Влияние геоматериалов на триботехнические свойства пар трения

1. Введение

Современное машиностроение характеризуется сложными условиями эксплуатации машин, связанными с высоким уровнем действующих напряжений, вибрациями, широким температурным интервалом, агрессивными средами и т.п. Поэтому необходимо соблюдение особых требований к материалам, в частности высокой надежности и долговечности деталей, из которых они выполнены. Материалы деталей, находящихся в условиях трения, должны обладать высокой износостойкостью. По статистике большинство машин (85-90%) выходят из строя в результате износа поверхностей деталей. Затраты на ремонт и техническое обслуживание машины в несколько раз превышают ее стоимость. Чтобы решить вопросы повышения износостойкости трибообъектов необходимо стремиться к управлению процессом трения - грамотно подбирать материалы по трению и износостойкости, рационально конструировать подвижные сопряжения и оптимизировать условия эксплуатации.

Большое количество вариантов протекания процессов в зоне трибоконтакта при высоких температурах, сложных физико-химических и тепловых реакций, а также из-за невозможности непосредственно наблюдения за прохождением данных процессов, затрудняет управление процессами трения в трибоконтакте. Поэтому сейчас наиболее перспективными направлениями повышения износостойкости являются те направления, которые связаны с эффектами самоорганизующихся процессов.

Одним из таких направлений является «Безразборное восстановление» это не просто возврат (введение) в зону трения изношенного конструкционного материала, а комплекс мероприятий по очистке и регулировке всей машины или агрегата, восстановлению свойств смазочного материала и конечно же, по частичному восстановлению поверхности пар трения, прежде всего на нано и микроуровне. В ряде случаев, при обработке различных пар трения - этого достаточно для полного или частичного восстановления соединений до номинальных или ремонтных геометрических размеров с одновременным повышением их трибологических свойств. Суть метода - это введение в масло различных добавок, минеральных модификаторов поверхности трения (в дальнейшем ММПТ), которые при тех или иных условиях эксплуатации трибообъекта снижают коэффициент трения, повышают прочность, а в ряде случаев наблюдается прирост массы, что свидетельствует об восстановлении и значительном повышении ресурса трущихся деталей.

Улучшить данный метод возможно путём добавления в смазочную композицию тонкодисперсных абразивных включений, которые производят микрошлифовку и очистку поверхности трения, от различного рода деструктивных отложений и окисных пленок, что в свою очередь позволит на «чистой - ювенальной?» поверхности сформировать более качественный металлокерамический защитный слой.

Данная дипломная работа посвящена изучению влияния геоматериалов на триботехнические свойства пар трения. В частности будет рассмотрено влияние абразивных включений на основе фулереноподобных материалов на триботехнические свойства антифрикционно -восстановительного состава ММПТ.

2. Литературная часть

.1 Геоматериалы

Горные породы - главный источник геоматериалов, которые используются во многих сферах науки и промышленности. Это природные образования более или менее определенного состава и строения, образующие в земной коре самостоятельные геологические тела.

В зависимости от условий формирования горные породы делят на три генетические группы:

. Магматические породы, образовавшиеся в результате охлаждения и затвердевания магмы;

. Осадочные породы, возникшие в поверхностных слоях земной коры из продуктов выветривания и разрушения различных горных пород;

. Метаморфические породы, являющиеся продуктом перекристаллизации и приспособления горных пород к изменившимся в земной коре физико-химическим условиям.

Минералы группы кремнезема. К минералам этой группы относят кварц. Он может находиться как в кристаллической, так и аморфной форме.
Кристаллический кварц в виде диоксида кремния SiО₂ - один из самых распространенных минералов в природе. Аморфный кремнезем встречается в виде опала SiО₂ x NH₂О. Кварц отличается высокой химической стойкостью при обычной температуре. Кварц плавится при температуре около 1700оС, поэтому широко используется в огнеупорных материалах.

Минералы группы алюмосиликатов - полевые шпаты, слюды, каолиниты. Полевые шпаты составляют 58% всей литосферы и являются самыми распространенными минералами. Разновидностями их являются ортоглаз и плагиоклазы. Ортоклаз - калиевый полевой шпат - K₂О x Al₂О₃ x 6SiО₂. Имеет среднюю плотность 2,57 г/см3, твердость - 6-6,5. Является основной частью гранитов, сиенитов. Плагиоклазы - минералы, состоящие из смеси твердых растворов альбита и анортита.

Альбит - натриевый полевой шпат - Na₂О x Al₂О₃ x 6SiО₂. Анортит - кальциевый полевой шпат - CaO x Al₂О₃ x 2SiО₂.

Плагиоклазы входят в состав кислых и основных горных пород.

Предел прочности полевых шпатов при сжатии составляет 120-170 МПа, что ниже прочности кварца. Они выветриваются под воздействием воды, содержащей углекислоту, в результате чего образуется каолинит.

Слюды - водные алюмосиликаты слоистого строения, способные расщепляться на тонкие пластинки. Наиболее часто встречаются два вида - мусковит и биотит. Мусковит - калиевая бесцветная слюда. Обладает высокой химической стойкостью, тугоплавка. Биотит - железисто-магнезиальная слюда черного или зелено-черного цветов.

Железисто-магнезиальные силикаты. Минералами этой группы являются пироксены, амфиболы и оливин. К пироксенам относят авгит, входящий в состав габбро, к амфиболам - роговую обманку, входящую в состав гранитов. Оливин входит в состав диабазов и базальтов. Продукт выветривания оливина - хризотил-асбест. Эти минералы являются силикатами магния и железа и имеют темную окраску. Они обладают высокой ударной вязкостью и стойкостью против выветривания.

В данной дипломной работе в качестве абразивных включений был применён шунгит. Смазочные композиции минеральных модификаторов поверхности трения были выполнены на основе серпентинитов.

2.1.1 Шунгит

Шунгит - уникальный природный материал. Он необычен по происхождению, структуре входящего в их состав углерода и структуре самих пород.

Шунгитовый углерод - это окаменевшая древнейшая нефть, или аморфный, некристаллизирующийся, фуллереноподобный (т.е. содержащий определённые регулярные структуры, см. ниже) углерод. Его содержание в породе около 30%, а 70% составляют силикатные минералы - кварц, слюды. Кроме углерода в состав шунгита входят также SiO2 (57,0%), TiO2 (0,2%), Al2O3 (4,0%), FeO (2,5%), MgO (1,2%), К2О(1,5%), S (1,2%).

История открытия шунгита необычна. Шунгит получил своё название в 1887 году от посёлка Шуньга в Карелии, расположенном на берегу Онежского озера. Сначала ученые думали использовать этот загадочный минерал как противогарное покрытие при производстве чугуна, как

Учёные объясняют уникальные свойства шунгита его необычной структурой. Шунгитовый углерод образует в породе матрицу, в которой равномерно распределены дисперсные силикаты со средним размером около 1 мкм. Свойства шунгитовой породы определяются двумя факторами: во-первых, свойствами шунгитового углерода, во-вторых, структурой породы, взаимоотношениями углерода и силикатов.

В конце двадцатого века ученые частично объяснили причины целебного действия шунгита. Этот минерал в основном состоит из углерода, значительная часть которого очень напоминает молекулы сферической формы - фуллерены.

.1.1.1 Фуллерены

Фуллерены - особая форма углерода, которая вначале была открыта в научных лабораториях при попытке моделировать процессы, происходящие в космосе, а позднее обнаружена в земной коре.

До недавнего времени считалось, что углерод имеет только три формы существования - алмаз, графит и карбин. Эти вещества отличаются своим строением. Каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших атома. Такая структура определяет свойства алмаза как самого твердого вещества, известного на Земле.

Атомы углерода в кристаллической структуре графита формируют шестиугольные кольца, образующие, в свою очередь, прочную и стабильную сетку, похожую на пчелиные соты. Сетки располагаются друг над другом слоями, которые слабо связаны между собой. Такая структура определяет специфические свойства графита: низкую твердость и способность легко расслаиваться на мельчайшие чешуйки.

В противоположность алмазу, графиту и карбину, фуллерен является новой формой углерода. Уникальность фуллерена в том, что молекула С₆₀ содержит фрагменты с пятикратной симметрией (пентагоны), которые запрещены природой для неорганических соединений. Молекула фуллерена является органической молекулой, а кристалл, образованный такими молекулами (фуллерит) -это молекулярный кристалл, являющийся связующим звеном между органическим и неорганическим веществом.

В фуллерене плоская сетка шестиугольников - графитовая сетка свернута и сшита в замкнутую сферу. При этом часть шестиугольников преобразуется в пятиугольники. Природой задана четкая последовательность этого соединения - каждый шестиугольник граничит с тремя шестиугольниками и тремя пятиугольниками, а каждый пятиугольник граничит только с шестиугольниками. Атомы углерода, образующие сферу, связаны между собой сильной связью.

Образуется структура - усеченный икосаэдр, который имеет 10 осей симметрии третьего порядка, 6 осей симметрии пятого порядка. Каждая вершина этой фигуры имеет трех ближайших соседей. Каждый шестиугольник граничит с тремя шестиугольниками и тремя пятиугольниками, а каждый пятиугольник граничит только с шестиугольниками .Каждый атом углерода в молекуле C₆₀ находится в вершинах двух шестиугольников и одного пятиугольника и принципиально неотличим от других атомов углерода. Атомы углерода ,образующие сферу, связаны между собой сильной ковалентной связью. Толщина сферической оболочки 0,1 нм, радиус молекулы С₆₀ 0,357 нм. Длина связи С-С в пятиугольнике - 0,143 нм, в шестиугольнике - 0,139 нм. Молекулы высших фуллеренов С₇₀ С₇₄, С₇₆, С₈₄ , С₁₆₄, С₁₉₂, С₂₁₆, также имеют форму замкнутой поверхности. Фуллерены с n< 60 оказались неустойчивыми, оказались неустойчивыми, хотя из чисто топологических соображений наименьшим возможным фуллереном является правильный додекаэдр С₂₀. При этом кристалл фуллерита имеет плотность 1,7 г/см ³, что значительно меньше плотности графита (2,3 г/см ³) и алмаза (3,5 г/см ).

Благодаря своему сетчато-шарообразному строению фуллерены оказались идеальными наполнителями и идеальной смазкой. Они катаются, словно шарики размером с молекулу между трущимися поверхностями. Комбинируя внутри углеродных шаров разные атомы и молекулы, можно создавать самые фантастические материалы будущего.

Фуллерены могут использоваться в нанотехнологии, медицине, ракетном строительстве, в военных целях, электронике, оптикоэлектронике, машинном производстве, в производстве технической продукции, компьютеров и др., и во всех случаях рабочие параметры оборудования значительно улучшаются, качество повышается, технологии становятся более эффективными и простыми. Например, американские исследователи учёные разработали технологию, которая позволяет на любую поверхность нанести тончайшие элементы солнечных батарей - они представляют собой многослойную полимерную пленку, содержащую все те же фуллерены. Такие элементы обладают пока примерно в четыре раза более низким коэффициентом полезного действия, чем традиционные батареи на основе кремния, но они значительно проще и дешевле в производстве. Возможно, уже в ближайшем будущем промышленность начнет выпускать солнечные батареи рулонами - как обои. В одном из университетов Швеции в ходе опытов с фуллеренами неожиданно для самих ученых был получен слоеный материал, напоминающий фольгу, проложенную тонкими слоями бумаги. Прозрачный и гибкий материал оказался магнитом и сохранял свои свойства даже при температуре свыше 200 градусов. Его вполне возможно использовать для создания компьютерной памяти с помощью записи лазерным лучом. Благодаря этому достигается очень высокая плотность носителя информации.

