнических исследований были смонтированы лаборагоный установки, базой которых являліюь машины трения ДМ-29 и АЕ-5, на которых определялись сила трекия и износ в функции от температуры и нормальной нагрузки.
На основе полученных экспериментальных данных установлены корреляционные взаимосвязи между жидкокристаллическими и трибо-техническими характеристиками смазочного материала, которые позволяют прогнозировать надежность работы подшипников скольжения.
Исследования влияния жидкокристаллических свойств смазочного материала на ресурс его работы производилось как ка экспериментальных установках, так и на судовых СОД в системе циркуляционной смазки.
- в . Научная новизна работы состоит б
разработке оптических методов оценки степени ориентацисн-ной упорядоченности в граничных смазочных слоях, образованных на металлической поверхности;
установлению корреляционной взаимосвязи между интенсивностью изнашивания угла трения I и интегральным показателем cis&rv (где -ds толщина граничного слоя, дп - усредненное значение степени его оптической анизотропии); *-'
установлению механизма действия поверхностно активных присадок на ориентационную упорядоченность граничного смазочного слоя и его триботехнические характеристики.
Практическая ценность достигнутых в диссертации результатов может быть квалифицирована как новое достижение в развитии перспективного направления в разработке методики эксплуатации узлов трения СОД, использующих жидкокристаллические свойства смазочных материалов.
Результаты, изложенные в работе, позволяют:
улучшать триботехнические характеристики смазочных материалов за счет создания ориентационкой упорядоченности молекул в граничных смазочных слоях путем активации их жидкокристаллических свойств;
производить прогнозирование работы смазочного материала, находящегося в циркуляционной системе, по его жидкокристаллическим характеристикам-,
оптимизировать использование полимолекулярных жидкостей, применяемых в смазочных материалах в качестве поверхностно активных веществ.
Достоверность полученных в работе результатов обеспечена тщательным анализом условий работы триады трения "вкладыш подшипника - смазочный материал - вал", корректным проведением экспериментальных исследований и математической обработкой полученных результатов и подтверждается научными положениями современной молекулярно-кинетической теории граничного трения. При этом были учтены последние результаты отечественных и зарубежных ученых по физике пристенных слоев жидкости.
На защиту выносятся следующие положения:
- резервом повышения эффективности эксплуатации узлов трекия
судовых СОД является активация и эффективное использование жидкокристаллических свойств смазочного материала, применяемого при смазывании контактирующих деталей;
триботехнпческие характеристики смазочных материалов определяются -жидкокристаллическим состоянием граничных смазочных слоев;
в качестве методов оценки жидкокристаллических и, следовательно, триботехнических характеристик граничного смазочного слоя, могут использоваться оптические методы (дихроизма и оптической анизотропии) и метод определения температурной стойкости граничного смазочного слоя.
Внедрение. Система активации жидкокристалических сеойств смазочного материала, как способ улучшения его триботехнических и эксплуатационных сеойств, внедрена б виде дополнительного элемента системы маслоподготовки вспомогательного дизеля ТВД 601-К на т/х "Профессор Небеснов".
Материалы и результаты диссертационной работы используются в учебном процессе Одесской государственной морской академии при изучении дисциплин "Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация" и "Безопасность морского судоходства" для курсантов специальности 7.100312.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и одобрены на:
Х-ой Международной конференции "Поверхностные силы" (г. Москва, 1992 год);
Ш-ем Международном научно-практическом симпозиуме "Сла-вянтрибо", секция Трибология и транспорт (г. Рыбинск, 1995 год);
IV-ой Международной конференции "Новые технологии в машиностроении" (гг. Харьков - Рыбачье, 1995 год);
научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ОГМА, секции автоматизации судоеых технических средств и судовых энергетических установок (г.Одесса, 1993, 1995, 1996 годы).
По результатам проведенных исследований опубликовано 8 статей.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из зведення, четырех глав, заключения,
- 8 -списка литературы и приложения, общим объемом 144 страницы, включая 38 рисунков, 15 таблиц и 8 страниц списка литературы из 109 наименований.
В приложении приведены акты использования результатов работы, программа расчета среднеквадратических отклонений при проведении обработки результатов исследований, программы и отчет по испытаниям циркуляционной системы смазывания на т/х "Профессор Аничков".
