История формирования и развития триботехники

Этот вопрос к настоящему времени находится еще в стадии постановки, однако модно утверждать, что триботехника имеет непосредственное отношение к здоровью людей и охране окружающей среды.

Использование асбестосодержащих накладок в тормозах автомобилей, наличие паров топлива в кабинах транспортной техники, повышенные вибрации в машинах в результате износа подшипников, биение валов, зубчатых передач - все эти и им подобные недостатки, относящиеся к низкому уровню решений вопросов триботехники, оказывают существенное влияние на здоровье обслуживающего персонала и население города. Причинами крупных аварий и катастроф были утечки через уплотнения взрывоопасных продуктов, задиры и повышенный износ ответственных деталей, разрушение контактных поверхностей подшипников, рельсов, бандажей колес, поломки зубьев шестерен, заклинивание плунжерных пар и т. п. Двигатели автомобилей с изношенными цилиндрами и поршневыми кольцами не только потребляют больше топлива, но и значительно увеличивают загазованность городов и поселков. Недостаточная износостойкость уплотнительных устройств, перегрев подшипников, износ валов часто вызывают течи масла, топлива, рабочей жидкости гидравлических систем. Все это приводит к непроизводительному потреблению энергии, порче асфальтовых покрытий и уничтожению растительности. Непредусмотренный ремонт машин в пути, проведение технического обслуживания машин в полевых условиях приводит к загрязнению окружающей среды отходами масла, к потерям топлива и т.п. Особое внимание необходимо обратить на попадание в окружающую среду отработанных картерных масел двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и методов их утилизации. Наибольшую опасность представляют моющие присадки к маслам, что вызывает увеличение количества загрязняющих примесей и накопление их в масле при картерной смазке. Среди этих загрязнений - полициклические ароматические углеводороды с сильно выраженными канцерогенными свойствами.

Научно-технические направления, которые необходимо осуществить в ближайшем десятилетии, для того чтобы машины, механизмы и технологическое оборудование нового поколения отвечали необходимым требованиям по экологии, следующие:

o разработка и применение смазочных материалов 4 и 5 поколений и присадок к ним. Смазочные материалы должны быть менее токсичными и обеспечивать значительное снижение потерь на трение и износ узлов трения различного класса и назначения, в том числе в ДВС;

o применение для ряда узлов трения экологически чистых масел, животного и растительного происхождений;

o применение новых экологически чистых триботехнических конструкционных материалов и технологий для повышения износостойкости и несущей способности пар трения разного класса и назначения;

o использование экологически чистых фрикционных и антифрикционных материалов, не содержащих асбеста, свинца, фенола и других токсичных ингредиентов и добавок;

o совершенствование конструкций антифрикционных узлов трения (в том числе уплотнений);

o рационализация и оптимизация работы узлов трения на основе учета конкретных условий и критериев эксплуатации;

o использование ускоренных методов испытаний и рационального цикла испытаний для выбора оптимальных материалов (в том числе смазочных) для конкретных конструкций узлов трения и условий их эксплуатации;

o использование таких режимов эксплуатации машин, транспортных средств и технологического оборудования, которые снижают объем вредных выбросов в окружающую среду;

o ускорение перевода машин и механизмов на использование более чистых источников энергии (солнечной, водородной, электрической);

o повышение знаний инженеров и обслуживающего персонала в области триботехники, а также взаимосвязи триботехнических показателей с экономикой и экологией.

Проблемы технического обновления различных отраслей машиностроения

Ушедший в историю 20 век не освободил механиков от многолетних и не всегда успешных поисков путей обновления морально и физически устаревшего, изношенного оборудования, ставшего во многих отраслях машиностроения основной причиной снижения эффективности и ресурса работы.

Любое обновление устаревшего оборудования затрагивает три главнейших аспекта: конструктивный, металловедческий и триботехнический - по причине их технологической связи. Причем триботехнический аспект в общей системе обновления устаревшего оборудования не менее значим и так же сложен, как и два других. Это касается различных видов механического изнашивания: абразивного, гидроабразивного, ударноабразивного в условиях трения скольжения, качения, удара по абразиву и металлу с охлаждением при низких температурах всухую, а также при наличии смазочного материала.

Если анализировать многочисленные экспериментальные данные, убедительно свидетельствующие о сложности проблемы обновления устаревшего оборудования и инструмента путем комплексного подхода к ее решению, то очевидным становится то, что триботехнические, а также металловедческие аспекты в ней или трудно решаемы, или требуют новых научных и технологических решений. Такая ситуация характерна для подавляющего большинства различных отраслей машиностроения. Поиск таких решений уже ведется.