Основное препятствие - высокая цена искусственных изотопов. Стоимость фуллеренов самого высокого качества составляет около 900 долларов США за грамм, более низкого качества - около 40 долларов за грамм в зависимости от степени чистоты фуллеренов. Эти “недостатки” искусственных фуллеренов искупают фуллерены природные, которые были обнаружены в земной коре после открытия уникального вещества в научных лабораториях.

Впервые о земном существовании уникального вещества научный мир узнал после того, как один из бывших советских ученых исследовал в Аризонском университете (США) образцы карельских шунгитов, и, к удивлению, обнаружил там углеродные глобулы с фуллеренами. После этого и начался интенсивный поиск других пород, содержащих фуллерены, возникли вопросы об их происхождении на Земле.

Позднее земные фуллерены были найдены в Канаде, Австралии и в Мексике - и в каждой из этих стран они были обнаружены на местах падения метеоритов. При этом некоторые фуллерены были заполнены: внутри оболочек находились атомы гелия. Странным оказался тот факт, что фуллерены хранили не гелий-4 - изотоп, который обычно присутствует в земных породах, - а редкий для Земли изотоп гелий-3.

По мнению ученых такие фуллерены могли образоваться только в космических условиях, в так называемых углеродных звездах или в ближайшем их окружении. Удалось определить время появления исследованных фуллеренов на Земле. Кратер от падения канадского метеорита образовался около двух миллиардов лет назад, в архейскую эру, когда Земля еще была безжизненна. Другие фуллерены были обнаружены на границе отложений пермского и триасового периодов, их возраст оценен в 250 млн. лет. Именно тогда в Землю врезался гигантский астероид, вызвавший катастрофические разрушения.

Шунгит обладает высокой активностью в окислительно-восстановительных процессах, сорбционными и каталитическими свойствами и находится в тесном контакте с входящими в его состав силикатами. По данным работ выполненных в ВИМСе и Химико-технологическом университете им. Менделеева шунгитовый сорбент проигрывает активированному углю на первом этапе, в течение первых 250 часов, а в дальнейшем начинает очищать раствор с более высокой и постоянной скоростью. Это объясняется каталитическими свойствами шунгита, способностью каталитически окислять сорбируемые органические вещества.

Шунгит как сильный восстановитель поглощает кислород из воды. В процессе химического взаимодействия с этим кислородом образуется атомарный кислород, являющийся сильнейшим окислителем и окисляющий сорбированные органические вещества до CO2 и H2O и освобождающий поверхность шунгита для новых актов сорбции.

Длительное действие шунгита по отношению к растворенным металлам объясняется тем, что металлы переводятся шунгитом в форму нерастворимых карбонатов. Этому способствует процесс окисления органических веществ до CO2.

Такая структура и свойства шунгита определяют эффективность его использования в окислительно-восстановительных процессах:

·        в доменном производстве литейных (высококремнистых) чугунов;

·              в производстве ферросплавов;

·              в производстве фосфора;

·              в производстве карбида и нитрида кремния;

·              как наполнитель термостойких красок.

Именно сорбционные, каталитические и восстановительные свойства шунгитовых пород позволяют успешно очищать сточные воды от многих органических и неорганических веществ (нефтепродуктов, пестицидов, фенолов, поверхностно-активных веществ и др.).

Единственное месторождение шунгитовых пород - Зажогинское, находится в Медвежьегорском районе Республики Карелия в 5 км от судоходной губы Онежского озера. Производственная мощность предприятия по добыче и переработке шунгита - 200 тыс. тонн в год. Шунгитные запасы Зажогинского месторождения составляют 35 млн тонн. В настоящее время предприятие поставляет шунгит для доменного производства литейного чугуна, водоочистки и производства тонких порошков. При производстве литейного чугуна 1 тонна шунгита заменяет 1,3 тонны кокса. Использование шунгита обеспечивает глубокую очистку сточных вод от нефтепродуктов.

.1.1.2 Структура, состав и свойства шунгита

Шунгит - необычная углеродсодержащая порода. Её необычность - в структуре и свойствах шунгитового углерода и его взаимоотношениях с силикатными компонентами.

Шунгитовый углерод

Шунгитовый углерод - элементарный углерод со специфичной шунгитовой структурой. Основу её представляет многослойная глобула размером около 10 нм. Такая структура очень активная в окислительно-восстановительных реакциях, обладающая сорбционными и каталитическими свойствами.

Нанодифракционна картина шунгитового углерода (зонд 0,3 - 0,7 нм.)

Структура шунгита

Углерод в породе образует матрицу, в которой распределены высокодисперсные силикаты с размером частиц 0,5 - мкм.

Структура шунгитовой породы

Состав шунгита

Зажогинское месторождение представлено шунгитами следующего состава:

Основные минералы, входящие в состав шунгита:

углерод.........................................................30

кварц.............................................................45

сложные силикаты (слюды, хлориды).......20

сульфиты……................................................3

Химический состав шунгита (масс. %):

Породы в пределах Зажогинского месторождения достаточно стабильны по составу. Сумма (C+SiO₂) находится в пределах 83 - 88%

Распределение углерода в шунгитах Зажогинского месторождения

Распределение диоксида кремния в шунгитах Зажогинского месторождения

Свойства шунгита

Плотность 2,1 -2,4 г/см³.

Пористость до 5%.

Прочность на сжатие 1000-1200 ктс/см³.

Электропроводимость 1500 сим/м.

Частицы шунгита, независимо от их размера, обладают биполярными свойствами. Следствием этого является высокая адгезия и способность шунгита смешиваться без исключения со всеми веществами.

В термических процессах между углеродом и силикатами происходит интенсивная окислительно-восстановительеая реакция с образованием металлического кремния

Sio₂+2C --> Si+2CO

или карбида кремния SiO₂+3C --> SiC+2CO

Реакции эти в шунгите осуществляются более энергично, с меньшими энергозатратами, чем в традиционной шихте на основе кремнезема и кокса.

Поверхность дробленых, молотых и тонкомолотых материалов на основе шунгита Зажогинского месторождения обладает биполярными свойствами, поэтому шунгитовые наполнители способны смешиваться без исключения со всеми связующими как органической, так и неорганической природы.

Физические свойства шунгита:

Плотность - 2,25-2,40 г/см³; пористость - 0,5-5%; прочность на сжатие 100-150 Мпа; модуль упругости (Е) - 0,31*10⁵ Мпа; электропроводность - (1-3) х 10³ сим/м ; теплопроводность - 3,8 вт/м·к. Среднее значение к.т.р. в интервале температур 20-600 ⁰С - 12х10 ^-6 1/град.

Порода обладает сорбционными, каталитическими, бактерицидными свойствами, биологической активностью, способностью поглощать и нейтрализовать электромагнитные излучения высоких частот.

Применение шунгита.

Абсорбирующие свойства молекул шунгита, электропроводность и их шарообразная форма, прекрасно используются:

·    в разработках современнейших нано-технологий, при формировании новейших сплавов и материалов, для космических, военных и энергетических нужд;

·              в машиностроении, для производства различных добавок и смазок для узлов и агрегатов механизированной техники;

·              в строительстве, в качестве кирпича или композита в штукатурных смесях, используемые при возведении экранирующих помещений, для защиты от воздействия различного рода излучений например "шунгитовых комнат";

·              в электроснабжении, в виде красок, которые позволяют получать электропроводные поверхности;

·              в сельском хозяйстве, посредством фильтрации мелиоративных вод, в значительной мере повышающие урожайность и качество выращиваемых культур.

При всем, при этом - это далеко не полный список, где возможно применение шунгита, притом, что не все их полезные свойства до конца изучены.

.1.2 Серпентиниты

Змеевик, или серпентин (от латинского слова «серпенс» - змея) - чрезвычайно распространенный камень: порой он образует целые горы. Змеиный камень использовали еще ольмеки в Центральной Америке задолго до прибытия Колумба - из него изготавливали украшения и мозаику. В Европе его начали использовать около 400 лет назад, и особенно активно шла обработка змеевика в Германии - из него делали аптекарские сосуды, безделушки, туалетные и письменные приборы. В европейских странах, где церковь была неотделима от государства, бытовала легенда, что Адам, вкусив запретный плод, подавился и выплюнул его, а яблочный огрызок превратился в серпентин. В России змеевик начал пользоваться популярностью после открытия в 18-м веке на Урале обширных залежей камня. Из него изготавливали сервизы, которые и сейчас сохранились в Гатчинском и Павловском дворцах Санкт-Петербурга, а также столешницы, вазы, канделябры, шкатулки, часы... В 20-м веке змеевиком отделали станцию метро «Щелковская» в Москве. Однако все же камень этот до недавнего времени был в тени своих знаменитых земляков, таких, как малахит, родонит и лазурит - например, на Урале змеевик считался более доступным заменителем малахита. Месторождения змеевика и по сей день распространены по всему миру: в США, на Кубе и в Новой Зеландии, в России - на Урале, Алтае, Северном Кавказе и в Забайкалье, в Европе - в Швейцарии, Германиии и Италии, в Азии - в Индии, Казахстане, Монголии, Афганистане.

Цвет камня действительно напоминает расцветку змеи - основной тон зеленый, но это не изумрудная зелень малахита, а приглушенно-оливковый или яркий желто-зеленый оттенки. Гладкая и блестящая поверхность пронизана жилками, полосками и пятнами бурого, желтого или даже беловатого цвета, вызывая ассоциации с изменчивыми переливами змеиной чешуи. У него множество названий - кроме серпентина, его называют толигор, антигорит, моховик, корейский жад; в США он бовенит, в Мексике и Швейцарии - риколит. Змеевик прекрасно полируется и легко поддается обработке - это, вместе с красивой расцветкой и по-прежнему обширными месторождениями, постепенно выводит его на первый план среди прочих декоративно-поделочных самоцветов, чьи запасы быстро иссякают. Сегодня змеевик среди других видов поделочного камня - один из самых популярных материалов для отделки интерьера. Это и облицовка стен и украшение интерьера в бассейнах, ванных комнатах и туалетах, и отделка полов и лестниц, и изготовление столешниц для каминов и подоконников, а также журнальные столики, мозаики, декоративная скульптура. змеевик используют и для создания предметов декора - шкатулок, подсвечников, ламп, статуэток, часов, шахмат, пепельниц, письменных и курительных наборов. Особенно хорошо он сочетается с благородным блеском бронзы или с контрастными по цвету деталями из других видов камня - белого мрамора, черного обсидиана, розового родонита.

Происхождение.

