Современные возможности защиты от фрикционного, абразивного, эрозионного, вибрационного и коррозионного износа машин, механизмов, здани
Современные возможности защиты от фрикционного, абразивного, эрозионного, вибрационного и коррозионного износа
машин, механизмов, зданий и сооружений
Предлагается новый подход к обеспечению противоизносной эффективности смазочных материалов - целенаправленное создание надежного граничного смазочного слоя, исключающего опасность износа при пробоях разделительного слоя. Перевод всех видов механического оборудования и техники в режим безызносной эксплуатации с обслуживанием по вибродиагностическим показаниям (вместо планово-профилактического обслуживания по регламенту), надежная защита техники и конструкций от коррозии позволит разрешить общие для России, стран СНГ и всех развивающихся стран проблемы надежности эксплуатации в условиях предельного износа; снижения издержек и повышения рентабельности; ресурсо-энергосбережения. Переход к безызносной эксплуатации в сочетании с обслуживанием по диагностическим показаниям придаст новый импульс развивающимся экономикам, поскольку мировая практика показывает, что, в этой ситуации, 1 рубль инвестиций дает экономию в 500 рублей. Противоизносная эффективность полимерных материалов на основе полиуретана и полимочевины значительно возрастает при изготовлении, на их основе, твердосмазочных покрытий и самосмазывающихся конструкционных материалов.
Введение
Трибология России, в течение
десятилетий выполняла
Продемонстрированная, в свое время, У.Б. Харди и подтвержденная А.С. Ахматовым [1] возможность целенаправленно формировать защитный поверхностный смазочный слой и получать режим аномально низкого трения нашла свое продолжение в ряде интересных независимых работ. Достигнутый уровень исследований и разработок позволяет утверждать, что в отечественной трибологии сформировался оригинальный подход к обеспечению надежной защиты поверхностей трения от износа.
Эффективность защиты
от износа с помощью
Научное значение предлагаемого подхода обусловлено тем, что он стимулирует развитие трибологии на самом современном уровне, с широким привлечением отечественных нанотехнологий. Практическая ценность достижений российских ученых заключается в том, что появляется возможность перевода всех видов механического оборудования в режим безызносной эксплуатации. В результате, отпадает необходимость планово-профилактического обслуживания по регламенту, появляется объективная востребованность массового применения средств трибодиагностики, чем обеспечивается достаточная надежность эксплуатации оборудования, даже в условиях предельного износа, с одновременным значительным снижением стоимости эксплуатации.
p align="justify">Наш анализ рыночной конъюнктуры в области смазочных материалов показывает, что на мировом рынке складываются все более благоприятные условия для того, чтобы предпринять попытку целенаправленного массового вывода российской инновационной продукции, направленной на достижение безызносности, на рынки развивающихся стран, что послужит примером инновационных преобразований в науке и экономике нашей страны.
Усилия мировых производителей смазочных материалов обеспечить условия противоизносной защиты, опираясь на традиционную гидродинамическую модель, привели к росту стоимости масел и смазок до значений, недоступных массовому покупателю в развивающихся странах. Этого следовало ожидать, поскольку создание гидродинамического разделительного смазочного слоя накладывает взаимоисключающие требование заданной вязкости масляного слоя, в границах рабочего температурного диапазона и в течение срока службы масла, и требование быстрого протекания смазки в зазорах между поверхностями трения. Ситуация осложняется тем, что условия эксплуатации техники в развитых и развивающихся странах принципиально различны. Например, в развитых странах поддерживается достаточно высокий уровень качества дорожных покрытий, поэтому автомобили не испытывают ударов и резких сотрясений во время движения. Практикуется аккуратное техническое обслуживание и замена автомобилей по мере морального износа, вследствие чего износ двигателей и трансмиссии, в основном, не превышает половины ресурса.
