Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1, Анализ основных представлений и теоретических положений трибологии итрибохимии 13
1.1. Анализ проблем трибохимии. Проблемы диагностики узлов трения и тестирования смазочных материалов 13
1.2. Теории трибологии 21
1.3. Химические аспекты трения и износа. Трибохимические реакции с позиций координационной химии 31
1.4. Электрохимические методы трибохимии 41
1.5. Структурные методы трибохимии твердого тела 46
1.6. Анализ теоретических зависимостей трибологии 51
1.6.1. Кинетическая характеристика трения 53
1.6.2. Статическая характеристика трения 59
1.7. Термодинамическое обоснование взаимосвязи износа образцов в триботехнических системах с интенсивностью выделения водорода 66
1.8. Химическая кинетика трибохимических реакций 69
1.8.1. Топохимическая кинетика реакций перехода зародышей
в активно растущие ядра адгезионного схватывания 69
1.8.2, Топохимические кинетические зависимости при учете механохимической и тепловой активации 73
1.9. Водородный износ и методы его исследования 76
1.9.1. Взаимодействия при фрикционном контакте 76
1.9.2. Взаимодействие водорода с металлами 83
1.9.3. Водородный износ при фрикционном контакте 85
1.9.4. Экспериментальные методы исследования наводороживания 94
1.10. Заключение и постановка задач исследования 103
ГЛАВА 2. Триботехнический измерительный комплекс и методы трибохимических испытаний на водородный износ 107
2.1. Триботехнический измерительный комплекс и методики исследований и испытаний 107
2.1.1. Анализ требований, предъявляемых к методике триботехнических исследований 107
2.1.2. Задачи, назначение и состав триботехнического измерительного комплекса НО
2.2. Разработка оптоэлектронных датчиков перемещений 114
2.2.1. Конструктивно-технологические особенности оптоэлектронных транзисторов 115
2.2.2. Конструктивные особенности датчиков и их характеристики .117
2.2.3. Разработка методики триботехнических испытаний с использованием оптоэлектронного датчика 126
2.3. Газоаналитический блок триботехнического комплекса 129
2.3.1. Блок-схема отбора проб газа 129
2.3.2. Блоки измерения содержания водорода 132
2.3.2Л. Блок измерения диффузионно-подвижного водорода на основе твердоэлектролитного детектора 132
2.3.2.2. Блок измерения диффузионно-подвижного водорода на основе палладиевого фильтра 138
2.3.3. Блок термодесорбции диффузионно-подвижного водорода и методики исследования наводороживания 154
2.3.4. Разработка метода определения водорода лазерным отбором проб в потоке инертного газа с использованием твердо электролитного детектора для исследования триботехнического наводороживания материалов 158
2.3.4.1. Выбор типа лазера для изучения распределения триботехнического водородав металлах 160
2.3.4.2. Особенности отбора проб лазером LMA-10 162
2.3.4.3. Особенности отбора проб лазером Квант-15 164
2.3.4.4. Разработка конструкции экстракционной камеры 167
2.3.4.5. Метрологическая характеристика метода 170
2.3.4.6. Изучение возможности использования аморфных сплавов в качестве образцов сравнения на водород , 178
2.3.4.7. Применение стандартных образцов для валового определения водорода локальными методами 180
ГЛАВА 3. Исследование наводороживания материалов 183
3.1. Исследование триботехнического наводороживания материалов 183
3.1.1. Исследование содержания металлургического водорода в стальных образцах 183
3.1.2. Исследование перераспределения водорода в процессе технологической обработки материалов 187
3.1.3. Определение водорода в газовой фазе машины трения 190
3.1.4. Исследование триботехнического наводороживания стальных образцов 193
3.2. Исследование локального распределения водорода в стальных образцах при триботехнических испытаниях 200
3.2.1. Методика определения локального распределения водорода в сталях 200
3.2.2. Исследование локального наводороживания стальных образцов при работе узла трения открытого типа 202
