Наши партнеры ArtmMisto
Вивченням процесів взаємодії тіл при їх відносному переміщенні займається розділ фізики, який називається «трибология», від грецького слова «трибо», що означає тертя. На мікрорівні тертя є складним поєднанням фізико-хімічних процесів, протікання кожного з яких залежить від безлічі факторів і не може бути представлено за допомогою простих моделей класичної механіки.
У більшості вузлів і агрегатів автомобіля тертя деталей одна об одну відіграє негативну роль, знижуючи ККД вузла. У двигунах, коробках передач, редукторах, підшипниках тертя призводить до втрати енергії і є основною причиною зносу деталей. Для зменшення негативних ефектів тертя в більшості вузлів машин і механізмів використовується мастило. При цьому мається на увазі, що і деталі і мастило працюють в діапазоні деяких прийнятних умов по навантаженнях, температурі, якості початкової обробки поверхонь та інших параметрів.
Однак, навіть при дотриманні діапазону експлуатаційних параметрів відбувається знос деталей тертя, що призводить до зниження робочих характеристик агрегату. При виході ж за межі нормального режиму тертя, наприклад, при холодному пуску двигуна, перевантаженнях або спортивному режимі їзди, виникає перегрів, захисні функції мастила різко знижуються, в результаті, значно збільшується швидкість зношування, що може привести до задиру - механічного пошкодження поверхні тертя.
Триботехнології «Супротек» - це комплекс знань, методів та інструментів, що дозволяють змінювати процеси тертя в автомобільних агрегатах в режимі їх штатного використання. Ці зміни сприяють зниженню енерговитрат при роботі агрегату і продовження терміну його служби з підтриманням номінальних робочих характеристик. На малюнку 1 показаний принцип продовження ресурсу двигуна легкового автомобіля.
Принцип продовження ресурсу двигуна легкового автомобіля за допомогою трібосоставов. Верхній графік показує швидкість зношування поверхні. Біла лінія - стандартна схема. Зношування відбувається активно на етапі підробітки поверхонь, а потім зношується з постійною швидкістю, поки знос не досягне критичної позначки. При обробці трібосоставом швидкість зношування можна знизити (червона лінія).
На нижньому графіку показана величина зносу. У стандартному випадку (біла лінія) знос збільшується рівномірно і постійно. При обробці трібосоставом (червона лінія) знос збільшується повільніше, що видно по зміні кута нахилу лінії графіка до осей. Це дозволяє збільшити загальний ресурс деталі.
Існує цілий спектр рішень, що дозволяють в тій чи іншій мірі захистити вузли тертя. Це різні добавки, які вносяться в мастильну середу, наприклад, в'язкі, протизносні або протизадирні присадки в масло, добавки порошку графіту в мастило для важко навантажених вузлів, склади на основі м'яких металів, як у вигляді дрібнодисперсних частинок сплавів, так і у вигляді маслорастворімих з'єднань.
Серед застосовуваних засобів окремою групою виділяються ті, які мають властивості післядії, їх ефект зберігається після зміни основного мастильного матеріалу. Основна частина цієї групи - склади на основі дрібнодисперсних природних мінералів, які отримали в середовищі трибологов назву «Геомодифікатори тертя». Цей принцип використовують і триботехнические склади «Супротек».
Лінія з виробництва тріботехнічеських складів «Супротек»
Перші триботехнические склади на основі ГМТ використовували добре відомі властивості мінералу з сімейства серпентінов і представляли собою просто його порошки в маслі. Подібні склади і досі з'являються на ринку, правда, в дуже обмежених кількостях. Триботехнології «Супротек» так само починалася з дослідження серпентину. Однак, за 15 років існування компанії були проведені значні дослідження властивостей ГМТ і механізмів їх роботи. Розроблено фізичні і математичні моделі роботи ГМТ, залежно їх ефективності від гранулометричного і фазового складу порошку, досліджені властивості різних природних мінералів. В результаті цих досліджень було розроблено нове покоління трібосоставов, що використовує 7 видів найбільш активних мінералів: тальк, доломіт, клінохлор, Лізард, антигорить, хлорит, тремоліт. З мільйонів можливих комбінацій цих мінералів було відібрано кілька десятків, що мають найбільшу ефективність, розроблені технології їх застосування у вузлах тертя різного типу, що працюють в широкому спектрі можливих швидкостей і навантажень.