Необходимо добавить, что организационная сторона обновления оборудования стала не менее значима, чем научная. Организационная сторона проблемы в условиях рыночной экономики усложняется отсутствием единого координирующего центра, способного объединить усилия ведущих научных коллективов на наиболее приоритетных направлениях с возможностью контролировать и выверять значимость получаемых результатов по конечной поставленной цели применительно к определенным отраслям машиностроения. В настоящее время имеет место разобщенность, несогласованность и несопоставимость выполняемых исследований отдельными учеными и даже организациями по причине неудовлетворительной взаимной информированности и недостатка творческого общения; резко сократилась журнальная информация, а малочисленность вузовской аспирантуры привела к невозможности решать фундаментальные задачи металловедения, триботехники, технологии машиностроения по причине острого дефицита не только денежных средств, научных и технических кадров, но и устаревшей или вообще полностью отсутствующей в ВУЗах испытательной базы. В настоящее время ВУЗы, несмотря на имеющиеся конструкторские возможности, не могут предложить новые изделия в готовом виде даже для опытных испытаний в натурных условиях.

Такова действительность, не учитывать которую при решении столь важной проблемы нельзя, но искать возможные решения необходимо, если учесть, что в большом комплексном перечне проблем, которые необходимо решить для дальнейшего развития технического прогресса, обновление морально и физически устаревшего оборудования всегда будет стоять в ряду первоочередных задач.

Заключение

Триботехнические явления должны учитываться при проектировании и эксплуатации машин и механизмов. Они проявляются при земляных работах, в сельском хозяйстве, строительстве, добывающей промышленности и во многих других случаях. Потери средств от трения и износа в развитых странах составляют 4-5% национального дохода, а преодоление сопротивления трения поглощает во всем мире 20-25% вырабатываемой за год энергии. Анализ специальных комитетов Международного совета по трибологии показал, что за полный цикл эксплуатации машин эксплуатационные расходы, затраты на ремонт и запасные части в несколько раз превышают затраты на изготовление новой техники.

Повышение экономически и экологически целесообразной долговечности и надежности машин, технологического оборудования и инструмента непосредственно связано с повышением износостойкости. Решение этой актуальной и практически необходимой задачи возможно только на базе глубоких, научно обоснованных решений. Управление трением, правильный выбор материалов по критериям трения и износостойкости, рациональное конструирование узлов трения и деталей машин и оптимизация условий эксплуатации могут существенно продлить срок жизни и повысить эффективность машин, снизит вредные экологические воздействия при незначительном увеличении их стоимости. В этой связи исключительное значение приобретают работы в области триботехнического материаловедения, а также теоретические и экспериментальные исследования в области физико-химической механики процессов трения и изнашивания с использованием новейших испытательных средств и измерительной техники, которые могут раскрыть и изыскать новые способы снижения потерь на трение и повышения износостойкости машин, приборов и оборудования. Задача повышения экономически и экологически целесообразной долговечности узлов трения крайне усложняется каждый год, так как неумолимая тенденция развития науки, техники и технологии обязательно ведет к ужесточению и усложнению режима работы машин, а значит, узлов трения и деталей по нагрузкам, скоростям, температурам, диссипируемым энергиям, вибрации и т.д. Хорошо известно также, что стремление снизить материалоемкость машин приведет к уменьшению габаритов и удельных массовых характеристик узлов трения, которые еще более усложнят задачу. Принципиально новой является задача повышения износостойкости элементов оборудования ядерной энергетики. Исключительное значение приобретают работы по изнашиванию узлов трения и деталей автоматизированных и программируемых устройств, особенно для роботов и манипуляторов.

Борьба с потерями энергии и выходом из строя машин и оборудования от трения и износа во многих странах стала государственной задачей. Во многих странах большие коллективы научных работников и инженеров работают над проблемами трения и изнашивания. Этим работам в передовых промышленно развитых странах уделяется повышенное внимание на государственном уровне.

Библиография

1. Основы трибологии (трение, износ, смазка)/ А. В. Чичинадзе, Э. Д. Браун, Н. А. Буше и др.; Под общ. ред. А. В. Чичинадзе: Учебник для технических вузов. - 2- изд., переработ. и доп. - М.: Машиностроение, 2001.

2. Гаркунов Д. Н. Триботехника (износ и безызносность): Учебник. - 4-е изд., переработ. и доп. - М.: «Издательство МСХА», 2001.

3. Трибология: Исследования и приложения: опыт США и стран СНГ/ Под ред. А. В. Белого, К. Лудемы, Н. К. Мышкина. - М.:Машиностроение; Нью-Йорк: Аллертон Пресс, 1993.

4. Силин А. А. Трение и его роль в развитии техники. - М.: Наука, 1983.

5. Голего Н. Л., Будя А. П., Коценко А.В., Натансон М. Э. Особенности построения и реализации банка данных по трибологии// Проблемы трения и изнашивания. - 1989, вып. 36.

6. Сорокин Г. М. Проблемы технического обновления различных отраслей машиностроения// Трение и износ. - 2001, том 22, № 3.

7. Захаров С. М. Задачи компьютерной трибологии// Трение и износ. - 2002, том 23, № 3.

Размещено на Allbest.ru