3.2.3. Исследование локального наводороживания стальных образцов при работе узла трения закрытого типа 207
3.2.4. Исследование процесса наводороживания на дорожках трения 212
3.3. Исследование зависимости между интенсивностью износа и выделением водорода при триботехнических испытаниях 214
3.3.1. Экспериментальные исследования влияния технологических параметров на характер зависимости количества выделившегося водорода от интенсивности износа 214
3.3.2. Статистическая обработка экспериментальных данных 227
ГЛАВА 4. Методы производственных испытаний и технологические приемы защиты деталей узлов трения машин от водородного износа 237
4.1. Анализ методов финишной обработки деталей узлов трения в металлоплакирующих средах 237
4.2. Методы защиты от водородного износа 242
4.2.1. Метод финишной антифрикционной без абразивной обработки 243
4.2.2. Метод формирования износостойких покрытий обкаткой в металлоплакирующих средах 252
4.2.3. Метод вакуумного ионно-плазменного напыления тугоплавких соединений 254
4.3. Триботехнические испытания деталей узла трения кухонного процессора 255
4.4. Разработка способов повышения износостойкости основных механизмов швейных машин челночной системы 262
4.5. Разработка способов повышения стойкости лезвийного инструмента скользящего резания кожевенно-обувных и текстильных материалов 270
4.5.1. Разработка устройства для формирования режущей кромки инструмента и выбор рабочей среды для без абразивной обработки дисковых и плоских ножей 275
4.5.2. Исследование водородного износа режущего инструмента 283
4.6. Разработка способов повышения износостойкости деревообрабатывающего инструмента 285
4.6Л. Разработка технологических операций и выбор рабочей среды для без абразивной обработки режущей кромки ножа 285
4.6.2. Исследование водородного изнашивания режущего инструмента деревообрабатывающих станков 288
4.6.3. Повышение стойкости ножа лущильного станка методом финишной без абразивной обработки в металла-плакирующей среде 290
4.6.4. Производственные испытания ножей, обработанных
в металла-плакирующих средах 295
4.7. Диагностика износостойкости деталей автомашин 297
4.8. Повышение срока службы насосов 305
4.8.1. Повышение срока службы погруженных центробежных насосов 305
4.8.2. Повышение срока службы топливных плунжерных насосов.
Результаты стендовых испытаний 311
4.9. Диагностика износостойкости и технология обработки деталей при ремонте узлов трения путевых машин 317
4.9.1. Анализ работы узлов трения путевых машин ВПР и ВПРС 317
4.9.2. Технология финишной без абразивной обработки деталей в металлоплакирующей рабочей среде 320
4.9.3. Технология без абразивной обработки в металлоплакирующей среде неразборных узлов трения (подшипниковкачения) 322
4.9.4. Технология модифицирования жидких и пластичных смазочных материалов 324
4.10. Повышение ресурса дизельной техники специального назначения 325
4.10.1. Триботехнические и ресурсные испытания 325
4.10.2. Разработка новых материалов для обкатки узлов трения 328
4.10.3. Триботехнические испытания 330
4.10.4. Комплекс работ по повышению ресурса 337
ВЫВОДЫ 344
ЛИТЕРАТУРА 349
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Анализ основных положений адгезионной и молекулярно-механической теорий трения , 369
П.1.1. Адгезионная теория трения 369
П. 1.2. Молекулярно-механическая теория трения 370
П.1.3. Представление фактора времени 380
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Обзор некоторых исследований взаимодействия водорода с металлами 395
ПРИЛОЖЕНИЕ 3.
П.3.1. Конструкционные особенности и характеристики машин трения ММТ-1 и ММТ-2 399
П.3.2, Методика триботехнических испытаний с использованием машин трения ММТ 405
П.3.3. Методика обработки экспериментальных данных 407
ПРИЛОЖЕНИЕ 4, Разработка оптоэлектронных датчиков перемещений.
