VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Восстановление работоспособности автотракторных ДВС является важнейшей задачей, стоящей перед современным двигателестроением. Большинство машин (85...90%) выходит из строя по причине износа деталей. Расходы на ремонт машин, оборудования и транспортных средств составляют в нашей стране десятки млрд. руб. в год. Большая часть этих затрат приходится на основной агрегат автомобиля - двигатель. Двигатели внутреннего сгорания выходят из строя главным образом (до 80%) в результате износа цилиндров и деталей шатунно-кривошипного механизма. Более всего изнашиваются пары трения, что ведет к падению мощности двигателя, увеличению расхода горючего и смазочного материала, возрастает загазованность вредными газами окружающей среды.

Процесс трения устранить не возможно, так как он связан с движением тела и естественно с превращением механической энергии в другие ее виды, но уменьшить эффект изнашивания можно, не меняя процесса трения, повышением износостойкости материала поверхности трения.

Современная наука и техника располагают рядом технологических процессов восстановления работоспособности пар трения ДВС.

С открытием отечественными учеными Д.Н Гаркуновым , В.И.Крагельским, В.Г.Шимановским и В.Н. Лозовским эффекта избирательного переноса при трении , которое легло в основу безразборного восстановления изнашивающихся поверхностей трения в процессе работы машины. Сущность такого процесса заключается в следующем. При работе машины на парах трения возникает нагрузка, а в отдельных местах «сверх нагрузка», при которой выделяется избыточная энергия, вызывающая изнашивание. Если же в зону усиленного изнашивания ввести специальный материал, то энергия разрушения превращается в энергию (созидания), вызывающую восстановление следов износа по ходу работы механизма машины [1,2]. Такими специальными материалами, известными в настоящее время являются: металлоплакирующие, металлизанты и реметаллизанты, кондиционеры и рекондиционеры, модификаторы и металлокерамические специальные составы (ремонтовосстановительные-РВС). Все они содержат соединения металлов, полимизирующиеся вещества, катализаторы и различные поверхностно-активные вещества ПАВ [3].

Объекты и методы

Металлоплакирующие составы (реметаллизанты). В настоящее время известно более 20 отечественных и несколько зарубежных препаратов металлоплакирующего действия. Наиболее распространены составы типа «LUBRIFILM metal», «РиМет», «СУРМ». «СУРАД», и др. Близким к «LUBRIFILM metal» по составу и технологическим свойствам является отечественный реметаллизант, разработанный институтом металлургии Уральского отделения РАН - «РиМет», . В его состав входит ультрадисперсный порошкок сплава меди, олова и серебра в базовой нейтральной основе. По данным разработчиков РиМетом можно восстановить компрессию в цилиндрах и давление масла в системе смазки при износе ДВС не более 60%. Для восстановления двигателя рекомендуется высокая «ремонтная дозировка», после которой эффект проявляется в течение первой тысячи пробега километров и сохраняется до 10 тыс. км. Препарат применяют при каждой смене масла, что повышает эффект до пробега 30 тыс. км.

Композиции типа СУРАД, СУРМ производства НПО «Пигмент» г. Санкт-Петербург содержат маслорастворимые комплексы соединений меди, олова, алюминия, железа и образуют на поверхности деталей металлическую пленку, которая способствует уменьшению трения в сотни раз.

Смазочная композиция «ЭРФОЛГ», предлагаемая Московским агроинженерным университетом, содержит соли плакирующего металла (олеат и глицерат меди), органическую олеиновую кислоту, глицерин и некоторые другие вещества. Особенностью применения является то,что: порошковый реметаллизант следует вводить непосредственно в систему смазки двигателя, а не в объемы масла приготовленные к заправке; не исключаются случаи выпадения частиц порошка в осадок или быть центрифугироваными фильтром тонкой очистки.