Зразки різних композицій активних мінералів в лабораторії «Супротек»
Дослідження принципів роботи ГМТ вимагає високої наукової компетенції і великих ресурсів для проведення величезного числа лабораторних, стендових і натурних випробувань. На сьогоднішній день в компанії сформована концепція геомодіфікаціі тертя, що включає три умовно послідовні етапи впливу на поверхні тертя:
1. Видалення забруднень і дефектного шару з поверхні металу. На цьому етапі відбувається і руйнування відкладень, нагару, лаків та інших забруднень, з якими стикаються частинки Геомодифікатори. Ці частинки так само створюють умови для виникнення високих локальних тисків в зоні контакту поверхонь тертя що призводить до руйнування металевих мікровиступів поверхні. Таким чином в вузлі тертя відбувається Суперфінішна обробка поверхні, яка коригує похибки і негативну спадковість фінішної обробки деталі, неточності зборки вузла, а іноді і недосконалість його конструкції. Такі похибки в результаті процесів тертя в експлуатаційному режимі агрегату призводять до не оптимальною рівноважної шорсткості.
Дана властивість дозволяє використовувати ТТС для «моточісткі» ЦПГ сильно забруднених ДВС (зазвичай дизельних), а також для прискореної і поліпшеною підробітки нових і відремонтованих агрегатів всіх типів ( ДВС , КПП, АКПП , ГУР , редукторів та ін.)
Результати численних експериментів показують істотне зниження середньостатистичної величини піків оброблюваної поверхні, що призводить до збільшення опорної площі профілю поверхні і, відповідно, зниження питомої тиску. Формується плосковершінних мікрорельєф, при збереженні в той же час маслоудержівающего обсягу поверхні (природних і штучних поглиблень).
Така триботехнические оптимізація мікрорельєфу підвищує несучу здатність трібоузла і розширює зону його роботи в режимі гідродинамічного тертя, де зношування і втрати на тертя - малі. Це особливо важливо для всіх агрегатів автомобіля, що працюють в режимах підвищених навантажень , При холодному пуску ДВС, в умовах масляного голодування.
Фрагменти профілю мікрорельєфу поверхні циліндра в зоні верхньої мертвої точки в площині перекладки поршня.
2. Другий етап полягає в зміні параметрів і властивостей поверхні тертя. Ці зміни відбуваються в результаті цілого комплексу різних за своєю природою процесів. Деякі з них впливають на структуру і фазовий склад підповерхневих шарів металу. Частинки модифікатора, що знаходяться в зонах високих локальних температур, що досягають сотень градусів, сприяють виникненню в підповерхневому шарі деталі значного градієнта температури і тиску.
Експериментально встановлено, що при таких впливах модифікатора тертя в підповерхневих шарах пари тертя відбувається витягування зерен сплаву в напрямку руху деталей, створення блоків (доменів) нових фаз сплаву.
Знімок поперечного шліфа ролика, приробили на машині тертя із застосуванням тріботехнічеських складів, під мікроскопом. У приповерхневої області спостерігаються протяжні домени розміром 50-200 нм, орієнтація яких наближається до горизонтальної поблизу поверхні. Такого зміни орієнтації доменів не спостерігалося в зразках тертя без трібосоставов. На нижньому знімку протяжні структури підкреслені червоними лініями. Початкова структура доменів відзначена білим.
Знижується кількість дефектів структури металу, таких як межзеренного порожнини, які є концентраторами напруги, а, значить, знижується ймовірність відшаровування і викришування частинок металу з поверхні в процесі втомного зношування.
Знімок поперечного шліфа ролика машини тертя, приробили на чистому маслі (зліва) і з застосуванням трібосоставов «Супротек» (праворуч). В останньому випадку кількість межзеренного дефектів на порядок менше.
Нова структура, що складається з твердих включень в оточенні м'якої матриці, має стійкість до високої локальної навантаженні, і за рахунок присутності м'якої фази - зниженою крихкістю.
Зміцнення підповерхневих структур забезпечує зниження швидкості зношування вузлів у всіх режимах тертя, що призводить до значного збільшення ресурсу роботи всього агрегату (триботехнический склад «Active») . А все ж наявний невеликий знос може бути компенсувавши періодичним відновленням підповерхневих структур ( склад «Регуляр» ).