Серпентиниты образуются в процессе массового гидротермального изменения ультраосновных, главным образов оливинсодержащих пород (дунитов, перидотитов и др.). Легче всех замещению серпентином подвергаются оливин и энстатит, затем диопсид, роговые обманки и др. Этот метаморфизм, повидимому проявляющийся уже после того как массивы изверженных пород сформировались, является аналогичным другим массовым процессам, например хлоритизации и соссюритизации основных изверженных пород. Переход оливина в серпентин происходит с увеличением объема. Не раз отмечалось, что вокруг вкрапленных зерен серпентинизированного оливина в полевошпатовых породах наблюдаются радиально расходящиеся трещинки, свидетельствующие о динамическом воздействии вновь образующейся массы на окружающую среду. Этим же, по-видимому, объясняется наличие в серпентинитах многочисленных мелких смещений с зеркалами скольжения в самых различных направлениях.

Змеевик - группа минералов одинакового состава, но разной симметрии. Включает несколько минеральных видов: антигорит (Mg,Fe2+)3Si2O5(OH)4; хризотил (клинохризотил, ортохризотил, парахризотил) Mg3Si2O5(OH)4; лизардит Mg3Si2O5(OH)4. Кристаллы - непрозрачные. Блеск - шелковистый, стеклянный. Твердость по шкале Мооса- 2,0-3,0, плотность -2,6г/см3.

Химический состав. MgO 43,0%, SiO₂ 44,1 %, H₂O 12,9%. Соотношения компонентов несколько колеблются, особенно в разностях, аналогичных типичным коллоидам, более богатым водой (обычно до 13-17%). В виде примесей почти всегда присутствуют FeO, Fe₂O₃ и NiO.

2.3 Общие предпосылки безразборного восстановления

Теоретическими предпосылками безразборного сервиса (восстановления) явились исследования в теории самоорганизации, предсказанной бельгийским физиком и физикохимиком русского происхождения Ильей Романовичем Пригожиным (лауреат Нобелевской премии по химии 1977 г. «за работы по термодинамике необратимых процессов, особенно за теорию диссипативных структур». И.Р. Пригожин в Бельгию был привезен родителями из России в раннем детстве. В 1982 г. он был избран иностранным членом Академии наук СССР, а с 1991 г. является иностранным членом Российской академии наук - РАН.)
В прикладном плане безразборный сервис базируется на научных открытиях российских ученых. К ним в первую очередь, относится явление избирательного переноса при трении (эффекта безызносности), открытое и исследованное Д.Н. Гаркуновым и И.В. Крагельским [4-5]. Другим немаловажным открытием в этой области является эффект пластифицирования поверхностей трения в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ), сделанное Петром Александровичем Ребиндером и его учениками. В тридцатых годах XX века П.А. Ребиндер открыл эффект понижения прочности твердых тел, благодаря адсорбции поверхностно-активных веществ, что приводит к облегчению выхода дислокаций. Теоретическую возможность создания условий безызносного трения подтверждает факт открытия в 1969 г. эффекта аномально низкого трения (АНТ) твердых тел, обнаруженного группой ученых Аскольдом Александровичем Силиным, Евгением Анатольевичем Духовским, Виктором Львовичем Тальрозе и др. Ими было установлено, что при бомбардировке полиэтилена и пропилена в вакууме потоком атомов гелия (или некоторыми другими химическими элементами) коэффициент трения уменьшался на два порядка до значения ниже 0,001 (предел чувствительности измерительной установки), что можно говорить о его исчезновении. Интенсивность изнашивания при этом, естественно, резко снизилась.

На основании дальнейших исследований, в том числе во ВНИИ оптико-физических измерений, было выявлено, что при облучении тончайшего поверхностного слоя вещества ускоренными атомами происходит его переход в упорядоченное состояние. Силин А.А. позднее в своей книге «Трение и мы» (1987 г.) пишет: «Экспериментально подтверждалось, что фундаментальной причиной трения служит отнюдь не механическое деформирование дорожки, а адгезионный эффект, сконцентрированный в тончайшем поверхностном слое. Реализация такого эффекта, основанного на непрерывном обмене адгезионных связей, требует толщины слоя всего 10^-7 см {1,0 нм - Прим. автора}, т.е. порядка удвоенной толщины атома. Таким образом, опыты с эффектом АНТ в данном случае однозначно подтверждали адгезионную теорию сухого трения… Не исключено, что при этом важную роль играет явление самоорганизации»[6]. Безразборный сервис транспортных средств является дальнейшим развитием исследований в этих областях и, как видно из приведенных выше данных, в основном базируется на положениях нанонауки. Термин стал широко применяться в последовавших за этим многочисленных публикациях и нескольких монографиях по данному новому научно-практическому направлению. Во вступительном слове на открытии научно-практической конференции «Нанотехнологии и информационные технологии - технологии XXI века» (24 мая 2006 г.), организованной Министерством образования и науки РФ и Российской академией наук, советник Президента России профессор Асланбек Аслаханов высоко оценил результаты исследований в этой области, заявив: «Безразборный сервис машин и механизмов» является одним из эффективных направлений практического применения наноматериалов».

2.4 Группы препаратов на рынке автохимии России

Наноматериалы и нанотехнологии находят всё большее применение в различных химических препаратах для автомобильной промышленности, называемых потребителями попросту "автохимией" и "автокосметикой". К таким разработкам относятся различные ремонтно-эксплуатационные присадки и добавки к топливу и смазочным материалам, а также лакокрасочные покрытия, шампуни, полироли и некоторые другие товары.

Совместное использование теоретических положений и практических достижений трибологии (греч. tribos - трение, logos - наука - изучает контактное взаимодействие твердых тел при их относительном движении, включая весь комплекс вопросов трения, изнашивания, смазки) и нанотехнологии, позволяет использовать трение, не как разрушительное явление природы, а как самоорганизующийся созидательный процесс, в том числе для безразборного восстановления агрегатов и узлов техники в процессе их непрерывной эксплуатации. Под безразборным сервисом (англ. service - производить осмотр и текущий ремонт) подразумевается комплекс технических и технологических мероприятий, направленных на проведение операций технического обслуживания и ремонта узлов и механизмов без проведения разборочно-сборочных операций с применением передовых разработок химической промышленности. Безразборный сервис может включать операции обкатки (приработки), диагностики, профилактики (сезонной подготовки), автохимического тюнинга, очистки и восстановления, как отдельных соединений, так и агрегатов и механизмов в целом.

В условиях недостатка финансовых средств у большинства населения, определенного дефицита доступных качественных топливно-смазочных материалов проблема поддержания в работоспособном состоянии отечественной и импортной техники может быть во многом решена за счет применения специальных ремонтно-эксплуатационных препаратов, в том числе разработанных на основе наноматериалов и нанотехнологий. Известные автохимические препараты для безразборного сервиса автотракторной техники могут быть отнесены к нанотехнологическим разработкам по трем основным критериям:

·        применение в их составе наноразмерных частиц (ультрадисперсные алмазы, металлические порошки, политетрафторэтилен (PTFE), модифицированный графит и т.д.);

·              использование компонентов, полученных (произведенных) с использованием нанотехнологий, например золь-гель технологии (рекондиционеры);

·              формирование на поверхностях трения вследствие взаимодействия с активными компонентами этих препаратов защитных наноразмерных (наноструктурированных) покрытий и структур (ионные металлоплакирующие присадки, кондиционеры, геомодификаторы).

Несомненно, что все вышеперечисленные свойства в той или иной мере присущи практически всем ремонтно-восстановительным препаратам автохимии, применяемых для безразборного сервиса (восстановления) автотехники. В одних случаях, они являются определяющими для того, чтобы быть отнесенными к нанотехнологическим препаратам, а в других, могут быть отнесены к вспомогательным (дополнительным) эффектам. Например, во всех препаратах наряду с макрочастицами могут находиться и наноразмерные частицы. Следует также отметить тот факт, что практически все вопросы трибологии связаны с изучением процессов, протекающих в поверхностном слое (межфазной границе) контактируемых деталей.
При этом самым простым наноматериалом препарата автохимии или автокосметики могут служить фрагменты вещества, измельченные до наноразмерного состояния или полученные каким-то другим физическим или химическим способом, имеющие хотя бы в одном измерении протяженность не более 100 нм и проявляющие качественно новые свойства (физико-химические, функциональные, эксплуатационные и др.). Это могут быть и сферические (многогранные) частицы (рис.1), нановолокна (например,PTFE) (рис.2) или иглы серпентина(рис.3).

Реально диапазон рассматриваемых объектов гораздо шире - от атомов и молекул до их кластеров и полимерных органических молекул, содержащих свыше 100 атомов и имеющих размеры даже более 1 мкм в одном или двух измерениях. Принципиально важно, что они состоят из небольшого числа атомов, и, следовательно, в них уже в значительной степени проявляются дискретная атомно-молекулярная структура вещества, квантовые эффекты, энергетика развитой поверхности наноструктур.
Применение ремонтно-восстановительных препаратов для безразборного сервиса определяется техническим состоянием автомобиля. При этом необходимость того или иного воздействия или препарата оценивается на основании результатов технической диагностики. По результатам диагностирования назначается либо профилактические препараты, более «мягкого» действия, либо препараты, обеспечивающие более интенсивное воздействие на трущиеся соединения и агрегаты автомобиля.
Рассмотренные нанопрепараты позволяют: значительно повысить из-носостойкость деталей; сократить продолжительность и улучшить качество приработки поверхностей трения; эффективно повысить задиростойкость и снизить питтинг контактирующих поверхностей в тяжело нагруженных парах трения; понизить температуру работающих узлов, уровень шума и вибрации.

На рынке автохимии России сейчас одновременно присутствуют более двух десятков препаратов подобного типа. Несмотря на уверения любого производителя присадок, что его препарат уникален, единственен в своем роде, продукт военно-промышленного комплекса, или, как минимум - космических технологий, которым когда-то американцы намазали что-то в "Шаттле", все эти препараты по принципу действия можно разделить на несколько групп.

Первая, наиболее распространенная группа - это препараты, построенные на основе минеральных порошков серпентинита, или "геомодификаторы трения". К таким препаратам относятся известные препараты "Форсан", "Хадо", "РВС", "Супротек", "Автоминерал" и т.д. Эти препараты производят микрошлифовку поверхностей трения двигателя с образованием специального защитного металлокерамического слоя, отличающегося низкими коэффициентами трения и износа. В целом, это чисто русское изобретение, в других странах мира препаратов подобного класса не встретишь, разве что в немногочисленных представительствах некоторых российских фирм.

Вторая, также многочисленная группа присадок - это металлоплакирующие составы - "Ресурс", "РиМЕТ", "Автоплюс", "Металлайз" и подобные. Это составы, содержащие различные мягкие металлы либо в виде мелкодисперсных порошков, либо в ионном виде. При попадании в зону трения эти составы формируют на поверхности детали тонкий укрывающий (плакирующий) слой, "залечивающий" ее микродефекты и тем самым способствующий улучшению работы подшипников коленчатого вала и деталей цилиндропоршневой группы.

Третья группа препаратов - это препараты, осуществляющие некое химическое воздействие на поверхности трения и формирующие защитные слои с использованием механизмов хемосорбирования. Это пресловутые "кондиционеры металлов" - "ER", "Феном", "Реном", препараты группы эпиламов - "Универсальный модификатор", а также составы группы "Энергия-3000", формирующие защитные металлорганические слои. В целом, все эти препараты, за исключением эпиламных, работают по т.н. "принципу Гаркунова", согласно которому плакирующий защитный слой образуется за счет использования продуктов износа. В состав этих препаратов введены активные вещества - хлорпарафины и полиэфиры для кондиционеров металлов, специальные группы органических веществ для препаратов "Энергия-3000", которые в условиях высоких температур и давлений в зонах трения якобы переводят в ионное состояние металлические продукты износа и возвращают их в зоны трения. Эти препараты в основном пришли в Россию из-за рубежа, хотя основной принцип их работы носит имя российского ученого. Видимо, там внимательно изучают наши работы...