Полимеросодержащие составы. Это группа материалов, таких как политетрафторэтилен (тефлон), перфторпропиленоксид, перфторполиэфир карбоновой кислоты (эпилам), фторопласт-4 и др). Полимерсодержащие составы в процессе обработки покрывают трущиеся поверхности деталей, что заменяет трение металла о металл трением полимера по полимеру. В результате этого увеличивается срок службы двигателей. Однако, несмотря на кажущийся эффект, существуют проблемы их применения. Тефлоновое покрытие поверхностей трения постепенно шаржируется частицами износа, в результате образуется подобие абразивного слоя, способствующего изнашиванию деталей. Отмечается также образование смолистых отложений и нагара на днище поршней и поршневых колец. Высокая концентрация препарата в масле, по данным разработчиков, может вызвать изменение свойств базового смазочного масла.

Металлокерамические ремонтно-восстановительные составы [3]. Это так называемые трансформационно-упрочняемые материалы на основе диоксида циркония частично стабилизированного оксидом иттрия. Наиболее известные импортные продукты голландской фирмы «P.M.Xeramic» Из отечественных металлокерамических препаратов находят применение в ряде отраслей промышленности «Трибо» Российской фирмы «Технопарк» г. Новосибирск, «Живой металл» фирмы «Фокар» г. Санкт-Петербург, ремонтно-восстановительный состав «РВС» научно-производственной фирмы «Проблемы трения и износа» г. Москва, металлокерамический препарат, разработанный научно-производственным объединением «Руспромремонт», именуемый как «RVS technology» г. Санкт-Петербург.

Препарат «RVS technology» обеспечивает выборочное наращивание металлокерамического слоя в наиболее изношенных местах деталей двигателей [4]. По химическому и фазовому составу препарат представляет собой классический магнезиально-железистый силикат (серпентин), являющийся формой целого ряда минеральных руд класса оливинов, конечными фазами которого являются форстерит (Mg2Si0₂) и (Fe2Si0₄). Указанные минералы кристаллизуются в ромбической сингонии, являются изоморфными. При этом в ряду серпентинов магний всегда частично замещен закисью железа. Восстановление и упрочнение подвижных соединений металлокерамическими материалами осуществляется за счет формирования на поверхностях трения структур повышенной прочности, подавления процессов водородного изнашивания и охрупчивания металла, повышения термодинамической устойчивости системы поверхность трения — смазочный материал. Поверхностно активные вещества (ПАВ) металлокерамического восстановителя, например, СПФ «Живой металл» после введения в системы двигателя подготавливают поверхности трения химически (катализ) и физически (суперфиниш), очищая их от нагара, оксидов и отложений и создавая условия образования ювенильной поверхности, при которой возможно образование металлической связи.

В очищенную таким образом зону трения внедряется вместе с катализатором металлокерамические частицы, зона контакта обедняется водородом, а поверхностные слои изменяют свою структуру и прочность увеличивается. С наработкой на поверхностях трения формируется органометаллокерамическое покрытие, частично восстанавливающее дефекты поверхности трения и обладающее высокими антифрикционными и прогивоизносными свойствами.

По данным источников [3] при применении выше описанных препаратов тмечается ряд характерных особенностей:

- при наличии в смазочных маслах полимерсодержащих присадок или слоистых материалов (дисульфита молибдена, графита и др.) эффективность РВС резко снижается;

- положительный эффект отмечается в основном на высоконагруженных стальных поверхностях, имеющих высокую твердость;

- РВС могут увеличивать износ хромированных поршневых колец в паре трения «хром-чугун» в два раза по сравнению с базовым вариантом, а также износ пары трения «вкладыш - шейка коленчатого вала» (данные исследований триботехнической лаборатории фирмы «ВПМАвто» г. Санкт-Петербург);

-при обработке двигателя наблюдается выделение свободной воды , которая, разлагаясь, способствует водородному изнашиванию деталей;

- отмечается нарушение температурной стабильности обработанного двигателя, вследствие дополнительного теплового сопротивления

металлокерамического слоя отводу тепла от поршня через поршневые кольца;

- наряду со снижением концентрации окиси углерода и углеводорода в отработавших газах, наблюдается почти двух кратное увеличение выхода окислов азота.

