РОЗДІЛ 2
ПРОГРАМА ТА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Загальні принципи методики дослідження та обґрунтування вибору методів
Процеси, які відбуваються в трибосистемах ковзання, обумовлені комплексом механічних, фізичних та хімічних явищ і мають різний масштаб: макроскопічний, мікроскопічний та субмікроскопічний. Ці складні та різноманітні процеси викликають зміни структури, зміни енергії та властивостей поверхневих шарів (шорсткості, мікротвердості, хімічного складу, теплопровідності, тепловиділення, нагромадження вакансій та дислокацій) та зв'язаних з ними кількісних характеристик тертя (зношування, сили тертя, температури тощо). Тому для виконання поставлених задач досліджень прийняті такі принципові методичні засади:
1 - основою вибору методів є вивчення достовірного стану трибоелементів, одержане внаслідок проведення пасивного експерименту;
2 - процеси, що вивчаються в лабораторних умовах, повинні бути ідентичними тим процесам, які відбуваються в реальних деталях машин під час тертя та зношування в процесі експлуатації машинно-тракторного парку;
3 - методики повинні бути комплексними;
4 - рівень використовуваних методів повинен чітко відповідати масштабові явищ, які вивчаються за допомогою цих методів;
5 - диференційований підхід до вивчення окремих чинників, що впливають на тертя та зношування;
6 - під час розв'язування поставлених задач досліджень повинен враховуватися позитивний досвід та вимоги практики.
Дослідження фізико-хімічних перетворень матеріалу в ПШ, активованих внаслідок взаємного контактування поверхневих шарів металу та механізму взаємодії з тертьовими поверхнями спричинило, крім машинних випробувань на різних машинах, пристроях та установках з метою визначення інтенсивності зносу, використання тонких методів фізико-хімічного аналізу, в тому числі й методику досліджень оптичної та електронної мікроскопії, рентгеноструктурного аналізу, електричних методів тощо[15, 58, 61, 66, 68, 74, 80, 93, 95, 106, 107, 109, 110, 166, 178, 182, 198, 230, 252, 258, 344, 345].
Матеріали трибосистем були вибрані з різними фізико-хімічними властивостями з врахуванням їх поширення в с.- г. машинобудуванні. Для відповідних випробувань зразки виготовлялися з технічно чистого заліза (армко), сталі 10, сталі 30, сталі Ст.3, сталі 45, сталі ХВГ, У8А, чавуну СЧ 20. Для порівняння досліджувалися також зразки з міді М1, алюмінію та його сплавів (АО-20, АП-25), цинку ЦО.
В пасивному експерименті аналізувалися реальні матеріали трибоелементів ковзання різноманітних машин та обладнання сільськогосподарського виробництва.
Змащувальні середовища були вибрані з таких груп:
1 - чисті мастила (ВМ, Д-11, МС-20, ОК, БА);
2 - мастила з домішками абразиву;
3 - мастила з присадками, які містять один активний елемент;
4 - мастила з домішками декількох активних елементів (наприклад, сірка та фосфор).
Формули та шифри вибраних присадок до чистих мастильних середовищ наведені в табл. 2.1.
З метою виконання досліджень процесів взаємодії трибоелементів під час тертя та відновлення трибоелектрохімічними методами динамічних елементів машин підбиралися та розроблялися відповідні способи та пристрої [53, 72, 77- 79, 86, 88-90, 92-94, 234, 323].
Одним з найдоступніших способів підвищення довговічності машин є покращення експлуатаційних властивостей змащувальних матеріалів, однак недостатньо розроблені методи оцінювання мастил під кутом зору основної мети їх застосування - запобігання зношуванню. Присадки до мастил наведені в табл. 2.1.
Важливим завданням даних досліджень є розробка методики та пристроїв для оцінювання змащувальної дії мастил під час граничного тертя металів з врахуванням трансформації тонких поверхневих шарів [106, 244, 355]. На загальновідомі положення про нормальне протікання процесів тертя та зношування накладаються додаткові обмеження - для відновлення зношених металевих поверхонь ТЕ та мастил. Додаткові умови ускладнюють дослідження трибоелектрохімічних процесів стабілізації деталей та мастила тим, що відновлення деталей завданнями дослідження передбачено виконувати не лише різними технологіями на відповідному обладнанні, але й безпосередньо у вузлах тертя в процесі їх зношування, а мастило доцільно відновлювати в процесі його старіння.
Таблиця 2.1
Поверхнево-активні та хімічно-активні речовини, які використовувалися як присадки до чистих мастил
№ п/пНайменування речовиниФормулаШифрАктив-ний елемент1.Бензойний альдегідС6Н5СНОБА2.Олеїнова кислотаС18Н35О2ОК3.Трибутилфосфат(С4Н9О)3Р = 0ТБФФосфор4.Хлорований парафінХПХлор5.ЛЗ-6/9 Т(С4Н9ОСS2 -СН2)2ЛЗ6/9ТСірка6.АБКФ(С4Н9ОСS2)3РАБКФсірка і фосфор 7.Змішаний ангідрид диметилдитіофосфорної і фосфористої кислот(ДМДТФ)3Рсірка і фосфор 8.Змішаний ангідрид диетилдитіофосфорної і фосфористої кислот(ДЕДТФ)3Рсірка і фосфор 9.Змішаний ангідрид диетилдитіофосфорної і фосфорної кислот(ДЕДТФ)3РОсірка і фосфор 10.Змішаний ангідрид диізопропилдитіофосфор-ної і фосфористої кислот(ДИПДТФ)3Рсірка і фосфор 11.Змішаний ангідрид диізопропилдитіофосфор-ної і фосфорної кислот(ДИДТФ)3РОсірка і фосфор 12.Барієва сіль диалкілдитіофосфата2 Ba(R - радикал)ДФ-1барій, фосфор, цинк13.Цинкова сіль диалкілдитіофосфата{[CH3 - (CH2)3 - CH - CHO]2 - PSS }2ZnДФ-9цинк, фосфор, сірка При чіткому формулюванні задачі одночасного відновлення і зношування ТЕ бути не може, бо якщо підійти принципово, то процеси руйнування і відновлення будь-якого фізичного об'єкта в одну й ту ж мить одночасно відбуватися не зможуть [18, 20, 101, 104].
Обидва процеси плинуть в часі послідовно, спочатку руйнування, тобто зношування, а вже потім нарощування, відновлення. Наприклад, для іонізації атома потрібний час, тому що електрон, переходячи від одного до іншого фізичного об'єкту, долає якусь відстань з властивою йому швидкістю відносного руху. А відношення шляху до швидкості вкаже тривалість хоча б і гранично мал
- Київ+380960830922