Триботехнология. Гаркунов Триботехнология. 1 Содержание Введение 5 Глава Фундаментальные открытия в трибологии на основе самоорганизации
 Скачать 6.32 Mb.
|
|
6.11. Подготовка инженерных кадров по трибологии Для успешного развития любой науки нужны научные и инженерно- технические кадры. Необходимо организовать подготовку специалистов по трибологии в высших и средних учебных заведениях машиностроительного профиля, а также в институтах повышения квалификации в отраслях промышленности. Отсутствие знаний по трибологии с учетом новых направлений в ее развитии порой приводит к тому, что некоторые инженеры, даже имеющие опыт ремонта машин, а порой и научные работники смежных специальностей, не зная существа предмета, истории его развития и не имея опыта проведения научно- исследовательских работ, берутся решать важные вопросы трибологии, но не достигают положительных результатов. Неправильный выбор смазочного материала, покрытия, конструкции деталей или технологии их изготовления, а также неполный учет условий эксплуатации, приводившие к серьезным последствиям и большим экономическим потерям, являются причиной неудовлетворительных знаний инженерным составом вопросов трибологии. Опыт преподавания трибологии в вузах подтверждает необходимость широкой популяризации достижений трибологии, глубокого изучения ее разделов, взаимной информации и обмена опытом. Для решения важных задач по трибологии в масштабах такой огромной отрасли, как машиностроение, особенно при создании новых высокопроизводительных машин, требуется основательная подготовка специалистов по трибологии. Без знаний по трибологии нельзя на должном уровне разработать фрикционный материал для тормоза, сконструировать двигатель внутреннего сгорания, изготовить сельскохозяйственную машину, разработать смазочный материал для автомобиля, отремонтировать металлообрабатывающий станок, испытать новый турбобур. В этих и многих других вопросах требуется активное участие специалистов, и именно специалистов по трибологии. В США, Великобритании, ФРГ, Франции, Польше и некоторых других зарубежных странах уже длительное время ведутся работы по подготовке специалистов по трению, изнашиванию и смазке машин. В одних странах инженерные кадры по трибологии готовят на специальных факультетах повышения квалификации (Польша), в других – путем специализации студентов в высших учебных заведениях (ФРГ), в Великобритании подготовка кадров по трибологии ведется в университетах. Так, обучение студентов трибологии в Высшей технической школе (г. Хемниц) проходит по 10 спецкурсам, общий объем программ составляет 400 ч, в программах большое 234 место отведено изучению новых методов повышения износостойкости деталей с уклоном на технику смазки. Отдельным курсом читается трибофизика и трибохимия. Программа обучения студентов трибологии содержит следующие дисциплины: проектирование смазочных устройств; испытательные станции смазочных устройств; основы трибологии; методы расчета и конструирования в технике смазывания; средства рационализации в трибологии; оценка эксплуатационных свойств пар трения; транспорт и транспортирующие устройства; физические и измерительно-технические основы проблем трения и изнашивания; расчет трубопроводов и смазочной аппаратуры; прикладная химия смазочных материалов. В программу курса включена лекция, имеющая целью воспитание экономического мышления и бережного отношения к народному достоянию, а также развитие навыков комплексного изучения дисциплин, на которых основана наука о трении и изнашивании. Обучение построено таким образом, что выпускники данной специализации могут быть использованы во всех отраслях промышленности, а также в сооружении энергоустановок, химических установок, в приборостроении и в области транспортных средств. Во Франции трибологию преподают как самостоятельную дисциплину уже более 30 лет. Ранее трение и смазка преподавались как составная часть курсов по физике, химии и металлургии. Впервые курс трибологии был введен проф. Р. Куртелем в спецшколе двигателей внутреннего сгорания при сотрудничестве с французским Институтом нефтехимии. В настоящее время практически во всех машиностроительных политехнических колледжах Франции введен курс или читаются лекции по трибологии. В некоторых университетах также читаются курсы по трибологии. В России курсы по трибологии читают во многих вузах: в Москве, Пензе, Брянске, Саратове, Ростове-на-Дону, Красноярске, Омске, Томске, Владивостоке, Нижнем Тагиле, Ухте и др. Однако инженерные кадры по трибологии выпускаются лишь в семи университетах страны. Учитывая важность подготовки специалистов по трибологии, целесообразно ввести преподавание курса «Трибология и триботехнологии» во всех машиностроительных вузах России. Примерная тематика такого курса, разработанная и читаемая уже на протяжении многих лет в МГТУ им. Н.