В России и в других развивающихся странах качество дорожного покрытия намного хуже, а износ механических узлов превышает 50% ресурса. Известно, что, в процессе износа любых механических узлов, величина вибропараметров: виброперемещения, виброскорости и виброускорения, - возрастает в 30-100 раз. Поэтому, с первых метров пробега по российским дорогам, двигатели, трансмиссия и другие узлы автомобилей испытывают удары из-за неровностей на дорогах, а подавляющее большинство техники подвергается усиленному вибрационному воздействию. Все это вызывает пробои гидродинамического разделительного слоя смазки и заставляет узлы трения работать в режиме граничной смазки.
Пакеты антифрикционных, противоизносных и противозадирных присадок, применяемые в зарубежных маслах и закупаемые отечественными производителями смазочных материалов, не рассчитаны на столь жесткие режимы эксплуатации. В то же время, принципиальные возможности обеспечения безызносности, продемонстрированные исследователями избирательного переноса, уникальных свойств серпентинитов, трибополимеров, эпиламов, фторорганических, хлорорганических материалов и других средств защиты поверхностей трения, создают реальную основу для завоевания Россией конкурентных позиций на рынке смазочных материалов развивающихся стран.
Речь идет о целенаправленном
переносе акцента с усилий по созданию
адекватного разделительного
Антифрикционная
Эффективность предлагаемого
подхода наглядно подтверждается результатами
испытаний антифрикционной
В действии АРВК можно выделить следующие фазы:
- очистка, микрошлифование
поверхностей трения и
- распределение силиката
магния в приповерхностном
- образование антифрикционного и противоизносного эффекта на контактирующих поверхностях за счет уменьшения шероховатости до Ra=0.1-0.15 мкм, выравнивания твердости обеих поверхностей на уровне HRC 56-60 и формирования трибополимерного слоя.
Интенсивность внедрения
силиката магния в поверхность пропорциональна
локальному давлению в пятне контакта.
Поэтому вызванные износом
Лабораторные измерения и натурные испытания АРВК на действующем оборудовании тепло-электростанций, на металлорежущих станках, на двигателях и трансмиссии автомобилей показали, что АРВК совместима с любыми маслами. Во всех случаях, противоизносная эффективность любого самого дешевого масла поднималась до уровня, превышающего уровень лучших импортных моторных масел (рис. 1). В частности, на рис. 1 верхняя кривая соответствует глубине износа канавки, при истирании ролик по пластине на машине трения Шкода-Савина, для самого дешевого минерального моторного масла, а нижняя кривая получена после добавления АРВК в это же масло [3]. В отличие от обычных масел, на нижней кривой мы не видим зависимости глубины износа от времени.
При натурных испытаниях, восстановительный эффект серпентинитов проявляется в том, что размеры изношенных деталей подшипников качения, цилиндро-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания и компрессоров, редукторов и т.д. возвращаются к исходному значению, что проявляется в снижении вибрации механических узлов, восстановлении компрессии в цилиндрах, в уменьшении биения деталей на станках, в снижении температуры саморазогрева поверхностей трения.
В мировой практике принято оценивать степень износа любых механических узлов по уровню их вибросостояния. Характерным примером восстановления ресурса, возврата степени износа механических узлов к исходному состоянию является снижение уровня всех вибропараметров подшипников бустерного насоса БЭН9А на ТЭЦ-21 (рис. 2).
Противоизносная эффективность и восстановительный эффект АРВК сохраняются при добавлении композиции в пластичные смазочные материалы. В качестве исходного варианта для разработки пластичного смазочного материала с основными потребительскими характеристиками, соответствующими мировому уровню или превышающими его, была выбрана разработка ЭЛиНП-а: смазка пластичная «Политерм-многоцелевая» ТУ 0254-001-40439881-99.
Испытания, проведенные в ОАО «Московский подшипник», показали, что смазка «Политерм-многоцелевая» в 4 раза превосходит по времени работоспособности «Литол-24», в обычных условиях, и в 8 раз, при повышенной температуре. Рабочий температурный диапазон смазки -60 - +250 градусов Цельсия, повышенная стойкость к вымыванию и действию агрессивных сред. В таблице 1 приведены результаты испытаний смазки.