Экспериментальные результаты 410
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Результаты апробации диссертационной работы 416
ПРИЛОЖЕНИЕ. ЛИТЕРАТУРА
Введение к работе
Диссертация посвящена трибохимическим исследованиям процессов трения и водородного износа. Результаты исследований положены в основу диагностики узлов трения и методов борьбы с водородным износом в процессе эксплуатации и сервисного сопровождения машин и агрегатов на предприятиях бытового обслуживания, легкой и деревообрабатывающей промышленности, автомобильного, железнодорожного и авиационного транспорта.
Работа выполнялась по координационному плану стандартизации по проблеме «Обеспечение износостойкости деталей машин и механизмов» на 1976 - 80 г., координационному плану НИР АН СССР по проблеме «Трение и износ твердых тел» на 1981-86 г., координационному плану НИР ЛН СССР по проблеме «Трение и механика использования энергоаккумулирующих веществ, в том числе гидридов и восстановления окислов» на 1986 - 90 г., Постановлениями Совета министров СССР № 359 от 26.03.87 и ГКНТ ССС № 349 от 3.07.85 и № 193 от 3.06.86 и приказами по министерству бытового обслуживания РСФСР № 178 от 21.04.86 и № 365 от 31.07,87.
Исследования и конструкторские разработки, представленные в диссертации, выполнены под руководством автора в лаборатории «Водородного изнашивания» при МТИ, в научно-исследовательском секторе МТИ, в научно-производственном предприятии «Трибо», а также при выполнении диссертационных работ на соискание ученой степени кандидата технических наук Ставровским М.Е. и Саванчук Р.В.
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Трибохимия водородного износа определяет надежность и срок службы оборудования и машин, имеющих в своем составе узлы трения. Износ, в особенности водородный износ, является наиболее существенным фактором, который должны учитывать разработчики новой техники и специалисты, занимающиеся ее эксплуатацией и обслуживанием. Материаловедение в настоящее время является бурно развивающейся областью. Однако вовлечение новых конструкционных материалов в процесс создания новой техники, технологий диагностики и сервиса технологического оборудования зачастую сдерживается отсутствием методов испытаний в заданных условиях эксплуатации. Прогресс триботехники в настоящее время определяется решением задач, возникших на стыке механики и химии, которые являются предметом исследования специальных дисциплин: механохимии и трибохимии.
В понятие сервис вкладывается весь комплекс мероприятий, позволяющих обеспечить безопасность, надежность и функциональную работоспособность машин, агрегатов и входящих в них узлов и деталей. Развитие сферы сервиса в последние десятилетия в различных отраслях производства, коммунального и сельского хозяйства, торговли стало насущной проблемой в силу расширения конкуренции и быстрой смены номенклатуры товаров. Это развитие стало возможным благодаря совершенствованию технологий сервиса. Высокотехнологическая продукция машиностроения (автомобили, холодильники, пылесосы, кухонные комбайны и т.п.), промышленности электронной техники (телевизоры, видеомагнитофоны, персональные компьютеры) стала необходимым элементом современного быта.
Активная техническая политика в области высокотехнологической продукции требует особого внимания к трем ее элементам: (1) разработке и выпуску высокотехнологической продукции, (2) экономической составляющей политики, обеспечивающей выход данной продукции на потребительские рынки, и, наконец, (3) сервису продукции от стадии информирования потребителя вплоть до стадии утилизации, т.е. обеспечение полного жизненного цикла изделия. Развитие технологий сервиса и диагностики технологического оборудования требует повышенного внимания к проблемам износа. Российская научная школа является одной из передовых в этой области. Большой прогресс достигнут благодаря работам российских ученых: Кра-гельского И.В., Гаркунова Д.Н., Ахматова А.С., Ишлинского А.Ю., Полякова А.А., Костецкого Б.И., Дерягина Б.В., Ребиндера П.А, и многих других. В последнее время многообещающие практические и теоретические результаты получены в работах Кужарова А.С., Лукашева Е.Л., Прокопенко В.А. и других.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - разработка триботехнического измерительного комплекса для исследования трибохимии водородного износа, разработка методик для определения водорода в материалах деталей узлов трения, исследование триботехнического наводороживания и его связь с износом материалов, применение разработанных методов и аппаратуры для диагностики и снижения водородного износа материалов узлов трения, апробация полученных результатов на предприятиях при обслуживании машин, агрегатов и технологического оборудования.