Інші процеси сприяють формуванню особливих структур на поверхні тертя, що складаються з частинок зносу металевих деталей і продуктів трібополімерізаціі, що проходить на кордоні середовищ. В цьому випадку хіміко-структурні особливості активних мінералів ГМТ, дозволяють їм в умовах локальної температури, тиску і певного співвідношення хімічних елементів надавати каталітична дія, що викликає формування нового поверхневого шару.
Це формування відбувається настільки інтенсивно, наскільки дозволяють умови в кожній конкретній зоні поверхні тертя, кожного конкретного вузла. Загальний принцип полягає в тому, що чим більше енергії виділяється в локальній зоні контакту в процесі тертя, тим активніше формується там новий шар, і навпаки. Численні виміри деталей до і після застосування Геомодифікатори «Супротек» показують, що зміни лінійних розмірів деталей тертя за рахунок новоствореного шару може досягати декількох десятків мікрометрів.
Сформований шар в сукупності з оптимальним мікрорельєфом поверхні забезпечують відновлення гідроплотності (газощільних) трибосопряжений ЦПГ ДВС ( триботехнический склад «Active» ), Плунженрих пар паливних насосів високого тиску ( склад «ТНВД» ), АКПП , Насосів та інших гідросистем .
3. На третьому етапі Геомодифікатори сприяють активізації трибохимических реакцій на межі поділу масло-метал. Завдяки цьому на металевій поверхні формується мастильна плівка з 3-5 молекулярних шарів щільно розташованих полярних молекул масла і хімічних присадок. Ця плівка має величезну міцність до вертикальної навантаженні і перешкоджає контакту метал-метал в зонах фізичного контакту навіть при екстремальних і імпульсних навантаженнях.
Цей шар залишається на поверхнях тертя і після нічної стоянки, коли основне масло із зони тертя утекло (холодний пуск), і в умовах перегріву зони тертя, коли масло в обсязі вже втратило необхідну в'язкість і не забезпечує поділ поверхонь і несучу силу гідродинамічного клину ( робота без масла, перевантаження ).
У реальному процесі підробітки вузла тертя в присутності ГМТ всі три етапи відбуваються одночасно, з різною інтенсивністю в різних місцях зони тертя. Співвідношення інтенсивності процесів залежить від типу вузла тертя і його матеріалів, режимів його експлуатації, індивідуальної історії, а, значить, стану поверхонь і інших мікро-, мезо-, і макропараметрамов системи одночасно. Протікають ці процеси одночасно на всіх масштабних рівнях - від атомного до макрорівня, протікають розгалужено і поступово, в певні моменти часу домінують різні механізми, і практично не піддаються безпосередньому спостереженню. При такій складності досліджуваної системи неможливо створити точні моделі взаємодії всіх її компонентів, а, значить, і точно прогнозувати результати. В процесі відновлення з застосуванням ГМТ можна лише визначити найбільш ймовірний інтервал характеристик трибосистеми після підробітки.
З іншого боку, величезний масив емпіричних даних, накопичених компанією «Супротек» в області дослідження ГМТ показує, що модифікація поверхонь тертя з їх допомогою відбувається з виконанням принципу Ле Шательє-Брауна про прагнення системи до стійкого рівноваги. Результатом стає оптимальний для трибосистеми мікрорельєф з точки зору, як втрат при терті в штатному режимі роботи, так і стійкості системи до різких змін умов тертя: локальним або короткочасних перевантажень.
У загальному вигляді мікрорельєф поверхні описується кривої Аббота, за характером якої можна впевнено судити про здатності навантаження вузла тертя, його стійкості до зношування та задирам, його антифрикційним властивостям. У сучасному машинобудуванні для практичних інженерних цілей (проектування вузла, контроль якості виготовлення) використовується 12 основних параметрів, які, по суті, задають діапазон можливих змін кривої Аббота. Значення цих параметрів специфіковані в міжнародному стандарті ISO 13565-2: тисячі дев'ятсот дев'яносто вісім.
Характер зміни кривої Аббота-Файєрстоуна, яка описує мікрорельєф поверхні тертя до (біла лінія) і після (червона лінія) обробки триботехническими складами. Вирівнюється поверхня опорної зони, зменшується висота піків. Світлим позначена зона допустимих параметрів по ISO 13565-2.
