Проблеми трибології

Обгрунтування раціональної програми припрацювання трибосистем

V.A. Vojtov — 2023-09-30

В роботі наведено результати досліджень по обгрунтуванню раціональної програми припрацювання трибосистем. Показано, що першою складовою програми є виконання умови на межі втрати стійкості за появою прискореного зношування, при максимальному навантаженні на трибосистему та мінімальної швидкості ковзання. Такий режим виконує функцію «тренування» поверхневих шарів до майбутніх умов експлуатації за рахунок процесів деформування та зміну шорсткості поверхонь тертя. Режиму притаманні мінімальні значення швидкості зношування та максимальні значення коефіцієнта тертя.

Другою складовою програми припрацювання є виконання умови на межі втрати стійкості за появою задиру поверхонь тертя, при минимальному навантаженні на трибосистему та максимальної швидкості ковзання. Такий режим виконує функцію «адаптації» поверхневих шарів до майбутніх умов експлуатації за рахунок збільшення швидкості деформування матеріалів поверхневих шарів на плямах фактичного контакту. Режиму притаманні максимальні значення швидкості зношування та мінімальні значення коефіцієнта тертя.

Третій режим програми має на меті формування на поверхнях тертя трибосистем поверхневих структур та шорсткості, які відповідають експлуатаційним режимам. Такий режим виконує функцію «достатньої адаптації» поверхневих шарів до майбутніх умов експлуатації, та відповідає умові з максимальним значенням запасу стійкості. Кінцевим результатом процесу припрацювання є перехід трибосистеми з нерівноважного, термодинамічно нестійкого стану, в стаціонарний, рівноважний стан, в результаті якого стабілізуються такі параметри, як швидкість зношування, коефіцієнт тертя, температура і шорсткість поверхонь тертя. Такий покроковий перехід пов'язаний з утворенням особливої, дисипативної структури поверхневих шарів трибоелементів в результаті самоорганізації.

Застосування трьохрежимної програми дозволить зменшити час на припрацювання трибосистем на 23,0 – 38,4% в порівнянні з іншими програмами. Ефективність розробленої трьохрежимної програми доведена експериментальними дослідженнями з розрахунком похибки моделювання.

Вплив зносу шарнірів на динамічну навантаженість шарнірно-сполученої стріли маніпулятора сміттєвоза

O.V. Bereziuk — 2023-09-30

Стаття присвячена встановленню залежності максимальних ударних динамічних напружень в найбільш навантаженому перерізі стріли маніпулятора сміттєвоза від зносу шарніра маніпулятора та рівня його навантаженості. За допомогою використання планування експерименту першого порядку з ефектами взаємодії першого порядку методом Бокса-Уілсона визначено адекватну закономірність максимальних ударних динамічних напружень в найбільш навантаженому перерізі стріли маніпулятора сміттєвоза від зносу шарніра маніпулятора та рівня його навантаженості. Встановлено, що за критерієм Стьюдента серед досліджених факторів впливу найбільше на максимальні ударні динамічні напруження в найбільш навантаженому перерізі стріли маніпулятора впливає знос шарніра маніпулятора, а найменше – рівень його навантаженості. Показано поверхню відгуку цільової функції – максимальних ударних динамічних напружень в найбільш навантаженому перерізі стріли маніпулятора та їхні двомірні перерізи в площинах параметрів впливу, які дозволяють наглядно проілюструвати вказану залежність данної цільової функції від окремих параметрів впливу. Встановлено, що знос шарніра на 1000 мкм призводить до зростання максимальних ударних динамічних напружень в найбільш навантаженому перерізі стріли маніпулятора сміттєвоза в 2,6...4 рази в залежності від рівня його навантаженості. Показано доцільність проведення подальших досліджень впливу антифрикційних матеріалів на знос вузлів тертя механізму завантаження твердих побутових відходів у сміттєвоз.

Дослідження закономірності впливу зносу на ресурс різальних елементів робочих органів бульдозерів

O.V. Shchukin — 2023-09-30

Розроблено математичну модель, що описує закономірності зносу ножа і враховує вплив різних режимів експлуатації бульдозера при роботі його з різними ґрунтами з різним ступенем абразивності. При обчисленні ймовірності безвідмовної роботи різальних елементів (ножів) бульдозера, що залежить від максимального навантаження, встановлено, що ймовірність безвідмовної роботи при напрацюванні 600 маш.-годин становить: 0,7...0,75 – на I категорії ґрунту; 0,5...0,55 – на ІІ категорії ґрунту; 0,3...0,35 - на III категорії ґрунту. Порівняння ймовірностей безвідмовної роботи дало змогу встановити, що при підвищенні щільності ґрунту ймовірність безвідмовної роботи знижується на 30–40%, що дозволяє судити про значний вплив густини ґрунту на надійність робочого обладнання бульдозера. Крім того, розроблена математична модель сумарної ймовірності дозволяє отримати теоретичний опис зміни ймовірності безвідмовної роботи робочого обладнання бульдозера в процесі виконання робочих операцій, зміна ресурсу роботи ножа бульдозера і враховувати властивості матеріалу, з якого виготовляються ножі бульдозера. Ресурс ріжучого елемента бульдозера може бути оцінений, виходячи з його зносу, з урахуванням конструктивних особливостей матеріалу, геометричних параметрів (зокрема, товщини), режимів роботи машини. Встановлено, що закономірність зміни ресурсу від зносу ножа бульдозера носить експоненційний характер. Чим вище категорія ґрунту, тим знос, а отже і ресурс робочого органу бульдозера, менше. Отримано залежність зміни ресурсу ножа від часу його контакту з ґрунтами трьох категорій. Таким чином, максимальне значення ресурсу ножа на початку експлуатації на різних категоріях ґрунту: 450 маш.-годин – на І категорії ґрунту; 350 маш.-годин – на II категорії ґрунту; 280 маш.-годин – на III категорії ґрунту.