Таблица 1
Технология антифрикционной ресурсовосстанавливающей обработки (АРВО) механических узлов путем внесения АРВК в масла, смазки и топливо
3.1. Автотракторная техника,
большегрузные самосвалы,
Добавление 20 мл АРВК в литр любого, самого дешевого масла, повышает износостойкость до значения, в 2 раза превышающего показатели лучших импортных масел, что приводит к увеличению в 2-3 раза срока службы до капитального ремонта любого механического оборудования: двигателей внутреннего сгорания, трансмиссии, компрессоров, редукторов, приводов, гидравлических систем, всех видов подшипников. При этом, непосредственно в процессе эксплуатации, происходит восстановление формы и размеров взаимодействующих деталей. В результате, восстанавливается и выравнивается по цилиндрам компрессия в двигателях внутреннего сгорания и в компрессорах, соответственно, восстанавливается крутящий момент двигателей и производительность компрессоров, уменьшается на 4-6% потребление топлива и количество вредных выбросов, уменьшается на 10% потребление электроэнергии; уменьшается вибрация и температура саморазогрева подшипников, редукторов и других узлов.
АРВК для топлива
При обкатке новых двигателей
внутреннего сгорания или двигателей
после капитального ремонта наблюдается
восстановительно-
В качестве примера, рассмотрим
цитату из отчета о проведении приемо-сдаточных
испытаний дизелей УТД-20 на 81 бронетанковом
ремонтном заводе в г. Армавире: «Анализ
результатов измерения
- крутящий момент
- мощность
Снизились значения:
- удельного расхода топлива
- удельного расхода масла
- вибрации, в среднем,
- дымности
Полученные результаты по вибрации соответствуют требованиям международного стандарта ISO 2372; показатели дымности отработавших газов выпуска соответствуют требованиям стандарта ЕВРО–2».
Рис. 1
Эффективность применения АРВК во время эксплуатации сельхозтехники подтверждена испытаниями, проведенными в ФГУ «ЦМИС», что отражено в протоколе № 13-26-04 (4230212) от 7 декабря 2004 г. Выдержка из протокола: « Испытаниями установлено, что введение антифрикционной ресурсовосстанавливающей композиции АРВК в двигатель Д-240 зав.№ 158718 трактора МТЗ-82 зав. № 006135 1975 года выпуска после наработки 228 мч повысило компрессию в цилиндрах двигателя с 18 кг/см2 до 20…21 кг/см2 и улучшило мощностные и топливно-экономические показатели двигателя: максимальная мощность двигателя в комплектации, соответствующей эксплуатационной мощности повысилась на 3,7 кВт; при этом часовой расход топлива снизился на 0,29 кг/ч, а удельный - на 39 г/кВт•ч. Испытаниями установлено, что АРВК способствует очистке двигателя…»
Эффективность применения АРВК во время обкатки двигателя после капитального ремонта подтверждена испытаниями, проведенными в ФГУ «Северо-Кавказская ГЗМИС», что отражено в протоколе № 11-19В-05 (9110196) от 18 мая 2005 г. Выдержка из протокола: «Испытаниями установлено, что введение антифрикционной ресурсовосстанавливающей композиции АРВК в двигатель с последующей работой дизеля в режиме переменного нагружения в течение 10 часов привело к улучшению показателей:
- повышению компрессии (давления) в цилиндрах двигателя с 20.. .22 кг/см2 до 23.. .24 кг/см2;
- улучшению герметичности
в цилиндропоршневой группе по
показателям полного вакуума
- с 0,7.. .0,83 кг/см2 до 0,93.. .0,95 кг/см2; по
показателям остаточного
- уменьшению расхода картерных газов на 7 л/мин. (9,7 %);
- уменьшению давления картерных газов с 18 до 14 мм вод.ст.;
- увеличению мощности двигателя на 2,8 % при одновременном уменьшении удельного расхода топлива на 3,2 %;
- снижению общих уровней
вибрации направленных
Технология АРВО для автотракторной техники позволяет:
- уменьшить расход ГСМ на 4-6%;
- сократить число всех видов ремонтов механических узлов на 50%;
- увеличить производительность техники на 10-30%;
- значительно улучшить
эксплуатационные
- уменьшить стоимость
эксплуатации техники на сумму,
- довести экологические показатели ДВС до уровня "ЕВРО-2".
