раздел 2.1.3, табл.2.3).
4.2.1. Оценка трибологических характеристик смазочных сред. В табл. 4.4 приведены результаты сравнительных испытаний смазочных сред по режимам, указанным в табл. 2.3. Эти режимы, выбранная схема испытаний и критерии позволяют установить различия в смазочной способности практически всего спектра применяемых смазочных материалов - от рабочих жидкостей до смазок.
Впервые в сопоставимых условиях трения была проведена оценка влияния дополнительного динамического нагружения на смазочную способность применяемых рабочих жидкостей, масел и полужидких смазок. Анализ результатов показал, что среди рассмотренных групп жидкостей и смазочных материалов преимущество по показателю износа обеспечили масла, а наихудшие показатели износа наблюдали для водных эмульсий.
Таблица 4.4
Результаты триботехнических испытаний жидкостей и смазочных материалов
Цикл 1Цикл 2Рабочие жидкостиВодные эмульсииМаслаСмазкиРабочие жидкостиВодные эмульсииМаслаСмазкиКритерий
№ составаФМИРЖГЖ-ФКНwayBreoxИ20М53/10Г1ТрансолШахтолФМИРЖГЖ-ФКНwayBreoxИ20М53/ 0Г1ТрансолШахтол111213144151617111213144151617Ис0,480,480,560,380,810,331,00,312,181,622,022,181,190,341,250,56Ид1,091,141,251,382,500,704,542,144,103,644,253,842,991,844,594,162,991,331,232,612,071,123,515,920,891,251,110,761,524,313,136,47Vис0,040,220,090,150,140,280,120,090,210,230,090,250,160,130,110,22Vид0,090,500,110,240,050,160,080,200,120,130,080,230,050,220,130,26Кплс0,420,460,150,150,390,590,610,610,360,470,310,310,220,390,720,41Кплд0,310,520,530,530,530,680,880,680,660,470,450,550,760,650,910,60Кдпс0,580,540,850,850,610,410,390,390,640,540,690,690,790,610,280,59Кдпд0,690,480,470,480,470,320,120,320,340,530,550,450,240,350,090,40fс7,823,74,036,085,54,983,634,37fд1,310,860,750,931,962,820,911,43
Для выбранных групп влияние дополнительного приложения нормальной нагрузки выражается в разной степени. Наиболее восприимчивой к смене режима нагружения оказались смазки. Для них в условиях квазистационарного нагружения показатель износа сопоставим с маслами, а при динамических условиях нагружения - практически в два раза уступает им. К изменению вида нагружения менее чувствительны рабочие жидкости и водные эмульсии, но они малоэффективны для защиты трибоконтакта от интенсивного изнашивания.
Таким образом, для обеспечения наилучшей износостойкости трибосопряжения (в модельных условиях проведения наших опытов) необходимо оптимальное сочетание текучести и демпфирующих свойств смазочного материала. Текучесть и вязкость, наряду с поверхностной активностью и другими с физико-химическими свойствами, относятся к общим свойствам смазочной среды, определяемыми элементарным составом, строением молекул и их молекулярной массой [104]. Возможным способом улучшения их смазочной способности является использование высокодисперсных добавок, эффективность действия которых определяется их структурой и механическими свойствами.
4.2.2. Исследование влияния структуры и состава УНД на трибологические свойства масел. Известно, что снижение интенсивности изнашивания трибосопряжений со смазкой возможно за счет диспергирования и стабилизации в маслах высокодисперсных частиц (менее 5мкм) [78]. В этой работе также приведено теоретическое обоснование повышения износостойкости трибосопряжений при смазывании их маслами с диспергированными частицами. При этом трибосопряжение рассматривалось как открытая динамическая диссипативная система, в которой производится энтропия. Была проанализирована тенденция эволюции различных параметров трибосопряжения (поверхность трения - масло с частицами - поверхность трения) при приближении его к стационарному состоянию. Согласно теореме И. Пригожина [105] производство энтропии при приближении системы к стационарному состоянию стремится к положительному минимальному значению. В соответствии с первым началом термодинамики
, (4.1)
Изменение внутренней энергии может быть определено следующим образом:
, (4.2)
где с - удельная теплоемкость трибосопряжения;
m - масса вещества в зазоре;
T - температура;
? - удельная поверхностная энергия;
?-- площадь отдельной частицы;
N - число частиц в зазоре.
Работа dA силы вязкого трения при перемещении поверхностей ?S на величину dl равна
, (4.3)
где ? - коэффициент динамической вязкости масла;
V - скорость.
Выразив ? через средний линейный размер L частицы (?=? L2, где ?- формфактор), подставив ? L2 в (4.2), а затем полученное выражение в (4.3) и, произведя соответствующие преобразования, получим уравнение для Ps в окончательном виде:
(4.4)
Как видно из (4.4), минимизация производства энтропии Ps требует уменьшения линейных размеров частицы L. При этом коэффициент ? начинает зависеть от L, что приводит к необходимости установления Lопт.
Выражение (4.4), связывающее Ps с размером и числом частиц, показывает целесообразность их искусственного диспергирования, что приближает трибосопряжение к стационарному состоянию, при котором интенсивность изнашивания минимальна.
Для термодинамического описания трибосопряжения была записана локальная формулировка основного закона термодинамики в форме [105]:
, (4.5)
где - объемная плотность энтропии;
- объемная плотность внутренней энергии;
F - сила трения;
J - интенсивность изнашивания;
Sк - площадь контактирующих поверхностей;
? - химический потенциал;
- объемная концентрация частиц.
После введения обобщенных координат и преобразований было получено следующее уравнение:
, (4.6)
где D - коэффициент квазидиффузии, который может быть определен функцие