Есть еще всякого рода экзотика - различного рода "жидкие алмазы", "фуллерены", тефлоносодержащие присадки. Да и до чего только не додумаются специалисты в автохимии! То торсионные поля поднимают вал в подшипнике, то присадки генерируют какие-то науке неизвестные волны, то активизируют наследственную память металлов, заставляя их расти и компенсировать износы... Оставим все это на совести производителей этих препаратов.

В целом же, на долю описанных выше трех групп присадок приходится более 90% всего рынка автохимии в этом секторе препаратов.

2.5 Геомодификаторы поверхности трения

Серпентины имеют слоистую структуру из триоктаэдрических двухэтажных слоев, символически обозначаемых 1 : 1, представленных сочетанием одной тетраэдрической и одной октаэдрической сетки и связанных между собой через общие кислородные вершины тетраэдров и октаэдров. Каждый слой вершинами оснований октаэдров примыкает к вершинам тетраэдров соседнего слоя, соединяясь водородными связями.

Серпентиниты обычно наследуют некоторые признаки материнских пород. Это выражается, например, в сохранении реликтов первичных минералов. Априорная оценка влияния минерального состава серпентинитов на возможность их использования в триботехнике затрудняется отсутствием надежных сведений о механизмах процессов, происходящих при обработке металлов. Идеальная кристаллохимическая формула серпентина - Mg₃[Si₂O₅](OH)₄. Группа серпентина включает несколько десятков его разновидностей, главными среди которых традиционно считаются хризотил <#"527787.files/image010.gif">

В серпентинах Si может замещаться на А1, a Mg на - Al, Mn₂+, Fe₂+, Fe₃+, Ni. Ионы Mn₂+ присутствуют в минералах серпентина в высоких концентрациях и оказывают заметное влияние на их механические свойства (такие, как твердость, способность к истиранию и др.), величину относительной диэлектрической проницаемости, магнитной восприимчивости, теплопроводности. Эти характеристики важны, поскольку при повышении температуры в узлах трения происходит деформирование поверхностных слоев металла, и, как следствие, возникают электрические и магнитные поля. Высокое удельное электрическое сопротивление серпентинов способствует ослаблению электрохимических и электромагнитных явлений, уменьшению износа деталей; низкая относительная диэлектрическая проницаемость благоприятно влияет на проявление адгезии к сталям; низкая теплопроводность в десятки раз ниже, чем у известных твердых смазок, способствует высокой термостойкости покрытия, но снижает теплоотвод из зоны трения.

Волокна хризотил-асбеста <#"527787.files/image011.gif">

2.5.1 Характеристика геомодификаторов. Способы повышения износостойкости трибообъектов

Чтобы решить вопросы повышения износостойкости трибообъектов необходимо стремиться к управлению трением - грамотно подбирать материалы по трению и износостойкости, рационально конструировать подвижные сопряжения и оптимизировать условия эксплуатации.

Большое количество вариантов протекания процессов в зоне трибоконтакта при высоких температурах, сложных физико-химических и тепловых реакций, а также из-за невозможности непосредственно наблюдать их протекание, затрудняет управление трением. Поэтому сейчас наиболее перспективными направлениями повышения износостойкости являются те направления, которые связаны с эффектами самоорганизующихся процессов.
Иными словами, легче обнаружить данный эффект, если он существует в природе, и исследовать условия закономерности его протекания, чем произвести теоретический расчет оптимальных параметров элементов трибообъекта.

Возьмём проблему повышения износостойкости трибообъектов с народнохозяйственной и экономической точки зрения: естественно, экономический эффект от вновь созданной техники с наиболее рациональными конструктивными трибоузлами будет проявляться постепенно, по мере замены устаревшего оборудования. Стало быть, наиболее перспективным направлением повышения износостойкости трибообъектов является разработка присадок к смазочным материалам уже существующих машин и механизмов, которые позволяют реализовать самоорганизующийся процесс.

Все антифрикционные и противоизносные присадки в смазочное масло делятся на:

·        присадки, формирующие на поверхности трения в процессе работы объекта тонкого слоя мягких металлов, разделяющих эти поверхности;

·              присадки, активизирующие силы сцепления смазочного масла с поверхностью трения.

Мягкие металлы (молибден, олово, медь, серебро и др.) могут вноситься в зону трения следующими образами:

1.   в молекулярном тонкодисперсном виде,

2.      на ионном уровне в результате химических реакций компонентов смазочного масла с источником мягкого металла.

Осуществление первого способа связано с двумя проблемами:

·        создание устойчивой взвеси тонких частиц мягких металлов;

·              соотношение между допустимой концентрацией таких металлов в циркулирующем масле и концентрацией, достаточной для обеспечения эффекта плакирования хотя бы на полный ресурс смазочного масла.

Таким образом, даже в случае успешного решения этих проблем эффективность таких присадок крайне ограничена по времени работы. Кроме того, разделительный тонкий слой мягких металлов не предохраняет поверхность трения от задиров в экстремальных случаях, то есть при прекращении циркуляции смазки.

Второй способ связан с реализацией избирательного переноса, управление которым носит пока сугубо случайный характер и проявляется крайне редко.

Присадки, активизирующие силы сцепления смазочного масла с поверхностью трения, могут быть весьма эффективными по противоизносным и, особенно, противозадирным характеристикам. Но у них есть существенные недостатки:

«-» воздействие таких присадок продолжается до тех пор пока они присутствуют в смазочном масле в достаточной концентрации;

«-» такие присадки, как правило, не только не являются антифрикционными, но даже способны увеличивать сопротивление трению, и, следовательно, ухудшать эффективные показатели смазочного масла.

Принципиально другими по характеру воздействия являются присадки, приготовленные на основе природных ассоциаций силикатных минералов забалансовых руд. Такие присадки (геомодификаторы трения), попадая в зону трения, вносят такие структурные изменения в поверхность трения, которые способны её модифицировать в заданном направлении.

Поверхности трения:

В большинстве случаев, структура поверхностей трения трущихся деталей машин зависит от условий трения, в частности от вида трения, давления, смазки, скорости трения, физико - механических свойств пар трения.

Эти поверхности находятся в объемном напряженном состоянии и в случае переменного воздействия внешних сил и недостаточной смазки при высоких скоростях трения поверхностные слои подвергаются воздействию значительных температур, вызывающих изменения структуры поверхностного слоя. Граничное трение.

Для анализа состояния поверхности трения образцов, испытанных на машинах трения, по стандартной методике и микрофотографирование шлифов был проведен металлографический анализ. Он показал следующие результаты:

1.   Геомодификатор трения оказывает влияние на перлитную структуру, углеродистой конструкционной стали. Он видоизменяет вид и форму пластинчатого перлита: закручивая в «рулет» или вытягивая зерна.

2.      Геомодификатор трения изменяет микротвердость тонкого поверхностного слоя, толщиной до 0,055 мм. При этом поверхность является более твердой, отличия с материалом сердцевины порядка 10 … 14 % для стали, марки сталь 30.

Отмечено влияние геомодификатора трения на форму поверхности трения мягких углеродистых сталей. Основной геометрией является волна со средним шагом примерно 0,035 … 0,065 мм (измерения получены с помощью металлографического микроскопа).

.6 Описание процесса формирования металлокерамических защитных слоёв (МКЗС)

Минеральные модификаторы поверхности трения (ММПТ) - это мелкодисперсная, многокомпонентная смесь минералов, добавок и катализаторов.

При обработке механизмов, в зависимости от их конструкции и условий эксплуатации, ММПТ вводятся в штатную масляную систему, в консистентную смазку, либо наносятся непосредственно на обрабатываемые детали. ММПТ в нефтепродуктах не растворяются, в химические реакции с ними не вступают, вязкость не меняют, экологически безвредны.

Попадая на поверхности трения и контакта работающих механизмов, частицы ММПТ модифицируются сами и модифицируют поверхности пар трения. Для упрощения описания процесса образования МКЗС условно разделим его на этапы:

·        домол частиц ММПТ выступами микрорельефов поверхностей сопряженных деталей;

·              очистка микрорельефа пятен контакта сопряженных деталей;

·              плотная нагартовка домолотых частиц ММПТ в углублениях микрорельефа контактируемых поверхностей сопряженных деталей;

·              образование МКЗС (прохождение реакции замещения с образованием новых кристаллов, составляющих МКЗС).

а) Исходное состояние.

Если посмотреть на поверхность трения и контакта сопряженных деталей под увеличением, то она представляет собой выступы и углубления, заполненные продуктами износа и разложения масел и присадок (Рис.1).

В работающем механизме нагрузка сближает поверхности пары трения. При этом в местах контакта происходит разрыв защитных пленок, создаваемых маслом и присадками, и слом элементов микрорельефа поверхностей трения. В местах слома выступов происходят микровспышки, разрушающие масла и присадки. Эти процессы приводят к загрязнению масла и микрорельефа поверхностей трения.

При очередном цикле трения и контакта будет происходить взаимодействие микрорельефа поверхностей, и дополнительные порции загрязнителей попадут в масло (Рис.2).

б) Домол частиц ММПТ выступами микрорельефа поверхностей сопряженных деталей.

Выступы микрорельефа поверхностей сопряженных деталей, как зубья своеобразной мельницы, размалывают частицы ММПТ, попавшие в зону трения (Рис.3). При размоле происходит интенсификация процессов микросваривания и микросхватывания, т.к. в местах сломов выделяется больше количество энергии, сопровождаемое повышением температуры.

В локальных зонах сломов при больших температурах (t=900-1200⁰С) в присутствии частиц ММПТ в результате микрометаллургических процессов почти мгновенно протекает реакция замещения с образованием новых кристаллов. Так в местах выступов появляются первые пятна МКЗС (Рис.4).

Толщина этих пятен относительно мала, т. к. первоначально отрабатывает незначительное количество частиц ММПТ из-за ограниченности их числа в зоне трения. В процессе размола частицы исходного ММПТ размалываются до составляющих, имеющих определенную структуру. Уже в процессе домола частиц ММПТ происходит механическое удаление загрязнителей из углублений микрорельефа поверхностей.

в) Очистка микрорельефа пятен контакта сопряженных деталей.

Практика показала, что особая структура микрочастиц ММПТ и используемые добавки способствуют более качественной очистке микрорельефа поверхностей, чем это достигается современными моющими средствами, которые смывают загрязнения, но не вычищают микрорельеф.

При очистке микрорельефа поверхностей в масло выбрасывается большое количество ранее утрамбованных и притертых загрязнителей (продуктов износа и разложения смазок). Чрезвычайно большое их количество может сильно снизить эффективность операции плотной нагартовки частиц ММПТ. Поэтому необходимо контролировать состояние масла и в случае его сильного загрязнения поменять.

Микрочастицы ММПТ способны очистить микрорельеф практически от всех загрязнителей. Если очистка идет нормально, то уже через час приработки ММПТ можно зафиксировать изменения в параметрах работы восстанавливаемого механизма.