Э. Баумана, приведена далее. 1. Основы прочности поверхностного слоя деталей машин. Качество поверхности, физико-химические свойства и контактирование деталей; виды трения в узлах машин; механизм изнашивания деталей пар трения и рабочих органов машин; виды разрушения рабочих поверхностей деталей; водородное изнашивание; эффект безызносности, его механизм и 235 закономерности. 2. Конструктивные факторы повышения долговечности и надежности работы узлов трения машин. Вопросы выбора материалов для узлов трения; расположение материалов в парах трения; жесткость, податливость и специальная конфигурация деталей как фактор повышения износостойкости пар трения; принципы взаимного дополнения качества; конструктивные решения узлов трения, обеспечивающие высокую долговечность; смазка узлов трения; расчет типовых узлов трения на износ. 3. Технологические методы обработки трущихся деталей. Влияние точности размера, микрогеометрических отклонений и взаимного расположения деталей на износ; термическая, химическая и химико- термическая обработки деталей; гальванические покрытия поверхностей деталей; наплавка поверхностей деталей; поверхностное пластическое деформирование и выглаживание поверхностей; покрытия, нанесенные фрикционным методом и методом напыления; упрочнение поверхностей лазерным лучом, взрывом, ионной имплантацией; финишная антифрикционная безабразивная обработка поверхностей стальных и чугунных деталей. 4. Эксплуатационные мероприятия по обеспечению надежности и долговечности узлов трения машин. Смазка машин в процессе эксплуатации, обкатка машин, стендовые и эксплуатационные испытания. Металлоплакирующие смазочные материалы. Влияние режима работы машины на износ деталей; исследование технического состояния узлов трения на разных этапах эксплуатации машин; методы раннего обнаружения износа узлов трения машин в эксплуатации. Упреждающий ремонт, ремонт по состоянию, диагностирование механизмов и машин. Безразборное восстановление изношенных пар трения. По курсу предусматривается проведение лабораторных и практических занятий, семинаров и занятий по обмену опытом. Изучение курса заканчивается сдачей экзамена (зачета), выполнением курсовой работы или домашнего задания. Помимо подготовки инженерных кадров по трибологии необходимо организовать подготовку или переподготовку специалистов среднего звена. Для этого следует проводить курсы по изучению смазочного хозяйства на предприятиях, ремонта узлов трения, новых методов повышения износостойкости деталей и других вопросов трибологии. Эти же вопросы должны быть в центре внимания при проведении учебы с инженерно- техническими работниками в производственных объединениях, комбинатах, на заводах и фабриках. Для этого необходимо иметь оснащенные учебные лаборатории, учебники, учебные и наглядные пособия, образцы изношенных деталей, восстановленных различными технологическими способами. 236 Вопросы подготовки и повышения квалификации кадров по трибологии необходимо решать незамедлительно. Это окажет серьезное влияние на качество будущих машин, их долговечность, на экономию топлива и смазочных материалов, черных и дефицитных цветных металлов, на экологию промышленных районов России. 237 Список литературы 1. Автоматизированные смазочные системы и устройства / В.Я. Семенов, П.М. Курганский, В.И. Кузьмин. М.: Машиностроение, 1982. 2. Аксенов А.Ф., Лозовский В.Н. Износостойкость авиационных топливно- гидравлических агрегатов. М.: Транспорт, 1986. 3. Бабель В.Г. Повышение термоокислительной стабильности масел с металлоплакирующими присадками // Междунар. конгресс «Защита-95». М.: Академия нефти и газа им. И.М. Губкина, 1995. 4. Гаркунов Д.Н. Триботехника. Износ и безызносность : учебник для вузов. М.: Изд-во МСХА, 2001. 5. Гаркунов ДМ. Триботехника. Конструирование, изготовление и эксплуатация машин: учебник для вузов. М.: Изд-во МСХА, 2002. 6. Гаркунов Д.Н. Научные открытия в триботехнике. Эффект безызносности при трении. Водородное изнашивание металлов. М.: Изд-во МСХА,2004. 7. Гаркунов Д.Н., Суранов Г.И., Хрусталев Ю.А. Триботехника. Водородное изнашивание деталей машин : учеб. пособие. М.: Изд-во МСХА, 2007. 8. Гаркунов Д.Н., Корник П.И. Виды трения и износа. Эксплуатационные повреждения деталей машин. М.: Изд-во МСХА, 2003. 9. Дюргеров Н.Г. Технологические методы восстановления и повышения износостойкости деталей машин : учеб. пособие: в 2-х ч. / под ред. В.И. Колесникова. Ростов н/Д, 2006. 10. Елизаветин М.А., Сателъ Э.А. Технологические способы повышения долговечности машин. М.: Машиностроение, 1979. 11. Зашита от водородного износа в узлах трения / под ред. А.