Рис. 2
Модификация поверхности вследствие внедрения силиката магния в приповерхностный объем, уменьшение шероховатости поверхности, защитное действие трибополимеров обеспечивают износостойкость, в 2 раза превышающую показатели лучших импортных моторных масел, в рекламе которых гарантируется 340 тыс. км пробега автотранспорта без ремонта двигателя. В ГАБТУ МО РФ проходит массовый эксперимент по определению фактического ресурса двигателей и трансмиссии автомобилей «Волга», обработанных АРВК. После первого внесения АРВК в масло двигателей и трансмиссии достигнуто двойное превышение среднестатистического пробега до капитального ремонта (240 тыс.км). АРВК повторно внесена в масло без прекращения эксплуатации. Наблюдение продолжается.
Однократного добавления
АРВК достаточно для пробега 60 тыс.
км автотранспорта, независимо от замены
масла, или для работы в течение
18 месяцев тракторной техники. Затем
АРВК добавляют повторно. Сочетание
рекордной износостойкости с
периодической
3.2. Электрический транспорт
На электрическом транспорте технология АРВО позволяет перевести в безызносный режим эксплуатации с обслуживанием по вибродиагностическим показаниям подшипники электродвигателей, редукторы, компрессоры, подшипники колесных пар.
В компрессорах всех видов
восстанавливаются кривошипно-
Восстанавливаются все виды тяговых редукторов. В результате обработки гребней колесных пар, ресурс бандажей колесных пар электровозов и электропоездов до обточки увеличивается в 1,5-2,4 раза, в зависимости от исходной толщины бандажей (60-90 мм), снижается интенсивность бокового износа рельсов. Возможно нанесение твердосмазочных покрытий, содержащих АРВК, на гребни колес и боковые поверхности рельсов.
3.3. Энергетическое оборудование
С февраля 2000 г. по технологии АРВО обработаны подшипники качения и скольжения более 300 единиц оборудования АО «Мосэнерго» и ГУП «Мостеплоэнерго». Средняя стоимость обработки единицы оборудования (все 4 подшипника) составила 1000 рублей. Подтверждена возможность повышения надежности эксплуатации:
- бустерных, сетевых, конденсатных и других видов насосов, в частности, решена задача уменьшения скорости износа и улучшения вибросостояния подшипников электродвигателя конденсатного насоса; радиально-упорного подшипника сетевых насосов;
- всех видов тягодутьевого оборудования, в том числе, с принудительной смазкой через маслостанции, с одновременной обработкой опорного подшипника РВП;
- электродвигателей с
консистентной смазкой
- всех видов компрессоров,
с увеличением
Опробована и получила
одобрение новая концепция
- мониторинг вибросостояния оборудования, основанный на регулярном контроле вибропараметров и анализе динамики изменения вибросостояния с помощью постоянно пополняемой компьютерной базы данных;
- коррекцию вибросостояния и степени износа оборудования путем добавления в смазочные материалы АРВК;
- проведение ремонта и
замену механических узлов
- применение универсальной,
высокотемпературной,
- входной контроль всех
поступающих подшипников и
Разработанная концепция позволяет в 10 раз снизить трудозатраты, связанные с осмотром и заменой подшипников и пластичной смазки в них, уменьшить эксплуатационные расходы на 20-40% и направить высвободившиеся средства на перевооружение, тем самым повысить рентабельность и инвестиционную привлекательность отрасли.
Затраты на реализацию концепции окупятся даже, если удастся предотвратить хотя бы одну тяжелую аварию в год. В целом, чистый годовой экономический эффект от увеличения срока службы механических узлов оборудования и снижения затрат на эксплуатацию может достигать 500 рублей на рубль стоимости обработки по технологии АРВО.
Применение технологии АРВО в энергетике позволяет решить следующие задачи:
1. Уменьшение скорости износа подшипников в 2-3 раза после внесения АРВК в смазку работающей установки.