Поставленная цель достигалась в следующих направлениях:
1. разработка методов диагностики износостойкости и рекомендаций по применению разработанных технологических приемов снижения водородного износа, в том числе финишной антифрикционной без абразивной обработки и обкатки в технологических средах, имеющих в своем составе медьсодержащие металлоплакирующие присадки к маслам, на стадиях производства, эксплуатации и сервиса продукции машиностроения.
2. исследование водородного износа и технологических приемов защиты от него в условиях эксплуатации деталей различных узлов и агрегатов;
3. разработка триботехнического измерительного комплекса и методик определения «металлургического», «технологического» и триботехнического водорода.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА заключается в анализе современных проблем триботехники и трибохимии водородного износа и смазочных материалов; в разработке триботехнического измерительного комплекса, в котором объединены новые технические решения в форме оптоэлектронных датчиков износа; установок вакуумной экстракции и лазерного отбора проб водорода; твердоэлектролитного датчика водорода; в новых методиках прецизионных и ускоренных испытаний трибохимических систем с использованием триботехнического измерительного комплекса для исследования процессов трибохимии водородного износа; в результатах исследования взаимосвязи наводо-роживания материалов при трении с их износом и разработке технологических приемов защиты от водородного износа путем применения металлопла-кирующих противоизносных медьсодержащих присадок.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ заключается в технологических приемах защиты узлов трения от водородного износа, включая использование ме-таллоплакирующих противоизносных медьсодержащих присадок, в форме финишной антифрикционной безабразивной обработки, обкатки в технологических средах, повышения сроков службы эксплуатируемого оборудования; методиках диагностики и рекомендациях для снижения водородного износа при эксплуатации деталей узлов трения бытовой техники, механизмов швейных машин, лезвийного инструмента машин скользящего резания коже-венно-обувных и текстильных материалов, деревообрабатывающего инструмента, насосов, двигателей внутреннего сгорания, деталей узлов трения автомашин, дизельной техники специального назначения и путевых машин железнодорожного транспорта.
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам диссертационной работы опубликовано 45 печатных работ, включая 2 монографии и 9 патентов (авторских свидетельств) на изобретения.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы докладывались на областном семинаре «Опыт исследования быстропротекающих процессов в механике текстильных машин» (Пенза, 1981), региональной научно-технической конференции «Повышение качества и производительности обработки деталей машин и приборов» (Горький, 1984), Всесоюзной научно-технической конференции «Современные проблемы триботехнологии» (Николаев, 1988), республиканской научно-технической конференции «Научно-технический прогресс в сфере услуг» (Уфа, 1988), зональной научно-технической конференции «Повышение надежности изделий триботехническими методами» (Пенза, 1988), V Всесоюзной конференции «Методы определения и исследования газов в металлах» (Москва, 1988), Всесоюзной научно-технической конференции «Повышение качества и надежности продукции, программного обеспечения ЭВМ и технических средств обучения» (Куйбышев, 1989), научно-технической конференции ГАСБУ «От фундаментальных исследований до практического внедрения» (Москва, 1993), международной научно-технической конференции «Наука сервису» (Москва, 1996).
Выполненные автором разработки экспонировались на ВДНХ СССР. Постановлением Совета Министров РСФСР от 16.04.91 г. № 202 автору в составе коллектива присуждена единовременная премия Совета Министров РСФСР за «Разработку, исследование и внедрение методов повышения срока службы машин, технологического оборудования и транспортных средств предприятий бытового обслуживания на основе безызносности».
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитированной литературы и приложения. Объем диссертации составляет 368 страниц; он включает 268 страниц основного машинописного текста, 99 рисунков, 52 таблицы, выводы, список литературы (341 наименования); приложение составляет 87 страниц.