А. Полякова. М.: Машиностроение, 1980. 12. Избирательный перенос в тяжелонагруженных узлах трения / под ред. Д.Н. Гаркунова. М.: Машиностроение, 1982. 13. Исаченков ЕМ. Контактное трение и смазки при обработке металлов давлением. М : Машиностроение, 1978. 14. Короткое А.В. Износостойкость машин: учеб. пособие. Уральский гос. техн. ун-т - УПИ, 2006. 15. Колесников В.И. Теплофизические процессы в металлополимерных системах. М.: Наука, 2003. 16. Мельников ЭЛ. Справочник по холодной штамповке оболочковых деталей. 238 М.: Машиностроение, 2003. 17. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно- методическое пособие: в 2 кн. М.: Машиностроение, 1988. 18. Поверхностная прочность материалов при трении / под ред. Б.И. Костецкого. Киев: Техшка, 1976. 19. Пашковский ИЗ. Технологические методы защиты деталей бытовых машин и оборудования сервиса от водородного изнашивания. Моск. гос. ун-т сервиса, 2004. 20. Пичугин В.Ф. Избирательный перенос в узлах трения: учеб. пособие. М.: Моск. гос. ун-т нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005. 21. Поляков А.А., Рузанов ФИ. Трение на основе самоорганизации. М : Наука, 1992. 22. Польцер Г., Майснер Ф. Основы трения и изнашивания: пер. с нем. М.: Машиностроение, 1984. 23. Пригожин И. От существующего к возникающему: пер. с англ. / под ред. Ю.Л. Климонтовича. М.: Наука, 1985. 24. Прокопенко А.К. Избирательный перенос в узлах трения машин бытового назначения. М.: Легпромбытиздат, 1987. 25. Проников А.С. Параметрическая надежность машин. М.: МГТУ им.Н.Э. Баумана, 2002. 26. Решетов Д.Н. Детали машин. Конструкционная прочность. Трение, износ, смазка. Т. IV / под ред. К.В. Фролова. М.: Машиностроение, 1995. 27. Рыбакова Л.М., Куксенова ЛИ. Структура и износостойкость металла.М. :Машиностроение, 1982. 28. Рыжкин А.А. Теплофизические процессы при изнашивании инструментальных режущих материалов. Ростов н/Д : Донской гос. техн. ун- т. 2005. 29. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин/В.Д. Зозуля [и др. Киев] : Наука, 1990. 30. Соколов А.И., Тищенко Н.Г., Аметпов В.А. Оценка работоспособности машин по параметрам работающего масла: учеб. пособие. Томск: Томскийгос. ун-т, 1991. 31. Стрельцов В.В., Попов В.Н., Карпенков В.Ф. Ресурсосберегающая ускоренная обкатка отремонтированных двигателей. М.: КолосС, 1995. 239 32. Суранов Г.И. Уменьшение износа деталей автотракторных двигателей при пуске. 2-е. изд. Зеленоград: Перит-А, 2000. 33. Трение и износ в экстремальных условиях : справочник / Ю.Н. Дроздов, В.Г. Павлов, В.Н. Пучков. М.: Машиностроение, 1986. 34. Трение, изнашивание и смазка: справочник: в 2 т./ под ред. И. В. Крагельского и В.В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978. 35. Трибологические основы повышения ресурса машин (вопросы и ответы): учеб. пособие / под ред. Д.Н. Гаркунова. Московский гос. агроинженерный ун-т им. В.П. Горячкина, 2003. 36. Хайнше Г. Трибохимия. М.: Мир, 1987. 37. Хаккен Г. Синергетика. М.: Мир, 1985. 38. Шпеньков Г.П. Физикохимия трения / под ред. Д.Н. Гаркунова. Минск: Белорусский гос. ун-т, 1978. 240 Заключение Создание научной школы и публикации. Открытия эффекта безызносности и водородного изнашивания металлов послужили началом создания новой научной школы в области триботехники из специалистов не только России, но и на Украине, в Белоруссии, Казахстане, Германии, Польше, Литве, Болгарии и Монголии. Особенностью этой школы является то, что в нее вошли научные работники разных специальностей: металловеды, химики, физико-химики, механики, специалисты-трибологи отдельных отраслей промышленности: авиационная техника, морской флот, железнодорожный транспорт, станкостроение, автомобильный транспорт, сельскохозяйственная техника, приборостроение, химическая и нефтегазовая промышленности. В 1992 г. в Академии проблем качества РФ было организовано отделение «Проблемы безызносности машин и механизмов». Это отделение и взяло на себя обязанности руководства созданной научной школы по трем основным направлениям: – исследования механизмов безызносного трения и водородного изнашивания металлов и их закономерностей; – разработка методов повышения износостойкости деталей машин и механизмов на основе эффекта безызносности и изучения водородного изнашивания металлов; оценка их эффективности и использование в практике; – подготовка инженерных и научных кадров в области триботехники. Отделение «Проблемы безызносности машин и механизмов» Академии проблем качества издавало до 2004 г. научно-инженерный журнал «Эффект безызносности и триботехнологии». Ряд номеров журнала были изданы на английском и немецком языках. Это наиболее полный источник информации о состоянии исследований в области эффекта