2. Приведение уровня вибрации и температуры саморазогрева, превышающих допустимые пределы, к нормальным значениям, что в несколько раз снижает вероятность тяжелых аварий (разрушение посадочных мест, роторов, статоров и т.д.)
3. Постепенное восстановление
изношенных механических узлов,
4. Уменьшение стоимости эксплуатации оборудования за счет увеличения сроков службы оборудования, исключения тяжелых аварий и за счет реализации разработанной концепции.
5. Улучшение экологических
показателей производства
Решением НТС Департамента
топливно-энергетического
3.4. Металлорежущее оборудование
Проведена обработка металлорежущих
станков, путем добавления АРВК
в масляную систему, (более 50 станков
различных видов) на ЭЗ «Протон», в
государственном космическом
Добавление АРВК к охлаждающей
жидкости в 2-20 раз повышает стойкость
резцов. Влияние АРВК на стойкость
режущего инструмента проверялось
в наиболее жестких режимах, характерных
для операции сверления. Сравнительные
испытания стойкости сверл
Результаты:
1. Введение АРВК в И-20
при сверлении стали 45 увеличило
стойкость сверла в 3-4 раза, крутящие
моменты и силы резания
2. При сверлении стали
1Х18Н9Т с эмульсией и
3. При обработке стали
У8А, в зависимости от
При шлифовании стали 45, введение АРВК в СОЖ позволяет увеличить стойкость шлифовальных кругов из электрокорунда белого в 16 раз; из карбида кремния зеленого – в 2-3 раза. Соответственно, снижается засаливание круга, удельный расход электроэнергии уменьшается, в среднем, в 2-6 раз.
3.5. Повышение
Опыт обкатки коробок
переключения передач и двигателей
внутреннего сгорания, в том числе,
личных автомобилей, свидетельствует
об уникальных возможностях повышения
конкурентоспособности
3.6. Уменьшение опасности техногенных катастроф
Важное место в технологии АРВО занимает оценка вибросостояния подшипников до и после обработки с помощью специально разработанной методики вибродиагностики, позволяющей по показаниям виброперемещения, виброскорости и виброускорения определить причину повышенной вибрации в подшипниках и соответственно построить алгоритм обработки.
Специалистами нашего предприятия проведен контроль вибросостояния большого количества энергетического оборудования. Анализ результатов виброизмерений показывает, что, примерно, 20% подшипников с жидкой смазкой и 25% подшипников с консистентной смазкой имеют вибрацию, превосходящую, иногда значительно, допустимые пределы.
Проведенный нами анализ причин
этой ситуации показывает, что основными
причинами является то, что в последние
15 лет наблюдается ухудшение
Длительная работа с повышенной
вибрацией вала двигателя или
исполнительного механизма
Наши наблюдения за оборудованием с вибрацией, превышающей допустимые значения, свидетельствуют о том, что такая вибрация вызывает разрушения в местах, достаточно удаленных от источника вибрации. Поэтому последствия вибрации трудно предсказать и предотвратить. Вследствие этого, ситуация с массовым наличием источников повышенной вибрации чревата реальной опасностью техногенных катастроф.
Нам известен только один способ подавления вибрации в самом источнике. Такими возможностями обладает технология АРВО, позволяющая быстро и эффективно исправить ситуацию.
4. Защитные свойства новых полимерных материалов
В СССР были созданы крупные центры по разработке полимерных материалов для специальных применений. Некоторые их разработки, в частности, в области полиуретанов, полимочевин и композиционных материалов, до сих пор не потеряли своей актуальности и обладают несомненной конкурентоспособностью по показателю «цена-качество».
4.1. Полимерные материалы и технологии для пропитки, консервации и восстановления строительных конструкций
Значительный износ зданий, сооружений и других строительных конструкций в России и странах СНГ придает особую актуальность методам и материалам для консервации, восстановления и продления срока службы бетонных, кирпичных, металлических и других строительных деталей.
4.1.1. Пропиточные грунтующие,
консервирующие и
Пропиточные составы обладают
высокой проникающей