г) Плотная нагартовка домолотых частиц ММПТ в углубления микрорельефа контактируемых поверхностей сопряженных деталей.

Важный этап, который обеспечивается: абсолютной спайностью микрочастиц ММПТ, их слабомагнитными свойствами и ориентированием в направлении наименьшего механического сопротивления.

В каждой точке поверхности трения электромагнитные микрополя выстраивают микрочастицы ММПТ в определенном порядке. Абсолютная спайность обеспечивает восстановление сил взаимодействия частиц. А выступы микрорельефа поверхностей трения при контакте еще и утрамбовывают частицы (Рис.5).

Все это вместе приводит к тому, что нагартовка становится настолько плотной, что по своей твердости не уступает твердости самого металла, на котором происходит приработка ММПТ.

д) Прохождение реакции замещения с образованием новых кристаллов МКЗС.

В результате эффективного прохождения вышеописанных этапов реализуется более эффективная защита от износа, чем это обеспечивают штатные смазки и присадки. Снижается тепловыделение на поверхности, и уже более эффективно работает, хоть и загрязненный, масляный клин.

В результате плотной нагартовки обеспечивается необходимый контакт микрочастиц ММПТ (со специальными добавками к нему) и металлом поверхностного слоя пятна контакта. Присутствие катализаторов в процессе трения инициирует реакцию замещения атомов Mg в кристаллических решетках микрочастиц ММПТ на атомы Fe поверхностного и подповерхностного слоев металла контактируемой поверхности детали. При этом образуются новые кристаллы с более объемной кристаллической решеткой, в своей массе образующие слой, который начинает «подниматься» над поверхностью пятна контакта, компенсируя износ (Рис.6).

Попадающие в зону трения частицы ММПТ модифицируются на поверхности образующегося МКЗС и выравнивают его.

Толщина слоев МКЗС пропорциональна количеству частиц ММПТ, нагартованных в углубления микрорельефа поверхностей, и энергии, выделяемой при трении и контакте (Рис.7).

Толщина слоя саморегулируется: при выделении определенного количества энергии от трения - МКЗС растет. В результате роста МКЗС компенсируются увеличенные зазоры, что приводит к снижению выделения энергии трения и в итоге к прекращению реакции замещения, т.е. дальнейший рост МКЗС останавливается. МКЗС не образуется на поверхностях, где трение отсутствует.Так происходит выравнивание поверхностей трения деталей машин и оптимизация зазоров в сопряжениях.

Полученный МКЗС:

·        имеет общий кристаллический каркас с металлом, на котором он образовался и поэтому держится на поверхности стали значительно лучше, чем хром, никель и различные наплавки;

·              препятствует водородному изнашиванию;

·              имеет сравнимый со сталью, на которой он образовался, коэффициент линейного термического расширения, т. е. не скалывается при нагреве-охлаждении;

·              обладает повышенной микротвердостью поверхности;

·              имеет низкий коэффициент сухого трения;

·              обладает диэлектрическими, антикоррозионными и термостойкими свойствами;

·              можно возобновлять по мере его изнашивания, проводя дополнительные обработки составами ММПТ.

Данное изобретение успешно применяется в машиностроении и при восстановлении практически всех типов узлов, механизмов машин во всех отраслях промышленности, энергетики и транспорта.

.7 Абразив - как составляющая трения

Абразивным материалом именуют минерал естественного или искусственного происхождения, зёрна которого имеют достаточную твёрдость и обладают способностью резания (скобления, царапания). Абразивным изнашиванием называют разрушение поверхности детали в результате её взаимодействия с твёрдыми частицами при наличии относительной скорости. В роли таких частиц выступают:

а) неподвижно закреплённые твёрдые зёрна, входящие в контакт по касательной, либо под небольшим углом атаки к поверхности детали (например, шаржирование посторонними твёрдыми частицами мягких антифрикционных материалов);

б) незакреплённые частицы, входящие в контакт с поверхностью детали (например, насыпные грузы при их транспортировании соответствующими устройствами, абразивные частицы в почве при работе почвообрабатывающих машин и т.д.);

в) свободные частицы, пребывающие в зазоре сопряжений деталей;

г) свободные абразивные частицы, вовлекаемые в поток жидкостью или газом.

Внесение абразивных частиц в область контакта деталей со смазочным материалом резко повышает износ, что наблюдается в поршневых парах и подшипниках скольжения двигателей, гидромоторов, золотниковых и распределительных устройствах, трансмиссиях. Износ возрастает с увеличением концентрации абразива, его твердости, зависит от формы и размеров частиц.

.7.1 Влияние мелких абразивных частиц на износ

Вопрос влияния мелких абразивных частиц на износ рассмотрен в литературе применительно к случаю, когда мелкие абразивные частицы находятся в масле или другой жидкости Экспериментально установлено, что если размер частиц не превышает 5 мкм, то они, имея большую развитую поверхность, адсорбируют на себе продукты окисления масла, что может снизить интенсивность изнашивания деталей. Кроме того, имеется мнение, что частицы способствуют протеканию электрических зарядов с одной поверхности трения на другую, что может снизить электростатическую напряжённость, а, следовательно, и силу трения. Можно также предполагать, что частицы интенсифицируют теплопередачу между поверхностями трения. Частицы разделяют поверхности, в результате контакт поверхностей становится дискретным, а наиболее дисперсная часть этих частиц нивелирует поверхности. Если учесть, что высокодисперсные примеси снабжены адсорбционной оболочкой, то можно считать, что мелкие частицы выполняют функции противоизносной и антифрикционной присадок, препятствуя непосредственному контакту трущихся поверхностей. Однако всё это относится только к частицам менее 5 мкм. Частицы больших размеров приносят вред. Опыты О.А.Никифорова на машине трения при частицах менее 5 мкм показали скорость изнашивания 0.3мг/ч, а при частицах 10 мкм - 0.92 мг/ч.

Особую опасность частицы больших размеров представляют для гидросистем, где трущиеся детали из твёрдых сталей работают при малых зазорах. В гидросистемах всегда имеются фильтры тонкой очистки, однако, несмотря на это, в системах присутствуют частицы с размерами более 5 мкм. Фирма «Виккерс» (Великобритания) приводит для гидросистем следующее распределение по размерам частиц: 0…5 мкм - 39%, 5…-10 мкм - 18%, 10…20 мкм - 16%, 20…40 мкм - 18%, 40…80 мкм - 9%.

Наличие крупных частиц в системах с фильтрами тонкой очистки Г.В.Виноградов объясняет тем, что мелкие частицы способны коагулировать за счёт свободных связей молекул пристенного слоя до величины 30…40 мкм.

Таким образом, многие исследования показывают, что частицы размером менее 5 мкм уменьшают износ и в процессе эксплуатации коагулируют. Частицы размером более 5 мкм увеличивают износ. Всё это привело С.В. Венцеля и Е.С. Венцеля к выводу о необходимости в процессе работы гидрооборудования проводить диспергирование частиц - пропускать гидросмесь через диспергатор гидродинамического действия или ультразвуковой диспергатор.

Проведённое Е.С. Венцелем диспергирование механических частиц в масле гидрооборудования показало перспективность этого метода в части уменьшения износа деталей, увеличения срока службы масла, повышения КПД и надёжности работы гидрооборудования.

М.Л. Барабаш и М.В. Корогодский для улучшения качества приработки, а в дальнейшем для повышения износостойкости автомобильных двигателей искусственно вводили в масло высокодисперсные добавки - органозоли железа, которые, по их мнению, заполняли микровпадины, адсорбируясь на поверхности трения и увеличивая площадь фактического контакта.

Кроме того, микроабразив усиливает физико-химические процессы в зоне трения. Вызывая незначительные деформации поверхностных слоёв, микроабразив вызывает появление новых поверхностей, которые являются наиболее активными участками протекания химических реакций и диффузионных процессов.

Исследования Г.И. Бортникова и Г.П. Шпенькова показали, что микроабразив размеров 3 мкм и менее, ускоряет протекание начальной фазы избирательного переноса - образование сервовитного слоя и тем самым ускоряет процесс приработки деталей. Наличие до 1.5% микрообразива размером 3 мкм в смазочном материале снижает коэффициент трения, ускоряет образование оптимального микрорельефа и равномерного слоя меди по всей площади касания.

.7.2 Влияния абразивных включений на антифрикционные свойства геомодификаторов

Крупность и количество абразивных частиц в размолотом серпентините оказывают решающее влияние на результаты обработки поверхностей трения природными геомодификаторами. Можно получить резко отличающиеся друг от друга результаты «упрочняющей» обработки поверхностей трения: от чисто абразивной доводки поверхностей без образования защитного керамического слоя до получения защитного слоя максимально возможной толщины 20...30 мкм.

В патенте N 2135638 приведен пример, когда после обработки подшипника качения типа 204 ремонтно-восстанавливающим составом (РВС), содержащим 50...80% (по массе) серпентина (офита); 10...40% нефрита и 1...10% шунгита <#"527787.files/image020.gif">

Рис. 1. Схема испытаний и размер образцов «диск по диску».

Машина включает следующие основные узлы (рис. 2-3.):

1.   Каретка 22.

2.      Механизм нагружения 34

.        Бабка нижнего образца 12.

.        Датчик индуктивный 10.

.        Редуктор 7.

.        Электрошкаф 21

Для проведения испытаний в жидких средах с различными образцами применялась ванночка.

Рис.2-3 Общий вид машины СМЦ-2.

.1.4 Подготовка к работе

Машина позволяет производить несколько видов испытаний с различными образцами. Для каждого испытания необходима подготовка машины. При наладке машины на определённый режим работы необходимо руководствоваться инструкцией.

.1.4.1 Подготовка машины к работе во всех случаях испытаний перед установкой образцов

Установить образцы по валу таким образом, чтобы радиальное биение их при проворачивании валов от руки не превышало 0.10 мм. Контроль вести индикатором с ценой деления 0.01 мм.

Переключатель рода работы на электрошкафу 21 (см. Рис. 2-3.) поставить в положение «испытание».

Тумблер счётчика 16 поставить в положение «вкл».

Подбор скоростей вала верхнего образца 14 производить в соответсвии с инструкцией по наладке машины путём установки соответствующих сменных прямозубых колёс 14 и сменных шестерён 15.

Для установки сменных колёс и шестерён необходимо снять крышку 6, предварительно слить масло из каретки.

.2 Качественная металлография

Изучение микроструктуры происходило при помощи микровизора отраженного света µVizo-MET (рис.3.1.) - разработка ОАО «ЛОМО», который представляют собой новое поколение универсальных микроскопов со сквозным оптико-цифровым каналом наблюдения и является функционально законченной системой наблюдения, регистрации и обработки микроизображений.

Рис.4. Микровизор отраженного света µVizo-MET

Малогабаритный, переносной, простой в обращении, универсальный. Он работает на прозрачных и на не прозрачных объектах, как на специально приготовленных металлографических шлифах, так и на необработанных поверхностях с шероховатостью до 5 мкм в прямом, косом и поляризованном свете (см. рис.3.2.). Формирование изображения с увеличением до 3000 крат является уникальным достижением разработчиков. Запись изображения осуществляется на карту памяти.

.3 Методика испытаний с круглыми образцами «диск по диску»

Перед испытанием необходимо провести проверку погрешности измерения момента трения.

