Введение к работе
Актуальность работы.
Развитие современного автотракторостроения, транспортного машиностроения неразрывно связано с совершенствованием конструкции и ростом мощностей двигателей внутреннего сгорания. Срок службы тракторов, бульдозеров, трубоукладчиков, которые широко используются при сооружении скважин и строительстве газонефтепроводов, а также подвижного состава железнодорожного транспорта, судов морского и речного флота, грузовых и легковых автомобилей во многом определяется износостойкостью тяжелона-груженных трибосопряжений. В ДВС - это прежде всего износ деталей ци-линдропоршневой группы, вкладышей, пары кулачок-толкатель механизма газораспределения.
Повышение срока службы ДВС, экономия горюче-смазочных материалов и защита окружающей среды является важной технической задачей. Одним из основных факторов при этом является износостойкость подвижных сопряжений, зависящая не только от металлофизических характеристик поверхностей трения, но и от свойств смазочного материала.
Большой вклад в изучение проблем трения и изнашивания подвижных сопряжений и разработку методов повышения срока службы трибосопряжений машин и оборудования внесли отечественные ученые: Буше Н.А., Гаркунов Д.Н., Горячева И.Г., Дроздов Ю.Н., Колесников В.И., Крагельский И.В., Матвеевский P.M., Михин Н.М., Семенов А.П., Сорокин Г.М., Хрущев М.М., Чичинадзе А.В. и др.
В условиях физико-химического взаимодействия смазочного материала с поверхностностью металла при трении подвижных сопряжений одним из направлений повышения их износостойкости является трибомодифи-кация поверхностей трения формированием металлсодержащих антифрикционных и противоизносных пленок. Анализ технической литературы свидетельствует о том, что на основе достижений триботехники предложены металлсодержащие смазочные композиции к моторным маслам для увеличения срока службы только одного конкретного трибосопряжения ДВС.
Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение износостойкости тяжелонагруженных подвижных сопряжений ДВС и снижение в них потерь на трение за счет трибомодификации зоны трения формированием металлсодержащих пленок при различном сочетании материалов и внешнего трения.
Основные задачи исследования:
Разработка маслорастворимой оловосодержащей смазочной композиции к моторным маслам, обеспечивающей формирование металлсодержащих пленок на поверхностях трения пары алюминиевый сплав-сталь - алюминийсодержащей, а в парах сталь-сталь, чугун-сталь - оловосодержащей.
Выполнение экспериментальных исследований основных закономерностей процессов трения и изнашивания металлических пар в моторных маслах.
Исследование изменений характеристик микрогеометрии поверхностных слоев трибосопряжений, изношенных в моторных маслах.
Изучения состава, строения и толщины металлсодержащих пленок на поверхностях трения металлических пар, работавших в смазочных материалах с привлечением рентгеноспектрального и послойного рентгенофотоэлектронного метода анализа.
Разработка практических рекомендаций по повышению износостойкости тяжелонагруженных подвижных сопряжений ДВС и проведение стендовых испытаний износостойкости цилиндропоршневой группы.
Научная новизна:
Разработана маслорастворимая металлсодержащая смазочная композиция к моторным маслам, обеспечивающая трибомо-дификацию зоны трения подвижных сопряжений формированием металлсодержащих защитных пленок при различном сочетании материалов и внешнего трения.
Трибомодификация поверхностей трения металлических пар в моторных маслах обеспечивает снижение коэффициента трения и повышение износостойкости подвижных сопряжений в широком диапазоне удельных нагрузок, скоростей скольжения, вязкости материалов, твердости образцов, а также увеличение контактной выносливости тел качения.
Установлено, что при изнашивании пары алюминиевый сплав-сталь в моторном масле с оловосодержащей смазочной композицией на поверхностях трения образуется защитная алюминийсодержащая пленка, а при работе пар сталь-сталь, чугун-сталь - оловосодержащая пленка, наличие которых ведет к повышению качества поверхностных слоев трибосопряжений.
Установлен элементный состав, строение и толщина защитных пленок на поверхностях трения металлических пар, работавших в моторных маслах с привлечением рентгеноспек-
трального анализа и метода рентгенофотоэлектронной спектроскопии.
Практическая ценность:
Предложена маслорастворимая оловосодержащая смазочная композиция к моторным маслам, которая обеспечивает формирование на поверхностях трения подвижных сопряжений металлсодержащих защитных пленок и способствует снижению коэффициента трения и, как следствие, повышению износостойкости трибосопряжений при различном сочетании материалов и внешнего трения.
Проведены стендовые испытания износостойкости пары кольцо-гильза, которые показали значительное снижение интенсивности изнашивания, коэффициента трения, а также повышение качества поверхностного слоя при образовании на поверхностях трения оловосодержащей защитной пленки по сравнению с работой металлических пар в базовом моторном масле.
Разработаны практические рекомендации по оптимальным эксплуатационным режимам, твердости элементов подвижных сопряжений, вязкости смазочных материалов, обеспечивающих трибомодификацию поверхностей трения, работающих в моторных маслах, которые приняты рядом организаций для использования в практической работе.
Методы исследования.
Трибологические испытания моторных масел в режиме трения скольжения выполняли на модернизированной машине СМЦ-2, в режиме трения качения на 4-х шариковой машине «Plint». Исследования процессов трения и изнашивания пары кольцо-гильза выполняли на 8-ми-позиционной установке возвратно-поступательного движения.
Изменения характеристик микрогеометрии поверхностных слоев подвижных сопряжений изучали с использованием профилографа-профилометра, приборов «Тейлеронд» и «Цензор».
Изучение элементного состава, строения и толщин защитных пленок на поверхностях трения трибосопряжений выполняли с привлечением рентгеноспектрального анализа и метода рентгенофотоэлектронной спектроскопии (ЭСХА).
Апробация работы.
Основные результаты научно-исследовательской работы были представлены на:
1. Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии». Самара, 2007 г.;
-
Международной научно-технической конференции по динамике технологических систем. Ростов-на-Дону, 2007 г.;
-
Международной научно-технической конференции «Трибология - машиностроению». Москва, 2008 г.;
-
заседании кафедры износостойкости машин и оборудования и технологии конструкционных материалов. Москва, 2009 г.;
-
Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения». Самара, 2009 г.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 9 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, а также включает приложение и список литературы из 97 наименований. Объем работы составляет 145 страниц, 66 рисунков, 7 таблиц.