безызносности при трении и водородном изнашивании металлов и использовании научных разработок на их основе в различных отраслях техники. Помимо журнала издательством «Машиностроение» было выпущено 5 сборников статей по эффекту безызносности и водородному изнашиванию металлов под названием «Долговечность трущихся деталей машин», а также несколько книг, посвященных указанным открытиям. К настоящему времени опубликовано более 2000 печатных статей, 52 сборника и монографий, проведено 46 семинаров и конференций. Специалистами школы защищено свыше 70 кандидатских и 20 докторских диссертаций. Ряд книг и брошюр были изданы в Германии, Польше, Болгарии. Новое в теоретических положениях трибологии на основе самоорганизации . Установлено, что поверхностный слой (в виде сервовитной 241 и серфинг-пленок) при трении представляет диссипативную структуру со всеми ее особенностями: гомогенная среда, наличие фазового кинетического перехода (переход от консервативного движения дислокаций к переползанию), обмен энергией и веществом с внешней средой (образование и распад комплексных соединений в смазке), высокое отклонение от равновесия (растворение легиру- ющих элементов), ускорение потоков диффузии при пластической деформации. Благодаря этим процессам диссипативная структура поверхностного слоя может существовать без финального исхода. Таким образом, трение из разрушительного процесса при граничной смазке, в условиях безызносности, превращается в созидательный и его можно представить как самоорганизующееся явление неживой природы со свойствами, напоминающими функции работы сустава живого организма. В этом случае при трении уровень деструкции материала, при котором происходит износ, не достигается из-за периодической разрядки дислокаций на поверхности и аннигиляции с вакансиями. Способность дислокационной системы к эволюции и кинетическому фазовому переходу на другой тип движения связана с природой материала и активной добавкой к смазочному материалу, т.е. созданием особых условий. Отметим, что природа безызносности была установлена не сразу, а благодаря разработке и применению новых методов исследования поверхностей трения и привлечения к анализу явлений физики пластичности поверхностных слоев, теории коррозии и пассивации, химии координационных соединений и теории самоорганизации. Массоперенос при обычном трении повышает износ или делает сопряжение неработоспособным. При эффекте безызносности это явление снижает или полностью исключает изнашивание поверхности зрения. Разработаны теоретические основы создания к смазочным материалам маслорастворимых добавок, с использованием металлов переменной валент- ности, обеспечивающих реализацию в узлах трения эффекта безызносности. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что введение соединений металлов переменной валентностив смазочные материалы может в значительной степени повысить антиокислительные свойства их и, как следствие, повысить их срок службы. Установлен новый вид износа деталей — водородное изнашивание. Раскрыт его механизм, изучены закономерности и разработаны методы защиты деталей от этого, весьма интенсивного, вида разрушения поверхностей при трении. Водородное изнашивание возникает в результате кооперативного (си- нергетического) взаимодействия поверхностных явлений: экзоэмиссии, адсор- бции и трибодеструкции, которые приводят к выделению водорода. Совместно 242 с неравновесными процессами, идущими при деформации поверхностного слоя металла, создаются тепловые градиенты, электрические и магнитные поля и поля напряжений. Это приводит к диффузии водорода в металл, концентрации его в подповерхностном слое и ускоренному износу или разрушению этого слоя. Область водородного износа обширна. Практически все трущиеся поверхности стальных и чугунных деталей содержат повышенное количество водорода и, следовательно, имеют по- вышенный износ. Наличие влаги увеличивает интенсивность водородного изнашивания, не говоря уже о разложении в зоне контакта смазки, топлива или пластмассы. Открытие водородного изнашивания металлов связало в один комплекс влияние на износ деталей водорода, тепловых, электрических, магнитных и вибрационных явлений. Водород в атомарном, ионном и даже в молекулярном состоянии при трении при указанных процессах, сопровождающих трение, оказывает разрушительное действие на металл. Поэтому расчет деталей на износ, исходя из действия какого-то одного отмеченного фактора, например тепловой динамики без учета водородного изнашивания не может привести к приемлемому результату для практики. Как стало очевидно, наиболее эффективными методами подавления водородного изнашивания металлов являются методы, основанные на ре- ализации эффекта безызносности. |