Рис.5. Установка по определению погрешности измерения момента трения.

3.3.1 Тарировка машины СМЦ-2.

Проверка должна производиться в режиме статического нагружения с помощью тарировочного рычага. (см. Рис.5.)

Для осуществления проверки необходимо выполнить следующее:

Переключатель рода работы на электрошкафу поставить в положение «тарировка».

Трос, соединяющий каретку с противовесом снять с винта, ввёрнутого в корпус каретки.

Каретку отвести в крайнее правое положение и установить на упор.

С помощью штифта специального 8 полумуфту 6 датчика индуктивного 7 стопорить со стороны редуктора.

На оправку 4 горизонтально установить тарировочный рычаг 2 и закрепить гайкой 3.

Подготовить прилагаемые к машине груза 1 (груза подогнаны по массе с точностью гирь 5-го класса) в количестве 10 штук по 0,375 кгс, с обозначением «15кгс.см»

Произвести проверку в точках: 15; 30; 45; 60; 75; 90; 105; 120; 135 и 150 кгс.см.

Проверка производилась с помощью компьютерной программы, и впоследствии, для получения значения коэффициента и момента трения, информация обрабатывалась в программе Microsoft Office Exel.

.3.2 Методика проведения испытаний с круглыми образцами

В качестве круглых образцов были использованы наружные кольца роликовых конических однорядных подшипников 7250А по ГОСТ 27365, диаметром 52 мм, шириной 13 мм, из стали марки ШХ-15 по ГОСТ 4727.

геомодификатор трение шунгит абразивный смазочный

Рис. 6 Подшипник однорядный конический

В качестве смазки образцов использовалось масло М-8В по ГОСТ 10541-78.

Перед началом испытаний, а так же по их завершении, вращающееся кольцо взвешивалось на весах.

Для проведения испытаний необходимо установить верхний и нижний образцы и закрепить гайками. Нижний образец установить на оправке 13, верхний - на валу 14 (см. Рис. 2-3.).

Верхний образец установить и закрепить на валу при откинутой в нерабочее положение каретке 22. Необходимо помнить, что резьба у нижнего вала правая, у верхнего - левая. Затяжка образцов должна быть достаточной, чтобы не было проскальзывания их при работе, причём надо помнить, что в процессе работы гайки затянутся сами до необходимой силы.

Надёжное крепление образцов осуществляется двумя ключами: одним ключом вал удерживается за лыски, имеющиеся на его конусной части, другим затягивается гайка.

После установки образцов каретку опустить до соприкосновения образцов. Запрещается опускать каретку с ударом одного образца о другой, невыполнение этого условия приведёт к биению валов.

Надеть нагрузочную скобу на кронштейн и вращая винт нагружения, (См. рис. 7.), привести его в соприкосновение с опорной пятой кронштейна.

Установить под нижний образец ванночку с испытуемым смазочным материалом для проведения испытаний в жидкой среде.

Рис. 7 Механизм нагружения

3.4 Эксперименты

Было проведено 13 экспериментов на машине трения СМЦ-2, каждый эксперимент длился на протяжении 5ти часов.

.4.1 Оценка триботехнических свойств масла М-8В при максимальных нагрузках

Максимальные нагрузки - F=1600Н, число оборотов n=300 об/мин.

В течении 30 минут масло нагрелось до Тм=С, тем самым приблизившись к температуре вспышки (температуры вспышки - этот показатель характеризует наличие в масле легкокипящих фракций, и, соответственно, связан с испаряемостью масла в процессе эксплуатации, для масла М-8В температура вспышки не нижеС.) В результате чего произошло испарение масла и задир образцов, что не приемлемо для проведения качественного испытания.

Рис.8.1 Поверхность вращающегося кольца

Рис.8.2 Пятно контакта фиксированного кольца

.4.2 Выбор оптимальных условий

Далее следует ряд экспериментов с №2 по №5 - выбор оптимальных условий проведения триботехнических испытаний.

Эксперимент №2 проводился при нагрузке F=1200Н, n=300об/м, Тм= - перегрев.

Эксперимент №3 проводился при нагрузке F=1000Н, n=300 об/мин, Тм= - перегрев.

Эксперимент №4 проводился при нагрузке F=800Н, n=300об/мин, Тм= - перегрев.

Эксперимент №5 проводился при нагрузке F=600H, n=300 об/мин, Тм= - такие условия проведения испытаний оказались самыми оптимальными.

.4.3 Контрольные испытания

Эксперимент № 6, в качестве контрольного, проводился на чистом масле, при оптимальных условиях, установленными ранее.

Масса фиксированного кольца до испытания Мд= 56.456 грамма

Масса фиксированного кольца после испытания Мп = 56.456 грамма

Tм =

f - коэффициент трения.

Рис. 9.1. График изменения коэффициента трения

Рис. 9.2 Поверхность вращающегося кольца

Рис. 9.3 Пятно контакта фиксированного кольца

Эксперимент № 7 проводился на чистом масле с введением в него состава ММПТ.

Мд = 56,441г

Мп = 56,443г

Tм =

Рис. 10.1. График изменения коэффициента трения

Рис. 9.2. Поверхность вращающегося кольца

Рис. 9.3 Пятно контакта фиксированного кольца

Результатом стал прирост кольца в массе на 0,002г.

3.4.4 Выработка оптимальной концентрации содержания углерода в абразивном включении из шунгита.

Эксперимент № 8.

В данном случае и в дальнейшем, эксперимент проводился при оптимальных условиях, установленными ранее. В масло были введены абразивные включения шунгита, с концентрацией до 30% и размерами частиц до 5 мкм. Содержание углерода в шунгите - 90%.

Мд = 56,526г

Мп = 56,525г

Tм=

Рис. 11.1. График изменения коэффициента трения

Рис. 11.2. Поверхность вращающегося кольца.

Рис. 11.3. Пятно контакта фиксированного кольца.

Эксперимент № 9

В масло были введены абразивные включения шунгита, с концентрацией до 30% и размерами частиц до 5 мкм. Содержание углерода в шунгите - 60%.

Мд = 56,491г

Tм=

Рис. 12.1 График изменения коэффициента трения

Рис. 12.2 Поверхность вращающегося кольца

Рис. 12.3 Пятно контакта фиксированного кольца

Эксперимент № 10.

В масло были введены абразивные включения шунгита, с концентрацией до 30% и размерами частиц до 5 мкм. Содержание углерода в шунгите - 30%.

Мд = 56,514г

Мп = 56,512г

Tм=

Рис. 13.1 График изменения коэффициента трения

Рис. 13.2 Поверхность вращающегося кольца.

Рис. 13.3 Пятно контакта фиксированного кольца

3.4.5 Выработка оптимальной концентрации абразивных включений в составе ММПТ.

Эксперимент № 11. В масло была введена смазочная композиция ММПТ на основе серпентинита с 10% концентрацией абразива на основе шунгита.

Мд = 56,406г

Мп = 56,408г

Тм=

Рис.14.1 График изменения коэффициента трения

Рис. 14.2 Поверхность вращающегося кольца

Рис. 14.3 Пятно контакта фиксированного кольца

Эксперимент № 12. В масло была введена смазочная композиция ММПТ на основе серпентинита с 20% концентрацией абразива на основе шунгита.

Мд = 56,544г

Мп = 56,542г

Тм=

Рис. 15.1 Изменение коэффициента трения

Рис. 15.2. Поверхность вращающегося кольца

Рис. 15.3 Пятно контакта фиксированного кольца

Эксперимент № 13. В масло была введена смазочная композиция ММПТ на основе серпентинита с 30% концентрацией абразива на основе шунгита.

Масса до = 56,519 г

Масса после = 56,518 г

Тм=

Рис. 16.1. график изменения коэффициента трения

Рис. 16.2 Поверхность вращающегося кольца

Рис. 16.3 Пятно контакта фиксированного кольца

4. Обсуждение результатов

На основании литературного обзора (п. 2.6.1.) концентрация вводимого абразива в смазочный материал, без потери качества работы, составляет до 36%, при условии что его дисперсность не превышает 5 мкм. Были проведены испытания по определению количества вводимого фуллереноподобного абразива, а так же концентрации в нём углерода. Экспериментальным путём получено, что оптимальным количеством содержания С в шунгите является 30%. Оптимальная же концентрация шунгита в смазочной композиции ММПТ равна 10%. При таких концентрациях наблюдается прирост в массе образца (кольца), а так же улучшение триботехнических свойств, в сравнении с контрольным экспериментом на чистом масле и чистом масле с добавлением состава ММПТ. Рис 14.1. и 14.3. наглядно иллюстрируют снижение коэффициента трения и улучшение поверхности трения соответственно.

5. Выводы

. Экспериментальным путём доказано положительное влияние геоматериалов, на освное шунгита и серпентенита, на триботехнические свойства пар трения.

. Экспериментальным путём доказано, что включение фуллереноподобных материалов в антифрикционно - восстановительный состав ММПТ положительно влияют на его триботехнические свойства.

. На основании полученных результатов было предложено, что наиболее эффективным абразивным включением для серпентинитов является фулеренноподобный минерал с содержанием углерода до 30% и вводимой концентрацией 10%.

6.      Безопасность жизнедеятельности и промышленная экология

Разработка мероприятий по снижению запылённости воздуха (местная, общеобменная вентиляция, герметизация и т.п.) Расчёт требуемого воздухообмена.

Запыленность воздуха - важнейший экологический фактор, сопровождающий нас повсюду. Пылью считаются любые твердые частицы, взвешенные в воздухе. Безвредной пыли не существует. Экологическая опасность пыли для человека определяется их природой и концентрацией в воздухе. Пыли можно подразделить на две большие группы: мелкодисперсная пыль, состоящая из легких и подвижных частиц, и крупнодисперсная пыль, состоящая из тяжелых и малоподвижных частиц. Отложения пыли являются источником вторичного загрязнения воздуха.

Одним из наиболее эффективных способов профилактики является снижение запыленности воздуха в рабочей зоне и поддержание на уровне предельно допустимых концентраций (ПДК) путем:

·   применения технологических процессов и оборудования, снижающих или исключающих пылеобразование

·        предупреждение пылеобразования при разрушении, дроблении, измельчении и обработке пылящих материалов путем их увлажнения и орошения водой

·        предупреждение проникновения пыли в воздух путем ее улавливания или подавление в специальных аппаратах

Коагуляция и осаждение из воздуха рабочей зоны паром или водой за счет общественной вентиляции.

Мероприятия по снижению запыленности воздуха в помещениях

. Механизация всех процессов, связанных с помолом, дроблением, просевом и перемещением пылящих (и газообразных) веществ.

. герметизация аппаратуры,

замена сухих способов работы влажными: влажное бурение породы в шахтах и рудниках, влажная шлифовка и точка изделий и т. п.

. изменение технологического процесса, заменив, например, очистку литья песком - очисткой водой под давлением (гидравлическая очистка) или заменив песок дробью.

. вентиляция.

. выделение запыленных участков в особое помещение.

. Пол и стены в производственных помещениях должны быть ровными, гладкими, не иметь выбоин, в которых бы скапливалась пыль, чтобы их легко можно было вымыть.