Учитывая положительные и отрицательные стороны влияния металлокерамического РВС на процесс трения в механизмах машин, на кафедре технического сервиса, механики и электротехники ОмГАУ им. П.А.Столыпина проведены исследования с целью определения возможности применения РВС в качестве средства, способствующего снижению интенсивности изнашивания деталей автотракторных двигателей в процессе их эксплуатации и ремонта [5].

Эксперименты проведены с применением РВС типа «RVS technology».

Результаты показывают, что с увеличением удельной нагрузки на опытные образцы и скорости скольжения износ возрастает; влияние температуры масла на износ опытных образцов с добавкой РВС- незначительное. В первые 6 часов работы ДВС износ образцов в опытном варианте уменьшился в 3,4 раза по сравнению с контрольным вариантом.

Геомодификаторы трения — ГМТ. Ремонтно-восстановительные препараты на базе минеральных порошков (геомодификаторы трения — ГМТ) один из перспективных на данный момент класс добавок в систему смазки автомобиля для повышения износостойкости ДВС. Действие РВС, содержащих минеральные присадки, базируется на уникальных свойствах порошка серпантивита (змеевика). Теоретические разработки в области классификации природных минералов, как модификаторов трения провел один из ведущих минерологов страны академик РАЕН, профессор В.В. Зуев . На основе разработанной им теории энергоплотности веществ он предложил использовать в качестве ГМТ целый ряд природных материалов, а также синтезировать искусственные кристаллы.

Геомодификаторы, попадая в зону трения, вносят структурные изменения в поверхность трения и способны модифицировать ее в триботехнически выгодном направлении. Принципиальное отличие ГМТ от других добавок заключается в том, что в триботехническую систему вносится вещество, инициирующие самоорганизующиеся процессы [6,7]. Если остальные добавки направлены на разделение трущихся поверхностей третьим телом (мягкими металлами, длинными углеводородными цепочками, синтезированной пленкой), то ГМТ помогает триботехнической системе самой «определиться», какой должна быть структура поверхности, высота модифицированной структуры, шероховатость, волнистость и т.д. Эти сложные трибохимические процессы до конца не изучены, но ясно, что они зависят от целого ряда таких факторов, как режим работы узла трения (удельные нагрузки, скорость скольжения, цикличность), материалы пары трения, характеристики смазочного материала, характеристики геомодификаторов. Результатом этих процессов должен стать модифицированный слой, который отличается от исходного оптимальной волнистостью, шероховатостью, структурой с максимальным числом свободных связей, что обеспечивает значительно большую маслоудерживающую способность.

Основными преимуществами геомодификаторов трения являются:

-способность создавать динамические защитные пленки, образованные тонкодисперсными продуктами износа и самого геомодификатора в виде квазисжиженного слоя, что позволяет многократно снижать скорость изнашивания узлов трения;

-смещение характеристик ближе к гидродинамическому трению и, следовательно, снижение механических потерь;

-химическая, электрическая нейтральность и экологическая чистота природного продукта;

-при неизменном спектре режимов работы узла трения модифицированный слой сохраняется вплоть до термоциклического усталостного разрушения.

Наиболее отличительным свойством геомодификаторов трения является возможность восстановления узлов трения двигателей, механизмов и устройств за счет инициирования самоорганизующихся трибопроцессов в направлении восстановления физических связей поверхностного слоя с тонкодисперсной средой основного материала в смазочной среде двигателей внутреннего сгорания, механизмов и устройств.

