Введение к работе
Актуальность темы. Одной из основных проблем эксплуатации различного оборудования является недостаточная долговечность узлов трения, доля отказов которых в ряде отраслей достигает 80 %. Срок службы пары трения напрямую зависит от износостойкости сопрягаемых поверхностей, что особенно характерно для узлов, работающих при повышенном давлении в условиях агрессивных сред.
Для решения этой проблемы в настоящее время разработано большое количество покрытий и других способов защиты от изнашивания. Однако на предприятиях, выпускающих высокопрочные химические волокна типа «Армос», «Руссар», «СВМ» и других, растворы которых содержат значительное количество соляной кислоты, применение традиционных методов защиты трущихся поверхностей не представляется возможным, так как, с одной стороны, технологическим процессом жестко ограничено количество молекул инородных веществ в материале волокон, а с другой, нанесение Покрытий приводит к снижению точности деталей насоса. Частично эта проблема решена путем замены чугунных корпусов на самосмазывающийся материал «Маслянит», но долговечность подвижных деталей насосов-дозаторов типа ПНШ практически не увеличилась.
Учитывая, что потери, вызванные преждевременным выходом из строя насоса-дозатора, не ограничиваются его стоимостью, которая в настоящее время превышает 1900 руб., и включают себестоимость простоя прядильной машины (одна минута простоя -150 руб.), вопрос повышения долговечности насосов-дозаторов является весьма актуальным.
Исследования выполнялись в соответствии с темами НИР: "Исследования по созданию экологически чистых биологически стойких самосмазывающихся материалов, создающих в зоне три-босопряжений диссипативные саморегулирующиеся системы, работоспособные в экстремальных условиях эксплуатации (Решения Госкомиссии РФ № 58 от 24.04.91 г); Федеральной целевой программой "Развитие Северо-Кавказского региона на период до 2005 г" (протокол от 14.04.99 г. конкурсной комиссии Министерства национальной политики РФ).
Цель работы. Повышение износостойкости пар трения, работающих в условиях кислой среды путем модифицирования сопрягаемых поверхностей водным раствором на основе силиката натрия.
Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Выполнить анализ факторов, влияющих на интенсив-
ность изнашивания деталей в агрессивных средах и способов ее снижения в этих условиях.
-
Разработать способ повышения износостойкости модифицированием поверхностей деталей, работающих в агрессивных средах (на примере насоса 11 НШ).
-
Провести теоретические исследования влияния фазовых и структурных превращений модифицированных поверхностей трения на износостойкость в условиях кислой среды.
-
Оценить коррозионную стойкость модифицированных поверхностей по сравнению с исходным состоянием.
-
Определить триботехнические характеристики поверхностей, обработанных в модифицирующем растворе.
-
Предложить промышленную технологию модифицирования поверхностей трения высокоточных деталей и определить оптимальный состав модифицирующего раствора.
Научная новизна. В результате проведённых исследований в работе:
предложен метод повышения износостойкости поверхностей модифицированием водным раствором на основе силиката натрия, обеспечивающий высокую точность деталей;
установлено одновременное существование в модифицированном слое фаз, повышающих его твёрдость и фаз, проявляющих смазочные свойства, обеспечивающих высокие антифрикционные и износостойкие характеристики трибосопряжения;
вскрыт механизм образования на контактирующих поверхностях в процессе трения модифицированного слоя, включающего фазы корунда, шпинели и фаялита, в нескольких структурных модификациях;
экспериментально получены основные трибологические характеристики модифицированных поверхностей.
Практическая ценность работы:
разработана промышленная технология модифицирования поверхностей высокоточных деталей, обеспечивающая повышение долговечности шестеренного насоса 11НШ в 2...4 раза (патент РФ 2240874);
установлено, что коррозионная стойкость модифицированных деталей в кислой среде увеличена в 1,5...2 раза по сравнению с исходным состоянием;
показана возможность ремонта части шестеренных насосов с использованием разработанной технологии;
внедрение результатов работы на ОАО «Каменскволок но» позволило повысить долговечность шестеренных насосов 11НШ в среднем 3 раза и получить годовой экономический эффект около 36 тыс. руб. на одну прядильную машину.
Реализация результатов работы. Шестеренный насос с модифицированными поверхностями трения прошёл промышленные испытания в ОАО «Каменскволокно» для повышения долговечности шестеренных насосов 11НШ.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались: на международной научно-практической конференции «Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлек-трохимии, материаловедении и мехатронике» (Новочеркасск, 2002); на международном конгрессе «Механика и трибология транспортных систем-2003» (Ростов-на-Дону, 2003); на Третьей международной конференции «Теория и практика технологии производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов» (Москва, 2003); на Четвёртой международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства» (Новочеркасск, 2004); на международной научно-практической конференции «Композиционные материалы: теория, исследования, разработка, технология, применение» (Новочеркасск, 2004);на международной научно-технической конференции «Проблемы трибоэлектрохимии» (Новочеркасск, 2006).
В полном объёме работа докладывалась на заседании научного семинара по трению и износу в машинах им. М.М. Хрущова института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН (Москва, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературных источников из 131 наименования и приложений. Изложена на 142 страницах машинописного текста, включая 42 рисунка и 15 таблиц.