. Надлежащая санитарная уборка рабочего помещения является мероприятием, имеющим очень большое значение в борьбе с запыленностью воздушной среды. (пылесосом, или влажная уборка)

Нормирование осуществляется ГН 2.2.5.696-98 и ГОСТ 12.1.005-88, при этом нормирование для наружного воздуха в десятки раз меньше, чем внутри. Нормирование зависит от процентного содержания SiO2 в пыли.

Вентиляция - это совокупность устройств и мероприятий для обеспечения нормального воздухообмена в помещениях. Системы вентиляции поддерживают допустимые метеорологические параметры в помещениях различного назначения.

Вентиляционные системы делят на несколько типов:

1. по способу циркуляции воздуха: естественные и принудительные (механические);

2.      по назначению: приточные и вытяжные;

.        по зоне обслуживания: общеобменные и местные;

.        по конструкции: канальные и бесканальные.

Естественная вентиляция (В системах воздухообмена с естественной тягой перемещение воздуха происходит вследствие различных факторов: разности температуры атмосферного и комнатного воздуха (аэрация); разности давлений "воздушного столба" между нижним уровнем (обслуживаемым помещением) и верхним уровнем - вытяжным устройством, установленным на кровле здания; в результате «ветрового» давления)

Механическая вентиляция.

Механические системы вентиляции работают на базе вентиляционного оборудования и различных приборов, позволяющих перемещать воздух на значительные дистанции. Их работа может требовать весьма значительных затрат электроэнергии.

Приточная и вытяжная вентиляция

Для подачи свежего воздуха в помещения взамен удаленного используют приточную вентиляцию. Системы вытяжной вентиляции удаляют отработанный воздух из помещений. Приточная и вытяжная системы могут быть организованы и на рабочем месте (местная) и для всего помещения (общеобменная).

Местная вентиляция. При местной вентиляции воздух подается на определенные места (местная приточная система), а удаляется только от мест образования вредных выделений (местная вытяжная система). Местной вентиляцией называется такая, при которой воздух подают на определенные места (местная приточная) и загрязненный воздух удаляют только от мест образования вредных выделений (местная вытяжная).

Однако и они не могут решить всех задач - например, удаления выделений, рассредоточенных на значительной площади или в объеме. В таком случае используют общеобменные типы вентиляционных систем.

Общеобменная вентиляция. Общеобменная приточная вентиляция. Система устраивается для ассимиляции избыточного тепла и влаги, разбавления вредных концентраций паров и газов, которые не были удалены местной или общеобменной вытяжной вентиляцией. Она также обеспечивает соблюдение расчетных санитарно-гигиенических норм и свободное дыхание в рабочей зоне. Общеобменная вытяжная вентиляция. Самым простым типом вытяжной общеобменной вентиляции является вентилятор (как правило, осевой), расположенный в окне или в отверстии стены. Он удаляет воздух из ближайшей к нему зоны, осуществляя общий воздухообмен. Иногда система имеет вытяжной воздуховод.

Канальная и бесканальная вентиляция

Канальные системы - . имеют разветвленную сеть воздуховодов для перемещения воздуха. Бесканальные системы - вентиляционные каналы отсутствуют (если вентилятор установлен в стене (перекрытии), при естественной вентиляции и т.д.

Любая система вентиляции характеризуется четырьмя признакам: назначением, зоной обслуживания, способу перемещения воздуха и конструктивному исполнению.

Расчёт требуемого воздухообмена.

Рассчитаем необходимый объём воздухообмена в помещении на примере лаборатории, в которой производились опыты по дипломному проекту.

Согласно СНиП 41-01-2003, для определения требуемой производительности необходимо рассчитать два значения воздухообмена: если характер и количество вредных примесей (веществ) не поддаются учету, то воздухообмен определяют по кратности, и второй, по количеству людей, после чего выбрать большее из этих двух значений.

1.      Расчет воздухообмена по кратности:

= V_пом * K_р (м³/ч)

Где V_пом - объем помещения, м³;

К_р - минимальная кратность воздухообмена, 1/ч, (для механических мастерских принимают 3-5)

,

где A - длина помещения, B - ширина, H - высота.

A=10 м

B=8 м

H=3,2 м

.        Расчет воздухообмена по количеству людей:

L = N * Lнорм

где - требуемая производительность приточной вентиляции, м³/ч;- количество людей;норм - норма расхода воздуха на одного человека:.      в состоянии покоя - 20 м³/ч; .        работа в офисе - 40 м³/ч; .    при физической нагрузке - 60 м³/ч.

В лаборатории находятся единовременно до 5ти человек, тогда:

Необходимое количество воздухообмена 1280

Оценка экологичности разрабатываемого проекта.

Рассмотренные в дипломной работе геоматериалы, используемые в качестве добавок в моторное масло, сами по себе не несут какого-либо экологического вреда, т.к. размер частиц порошка, из которого производят смазочную композицию, для дальнейшего её применения в качестве добавки, не превышает 100 мкм, а их концентрация в смазочном материале не превышает 0,4% (по массе). Изготавливается в основном из природного материала, такого как серпентиниты - группа минералов, магниево-железистые гидросиликаты. В целом экологичность напрямую зависит от того смазочного материала, его характеристик и свойств, который используется в трибообъекте.

При проведении испытаний было использовано моторное масло М-8В, которое отвечает ГОСТ 10541-78, где все параметры не превышают допустимых значений и не несут угрозы экологии.

Действие персонала при сигнале о радиоактивном заражении.

Определение режима работы смен на предприятиях, оказавшихся в зоне радиоактивного заражения.

Для определения режим работы объекта, исключающего облучение людей дозами выше допустимых, необходимо располагать следующими исходными данными:

Уровнем радиации в момент заражения объекта, р/ч;

Временем, прошедшим после взрыва до начала заражения, часы;

Допустимой дозой облучения, р;

Коэффициентом защищенности «С».

Рабочие и служащие объектов, находящихся на радиоактивно зараженной территории, в течении суток будут неоднократно менять свое местонахождение (производственные помещения, транспорт, жилые дома и т.п.). в этих случаях степень защищенности людей от действия излучений численно оценивается коэффициентом защищенности «С» за период одних суток. Величина коэффициента «С» определяется продолжительностью пребывания людей на открытой местности и в сооружениях различного типа, а также защитными свойствами этих сооружений по ослаблению радиации.

Коэффициент защищенности «С» показывает во сколько раз доза радиации, накопленная личным составом за сутки при установленном режиме работы, меньше дозы, которую он получил бы при нахождении открыто на зараженной местности.

После уточнения радиационной обстановки работу предприятий на зараженной местности следует планировать в соответствии с приводимыми ниже рекомендациями для трех зон заражения.

Зона А - зона умеренного заражения.

Уровни радиации на внешней и внутренней границах зоны составляют соответственно:

Через 1 час после взрыва - 8 и 80 р/ч;

Через 2 часа после взрыва - 3,5 и 35 р/ч;

Через 3 часа после взрыва - 2 и 20 р/ч;

Через 5 часов после взрыва 1 и 10 р/ч.

Уровень радиации, являющийся средним между уровнями на границах зоны, следует отнести к середине зоны. Предприятия, оказавшиеся в зоне А, работу не прекращают и с момента заражения местности режим работы не изменяют. В отношении части персонала этих предприятий, который привлекается к работе на открытой местности, рекомендуется:

При расположении предприятий вблизи внешней границы зоны А, действия персонала определенным режимом не ограничивать;

При расположении предприятий около середины зоны и особенно вблизи от внутренней границы персонал на несколько часов укрывается.

Зона Б - зона сильного заражения

Уровни радиации на внешней и внутренней границах зоны составляют соответственно:

Через один час после взрыва - 80 и 240 р/ч;

Через 2 часа после взрыва - 35 и 100 р/ч;

Через 3 часа после взрыва - 20 и 60 р/ч;

Через 5 часов после взрыва - 10 и 30 р/ч;

Через 10 часов после взрыва - 5 и 15 р/ч.

Предприятия, оказавшиеся в зоне В, продолжают работу в нормальном режиме за исключением объектов, обслуживающий персонал которых работает на открытой местности.

На таких объектах работы на открытой местности должны быть прекращены на период не менее 4 - 8 часов с момента заражения местности, а рабочую смену на это время необходимо укрыть в зданиях, укрытиях или убежищах. Время возобновления работ и продолжительность рабочих смен определяются по соответствующим таблицам.

Зона В - зона опасного заражения.

Уровни радиации в зоне могут составить:

Через 1 час после взрыва - от 240 р/ч и более;

Через 2 часа после взрыва - от 100 р/ч и более;

Через 3 часа после взрыва - от 60 р/ч и более;

Через 5 часов после взрыва от 30 р/ч и более;

Через 10 часов после взрыва - от 15 р/ч и более.

Предприятие, оказавшееся в зоне В, прекращает на какое-то время работу (сроки рассчитываются по соответствующим таблицам).

Действие персонала при сигнале о радиоактивном заражении.

При сигнале о радиоактивном заражении руководитель должен:

·        Внимательно прослушать экстренное сообщение;

·              Записать улицы и объекты, попадающие в зону заражения, а также направление и места эвакуации;

·              Твердо знать, в каком месте находится ваш объект;

·              Если объект попадает в зону заражения: оповестить весь персонал согласно плану оповещения, установленным заранее.

·              Постоянно прослушивать городские программы радиовещания и телевидения для получения информации управления по делам ГОЧС по вопросам РЗМ (радиоактивного заражения местности)

·              Через управление по делам ГОЧС организовать периодическое (через 1 час или другой промежуток времени) получение информации об уровне РЗМ в районе объекта

·              Выдать сотрудникам СИЗ, организовать, при необходимости, изготовление ватно-марлевых повязок

·              Подготовиться к отключению вентиляционных систем и кондиционеров, создать на объекте запасы материалов для герметизации помещений, запас воды в герметичной таре, быть в готовности к эвакуации

·              Организовать накопление необходимых количеств препаратов стабильного йода, аптечки АИ2.

·              Обеспечить постоянное взаимодействие с управлением по ГОЧС и комиссией по ЧС муниципального образования

·              Сократить до минимума выход персонала из помещений на открытую местность, в случае выхода применять средства защиты органов дыхания и кожи. Режим поведения в сложившихся условиях довести до персонала объекта

·              Уточнить через управление по делам ГОЧС планируемую необходимость (целесообразность, возможность) эвакуации персонала объекта (постоянный, переменный состав, посетителей) и порядок дальнейших действий

Порядок укрытия персонала в защитных сооружениях.

При возникновении ЧС, связанной с угрозой или началом заражения воздуха АХОВ, радиоактивными веществами или по сигналу «Воздушная тревога», весь персонал подлежит укрытию в ЗС. При получении информации о радиационной опасности, укрытие персонала проводить в помещении, обеспечивающем ослабление мощности дозы излучения.

Порядок выдачи персоналу средств индивидуальной защиты (СИЗ)

Выдача персоналу СИЗ производится после получения соответствующего распоряжения или по решению руководителя предприятия в заранее указанном месте.

Работники, получившие СИЗ, должны проверить их состояние, произвести подгонку и иметь их постоянно при себе или на рабочем месте.

Перевод противогазов в боевое положение осуществляется по команде или самостоятельно при наличии опасности заражения воздуха.

7.      Обоснование экономической эффективности дипломной работы

В условиях недостатка финансовых средств у большинства населения, определенного дефицита доступных качественных топливно-смазочных материалов проблема поддержания в работоспособном состоянии отечественной и импортной техники может быть во многом решена за счет применения специальных ремонтно-эксплуатационных препаратов, содержащих геомодификаторы.