Відстеження змін цих 12 параметрів мікрорельєфу в ряді експериментів показало, що навіть сучасні вироби, виготовлені згідно з вимогами стандарту ISO 13565-2, покращують свою мікрогеометрію в сторону підвищення триботехнічних властивостей в процесі підробітки вузлів з ГМТ. Поверхня тертя втрачає провокують прямий контакт піки, відбувається «вигладжування» і збільшення площі опорного плато, що призводить до зниження питомої тиску і зміщення режиму тертя від граничного до гідродинамічного. Цим же режимам, які характеризуються низькими швидкостями зношування і малими втратами на тертя, сприяє і купується поверхнею здатність утримувати щільний шар мастила. Протистояти зносу допомагають і підповерхневі зміни, що виникають при використанні ГМТ, які збільшують мікротвердість поверхні на 15-20% з одночасним підвищенням мікроупругості. Все це призводить до істотного збільшення терміну служби деталей тертя і всього агрегату в цілому.
Випробування показали:
<p "> Ресурс двигуна 740.30-260 КАМАЗ 65115 обробленого триботехнические складом« МАХ ДВС »Збільшився в 1,9-2 рази по групі деталей визначальною ресурс всього двигуна - гільзам блоків циліндрів Детальніше...
При додавання трібосостава «МАКС МКПП» в мастило головного редуктора в 2-2,5 рази знижується знос підшипників, а зуби шестерень - в 6 разів (зміна бічного зазору) Детальніше...
Оптимізація зазорів і зміщення режиму тертя в сторону гідродинамічного дає і цілий спектр інших, більш відчутних позитивних ефектів в роботі механізмів при застосуванні тріботехнічеських складів «Супротек». Залежать ці макроефекту від конкретного типу вузла, його характеристик і умов роботи. Наприклад, в циліндро-поршневої групи двигуна відновлюється газо- і гідроплотность сполучень робочої зони, що призводить до відновлення і вирівнювання значень компресії циліндрів ( склади «Active» , «МАКС» , «Off-road» ). У зубчастих передачах збільшуються плями контакту зубів і якість поверхні, оптимізується траєкторія контакту. Зі зменшенням зазорів зменшуються ударні явища, передачі працюють плавно, без виття, з низькими втратами (склади «МКПП», «Редуктор» ).
У загальному випадку відбувається повернення робочих характеристик агрегату, закладених при його проектуванні і виготовленні, знижуються втрати на тертя, що в кінцевому підсумку призводить до зменшення питомої витрати палива при експлуатації автомобіля.
За результатами експертизи журналу «За кермом» (№5 2009) питома витрата палива на випробуваному двигуні знизився на 7,9%, а потужність збільшилася на 6,2% ( стаття 1 і стаття 2 )
З наведеного вище опису принципу роботи трібосоставов «Супротек» зрозуміло, що досягнуті зміни у властивостях поверхонь тертя не вимагають постійної присутності ГМТ в мастилі. Після закінчення процедури обробки поверхня здатна зберігати новопридбані властивості протягом тривалого періоду часу. Іншим важливим аспектом є те, що ефективність ГМТ не залежить від типу або якості застосовуваної в агрегаті мастила. Трібосостави однаково успішно модифікують поверхні тертя двигуна, перебуваючи в будь-якому типі моторного масла, допустимого для використання з конкретною маркою двигуна.
Проведені в компанії дослідження і розроблені фізичні моделі роботи тріботехнічеських складів на основі ГМТ відповідають сучасним науковим уявленням про процес тертя і зношування вузлів машин і механізмів. Вони дозволили створити серію високоефективних трібосоставов, які отримали визнання споживача.
Зараз в R & D центрі компанії ведуться дослідження фізики тертя наступного більш глибокого рівня, що дають нове більш точне розуміння того, що відбувається в вузлах тертя. Одночасно з цим ведуться прикладні дослідницькі проекти по розробці нових складів і технологій їх застосування в обслуговуванні промислового та енергетичного обладнання, суднового та ж / д транспорту. Для автомобілів ведуться дослідження синергії застосування тріботехнічеських складів і різних продуктів автохімії, в тому числі присадок і добавок до маслу різного походження. Розробляються методики комплексного обслуговування автомобіля всіма продуктами компанії. Ці зусилля необхідні для виробництва ефективних і безпечних продуктів.