Эпиламные и металлоорганические антифрикционные восстанавливающие составы. Действие эпиламных (эпиламоподобных) антифрикционных препаратов построено на базе формирования эпиламных слоев на всех поверхностях трения двигателя. В зоне трения под воздействием высоких контактных давлений и температур реализуется механизм локальных поверхностных реакций, при котором «съедаются» выступы шероховатостей. Продуктами реакции (соединениями металлов) заполняются впадины шероховатостей и дефекты поверхности, образовавшиеся в процессе эксплуатации силового агрегата. Испытания показали, что чистота поверхности после формирования упрочненного слоя на 60 — 80% выше, чем до обработки, при этом резко возрастают поверхностная твердость и износостойкость покрытия [8,9]. Кроме того, формируется специальная микроячеистая «сотовая» структура, способствующая удержанию масла. Действие эпиламов давно известно в металлообработке, где эпиламо образующие присадки используются для увеличения ресурса металлорежущего инструмента и скорости обработки деталей. Таким образом, эпиламный износостойкий антифрикционный слой формируется на атомарном уровне и является, по сути, структурой кристаллической решетки металла, что определяет высокую прочность слоя. Он формируется один раз, при начальной обработке, и в дальнейшем не требует присутствия препарата в масле. Аналогичный эффект может быть достигнут за счет ввода в состав присадок поверхностно-активных веществ различной природы — галогенов (классическое эпиламообразующее вещество — фтор) или органических соединений. В последнем случае защитный слой образуется металлоорганическими соединениями, близкими по свойствам к классическим эпиламам. Препараты этой группы достаточно редки на нашем рынке. Они существенно дороже материалов других групп, однако, как показали исследования, за исключением некоторой нестабильности результатов обработки, никаких отрицательных последствий для двигателя применение этих препаратов за собой не влечет.

Заключение

Среди большого разнообразия препаратов, предлагаемых производителями, для многих проявление избирательного переноса не характерно. Восстановительный эффект проявляется и сохраняется ограниченное время, препарат рекомендуется применять при каждой замене масла. Полимеросодержащие препараты покрывают трущиеся поверхности деталей , которое постепенно шаржируется частицами износа и приводит к усилению изнашивания.

Геомодификаторы трения восстановливают узлы трения двигателей, механизмов и устройств за счет инициирования самоорганизующихся трибопроцессов в направлении восстановления физических связей поверхностного слоя с тонкодисперсной средой основного материала в смазочной среде двигателей внутреннего сгорания, механизмов и устройств.

При использовании эпиламных составов формируется специальная микроячеистая «сотовая» структура, способствующая удержанию масла, а износостойкий антифрикционный слой формируется на атомарном уровне и является, по сути, структурой кристаллической решетки металла, что определяет высокую прочность слоя.

Эффективность применения РВС повышается при равномерном распределении частиц препарата в объеме моторного масла, которое можно создавать путем ультразвуковой обработки масла. Препарат целесообразно применять в процессе приработки двигателя.

Список литературы

1.Крагельский И. В. Трение и износ / И. В. Крагельский. – М.: Машиностроение, 1968 -480 с.

2.Гаркунов Д. Н. современные проблемы триботехники и ее общественная значимость/ Ремонт, восстановление, модернизация. 2007. №6. С. 2-4.

3.Балабанов В. И. Нанотехнологии. Наука будущего / В. И. Балабанов.-М.: Эксмо. 2009.-256с.

4.Большов Л. Н., Смрнов Н. В. Таблицы математической статистики. –М.: Наука 1965.-474с.

5.Евдокимов Ю. А. Планирование и анализ эксперимента при решении задач трения и износа.

6.Погодаев Л.И. Кузьмин В.Н., Дудко П.П. Повышение надежности трибосопряжений. СПб.: Академия транспорта РФ, 2001. -304 с.

7.Парай - Кошиц М.А. Основы структурного анализа химических соединений. М.: Высшая школа, 1989. - 192 с.

8.Заславский Ю.С., Заславский Р.Н. Механизм действия противоизносных присадок к маслам. М.: Химия, 1978. — 167 с.

9.Маликов И.И, Применение твердых смазок при эксплуатации и ремонте лесозаготовительной техники. М.: Лесная промышленность, 1979. -221 с.

SUMMARY

I. N. Safonov

Remedial compounds for maintenance and repair of internal combustion engines

Annotation. The article describes the kinds of repair and refurbishment composition and characteristics of their interaction with the lubricant and metal machine parts. The peculiarities of the effect of additives in class and other factors on the formation of a protective layer and restore Partenit.

Keywords: wear process, wear-resistance, repair-recovery composition, metal-ceramic cover, operation and maintenance, repair, wear-in.

 

7

 

Код для цитирования: Скопировать