В данном разделе дипломного проекта производятся расчёты, связанные с экономическим обоснованием проводимого исследования о влиянии геоматериалов на триботехнические свойства пар трения.

Технико-экономическое обоснование эффективности использования технологии, разработанной на основе составов «ММПТ» на примере проведения ремонтно-восстановительных работ двигателей внутреннего сгорания: ВАЗ-2101-09, ВАЗ-21213, ГАЗ-3110, ГАЗ-33122, М-21412, в сравнении с традиционным ремонтом.

- расчет выполнен исходя из необходимости проведения капитального ремонта ДВС через 120'000 км пробега в ценах 2011 г..

К пробегу 150 000 км авто владелец обработав ДВС своего автомобиля 3 раза с промежутком через каждые 50’000 км получает следующую экономию

1.      ВАЗ-2101-09 С_кр - С_АМ = 17800-8500 = 9300 руб.

2.      ВАЗ-21213, М-21412 С_кр - С_АМ = 18600-8900 = 9700 руб.

.        ГАЗ-3110, ГАЗ-33122, М-21412 С_кр - С_АМ = 22800-12500 = 10300 руб.

Расчет экономической эффективности работ по ЭРС (энергоресурсосберегающая) -технологии ( с применением ММПТ) на ж/д транспорте (на примере электровозов ЧС2;ЧС7, тепловозов ТЭ-10 с дизелем 10Д100)

Тяговый транспорт, применяемый на ж/д, в основном состоит из парка тепловозов и электровозов со сроком эксплуатации 20 - 25 лет. Таких машин на сегодня около 65% от всего количества. Технические показатели работоспособности таких машин очень низкие из-за большого износа отдельных узлов и деталей. Основные "больные узлы" ж/д транспорта это: подшипники, карданные передачи, валы и реборды колес. В состоянии, далеком от паспортных характеристик, находятся и двигатели (дизели, электродвигатели).

Ремонты традиционными способами уже не эффективны и только оттягивают сроки окончательного выхода из строя. Традиционные ремонты сегодня заключаются либо в замене изношенных узлов на новые (чаще восстановленные), либо в применении технологии восстановления (в основном, плазменное напыление). Но эти процессы весьма дорогостоящи и сложны, требуют много времени, привлечения квалифицированных специалистов и сложного оборудования.

Эффективность таких ремонтов весьма спорна из-за вышеперечисленных причин. Сюда накладываются и затраты на простои техники на время ремонта.

В процессе эксплуатации такой техники мы получаем и большие затраты на потребление электроэнергии, топлива, смазывающие материалы и масла.

Рассмотрим эти расходы на примере электровозов ЧС-2;ЧС-7 и дизелей 10-Д100.

Электровозы ЧС2;ЧС7:

При дежурном ожидании 1 эл./в потребления за1час:

ЧС2 - 33кВт*ч; ЧС7 -50кВт*ч, что составляет 716400кВт*ч за 1месяц.

При стоимости 1 кВт*ч = 0,30руб. на тягу -216 тыс.руб.

Для подсушки изоляции мотор-вентиляторы потребляют порядка 85тыс.кВт*ч в месяц, что составляет около 25,6 тыс.руб.

Итого, два электровоза потребляют электроэнергии на сумму порядка 250 тыс.руб.ежемесячно

Тепловозы ТЭ-10 с дизелем 10Д100:

Удельный расход топлива (max) =174 кг/ч

Часовой расход х/х (tмасла"700С) = 28 кг/ч

За месяц потребления топлива только на х/х составляет около 20т.

При стоимости дизельного топлива 4000руб. за 1т общая стоимость = 80 тыс.руб. в месяц на х/х дизеля или около1 млн.руб. в год на одну машину.

Рабочий удельный расход на одну машину в год составляет около 1,5тыс. тонн или 6,1 млн.руб.

Сюда нужно добавить расход дизельного масла при его стоимости порядка 7 тыс.руб./т.

Такая, примерно, картина затрат на работу машин.

Если учесть, что в среднем ТОЗ проводят через каждые 12,5 тыс.км, а ТР1 через каждые 25тыс.км, то годовые затраты еще более увеличатся.

Предлагаемый способ ремонтов и восстановления изношенных узлов и деталей - ЭРС-технология - позволяет существенно упростить процессы ремонтов и обслуживания, а также сократить и затраты при дальнейшей эксплуатации механизмов.

ЭРС-технология - безразборный метод восстановления изношенных поверхностей металлических деталей способом выращивания МКЗС (металлокерамического защитного слоя) на основе кристаллической решетки изношенных поверхностей металлов.

Из вышеуказанного следует, что только экономический эффект от потребления энергоносителей составит:

по эл.возам - около 300 тыс.руб. в год на 1 машину;

по тепловозам - около 600 тыс.руб. в год на 1 машину

Вывод

На основании вышеизложенного можно сделать следующее заключение о целесообразности применения ММПТ в качестве ремонто-восстанавливающих препаратов ответственных деталей узлов машин и механизмов:

1.   Препараты группы ММПТ в настоящее время широко распространены на современном товарном рынке из-за своей доступности, и на первый взгляд, кажущейся простоте применения созданных на их основе СК (смазочная композиция) (1 кг поделочного камня «Змеевик» являющийся исходным сырьем, стоит на рынке С-Петербурга от 25 рублей).

2.   После обработки составами «ММПТ» в результате оптимизации зазоров и снижения механических потерь за счет формировании в процессе сложных физико-химических реакций на поверхности пар трения, данная технология позволяет добиться следующих результатов:

- экономия топлива от 3 до 15%

увеличение ресурса смазывающих материалов в 1.5 раза

увеличение износостойкости трущихся поверхностей 1,5-2 раза

восстановить изношенные поверхности до размеров паспортных

исключить время на простои, связанные с операциями сборки и разборки

увеличение ресурса в 2 - 3 раза

уменьшение расхода масла до 30%

увеличение мощности до 10%

- экономическая эффективность такого ремонта составляет до 50

8.   Список литературы

1.     Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2-х кн./Под ред. И. В. Крагельского и В.В. Алисина. М., Машиностроение. Кн. I. 1978. 400 с.; Кн. II. 1979. 358 с.

2.      Гаркунов Д. Н. Триботехника. Износ и безызносность: Учебник. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: «Издательство МСХА», 2001, 616 с, ил. 280.

.        А.В. Чичинадзе, Э.М. Берлинер, Э.Д. Браун. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника)./Под общ. ред. А.В. Чичинадзе. М.: Машиностроение. 2003, 576 с.

4.      Комбалов В.С. Методы и средства испытаний на трение и износ конструкционных и смазочных материалов: Справочник. М.: «Машиностроение», 2007, 384 с.

5.      Кутовой В. А. Впрыск топлива в дизелях.- М.: Машиностроение, 1981-119 с, ил.Двигатели внутреннего сгорания: Учеб, для вузов по спец,. «Строительные и дорожные машины и оборудование»/Хачиян

6.      А.С., Морозов К. А., Луканин В. Н. и др.; Под ред. В. И. Лукаиина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1985. -311 с, ил.

Руководство по ремонту, эксплуатации и техническому обслуживанию дизельных двигателей легковых и грузовых автомобилей . - М.: Петит, 2006. 384 с.

.       Колесник П. А. Материаловедение на автомобильном транспорте : учебник для студ. высш. учеб. заведений / П. А. Колесник, В.С. Кланица. - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 320 с.

8.      http.// www.ХиМиК. ru/ силикаты.

.        Пономаренко А.Г., Чигаренко Г.Г., Барчан Г.П. О механизме образования полимеров трения в смазочных маслах. // Химия и технология топлив и масел. - 1981, № 9, с. 43-45.

.        Чигаренко Г.Г., Пономаренко А.Г., Барчан Г.П. . Трибологические процессы в органических средах. // Химия и технология топлив и масел. - 1982, № 3, с. 35-37.

.        Барчан Г.П., Чигаренко Г.Г., Пономаренко А.Г. и др. Радикальные процессы при трении. // Трение и износ. - 1983 (4), № 2, 194 - 201

.        Шабанов А.Ю. «Очерки современной автохимии. Мифы или реальность?» - Спб.: Иван Федоров, 2004. 216 с., ил.

13.    Кужаров А.С., Онищук Н.Ю. Металлоплакирующие смазочные материалы/ Долговечность трущихся деталей машин: сб. науч. трудов -вып. 3 М: Машиностроение- 1988 с-96-143.

.        А.В. Ващенок, В.В. Казарезов и др. Серпентиниты в триботехнике// «Аналитические идеи, методы, технологии» №1, 2002г. С. 43-50.

.        Маринич Т.Л., Френкель Ш.Т., Зима С.Н. и др. Способ формирования сервовитной пленки на трущихся поверхностях и состав для формирования сервовитной пленки на трущихся поверхностях. А.с. 1601426 от 09.01.1987г.

16.    Маринич Т.Л., Титов Н.М., Ксенофонтова И.Н. и др. Твердосмазочное покрытие. Патент РФ № 2043393 от 25.09.1991.

.        Никитин И.В., Пустовой И.Ф., Червоненко Ю.А. Состав для модифицирования металлов и восстановления металлических поверхностей. Патент РФ № 2169208 от 31.08.2000г.

18.    Пустовой И.Ф. Влияние нанокерамического материала «Форсан» на

износостойкость материалов используемых в подшипниках коленчатых валов тепловоз ных дизелей. Триболоия и Надежность Труды VII Международной конференции ( Санкт- Петербург.2007г. стр.79.)

.       Пустовой И.Ф. - «Отличие РВС от присадок» Журнал «Индустрия» 2001г.

20.    Пустовой И.Ф. - «Эффективность применения комплексных технологий для увеличения срока службы двигателей внутреннего сгорания » II Международная научно-практическая конференция (г.Санкт-Петербург 2007г стр.104.).

.        Пустовой И.Ф.,Городецкий В.Ф.,Шабанов Ю.А.,Сидоров А.А. - «Технология обработки «Автоминерал» для высокооборотистых автомобильных двигателей» Журнал «Двигателестроение №1» 2007г. стр.46.г.Санкт-Петербург.

.        Калинин Ю.К.,Калинин А.И.,Скоробогатов Г.А., «Шунгиты Карелии для новых стройматериалов, в химическом синтезе, газоочистке, водоподготовке и медицине»(г.Санкт-Петербург 2008г. стр.30-103.)

23. Р.М. Матвиевский , И.А.Буяновский ,О.В.Лазовская . Противозадирная стойкость смазочных сред при трении в режиме граничной смазки. Издательство «Наука» г.Москва 1978г

.       Н.А. Буше , В.В. Копытько - Совместисоть трущихся поверхностей . Издательство «Наука» Москва 1981г.

. В.Д. Зазуля и др . Словарь - справочник по трению , износу и смазке деталей машин . г. Киев «Наука Думка» 1990г.

. В.Н. Половинкин и др. Антифрикционная противоизносная добавка в смазочные материалы минерального происхождения (геомодификатор трения). - Электронный журнал «Трение, износ и смазка», 1999г.

.В.В.Зуев Использование минералов в качестве модификаторов трения. - Обогащение руд. - 1993г.