Дослідження підвищення зносостійкості деталей машин і інструменту поверхневим легуванням

D.D. Marchenko — 2023-09-30

У роботі науково обґрунтовано застосування ефективної технології підвищення зносостійкості деталей машин і інструменту за рахунок комплексного дифузійного насичення поверхневого шару деталей із залізовуглецевих сплавів в процесі литва по газифікованих моделях на основі оптимізації складу сумішей, що насичують, і встановлення закономірностей структуроутворення.

Встановлена можливість зміцнення поверхні відливок з чавуну СЧ20 і сталей різного складу (25Л, 30Л, 35Л, 45Л, 25ГЛ, 110Г13Л), отриманих методами литва у відкриту форму і по газифікованих моделях. Показано, що дифузійний боридний шар на сталі 35Л, отриманий при литті, має на порядок велику товщину (до 5 мм) в порівнянні з дифузійними шарами, отриманими методами хіміко-термічної обробки (до 0,25 мм). Встановлені аналітичні залежності, що зв'язують компоненти складу суміші (борид хрому (СгВ₂), карбід бору (В₄С), графіт, бентоніт, фтористий натрій (NaF)), що насичує, зі зносостійкістю і завтовшки дифузійного шару після зміцнення в процесі отримання відливання методом лиття по газифікованих моделях.

Розроблений новий склад середовища, що насичує, для поверхневого зміцнення при отриманні литих деталей з сірого чавуну, вуглецевих і легованих сталей одночасним насиченням бором і хромом, борид хрому, що містить, карбід бору, графіт, бентоніт, фтористий натрій (50-60 мас. % В₄С + 20-25 мас. % СгВ₂ + 2-3 мас. % + 5-15 мас. % дрібнодисперсного графіту + 5-7 мас. % бентоніту). Застосування розробленої технології зміцнення дозволяє поліпшити експлуатаційні властивості, зокрема, зносостійкість деталей машин і інструменту до 25 разів (порівняно з раніше використовуваними способами), а також зменшити трудомісткість процесу зміцнення до 3,5 разів.

Випробування філь’єр для пресування деревних відходів в брикети із сталі 45Л, зміцнених за допомогою розробленої технології, показали, що їх стійкість підвищується більш ніж в 4,5 рази в порівнянні з раніше вживаними із сталі ХВГ зміцнені карбоазотуванням, а використання розробленої технології зміцнення дозволяє зменшити витрати на виготовлення цієї деталі в 1,5 рази.

Імітаційна модель контактної взаємодії при поверхневому зміцненні сталевих деталей

K. Holenko — 2023-09-30

В процесах поверхневого зміцнення сталевих деталей напружено-деформований стан є визначальним для пояснення фізичних процесів зміцнення, формування розмірів площадки контакту. Аналітичні залежності контактних параметрів є досить наближеними. В даній роботі на основі програмного комплексу Ansys запропонована імітаційна модель контакту усіченого тора з циліндром, що демонструє кінетику процесу втиснення твердосплавного інструменту- тора в сталеву заготовку- циліндр. Експеримент проводився протягом 4с з метою визначення максимального рівня напружень, розподілу напружень і величини залишкових напружень після зняття навантаження. Зусилля притискання приймалось переважно в зоні пружних деформацій. Результати показали нерівномірниq розподіл напружень з максимумом в центрі плями контакту 1082 МПа. Після зміни напрямку навантаження в центрі плями контакту спостерігались невеликі залишкові деформації на рівні 0,00311 мкм. Це що свідчить про порушення пружної області на невеликій площі контакту, яка не впливає на загальний характер розподілу напружень і може бути видалена в процесі фінішної обробки. Результати моделювання напруженого стану використані для співвідношення із спостерігаємими структурними змінами матеріалу в процесі дії термічних і силових напружень. Пік напружень формувався на відстані 200 мкм, що сприяє формуванню максимальних значень мікротвердості на цій глибині.

Механізми формування зносостійких дисипативних структур в нестаціонарних умовах мащення

O. A. Ilina — 2023-09-30

Метою роботи було визначення впливу процесів надмолекулярної самоорганізації в мастильному шарі на закономірності зношування пар тертя. Проаналізовано механізми структурної пристосованості елементів трибоспряження, визначено закономірності прояву масштабного і енергетичного стрибка, що характеризує перехід трибосистеми до метастабільного стану. Проведена оцінка триботехнічних характеристик товарних трансмісійних олив на програмно-апаратному комплексі, який за допомогою роликової аналогії моделює роботу зубчастих передач в умовах кочення з проковзуванням. Встановлено, що активація контактних поверхонь в режимі частих пусків – зупинок призводить до активної взаємодії компонентів мастильного матеріалу та поверхневих шарів металу з поступовим формуванням граничних адсорбційних шарів. Для transmission oil ‘Bora B’ T-Shyp встановлено підвищення антифрикційних властивостей за рахунок ефективної змащувальної здатності оливи при формуванні гідро- та негідродинамічної складової товщини мастильного шару. Розглянуто вплив хімічної активності протизношувальної присадки диалкілдитіофосфат цинку та вуглеводневих компонентів базової основи трансмісійних олив на ефективність формування граничних плівок. Визначено, що утворення стійких граничних плівок мастильного матеріалу є ведучим процесом щодо прояву їх демпфуючих властивостей стосовно локалізації пружно-пластичної деформації по глибині металу. При формуванні граничних плівок на 90-95% площі контакту зміна мікроструктури приповерхневих шарів фіксується на глибині до 20 мкм, при формуванні граничних плівок на 20…50% площі поверхні розповсюдження пружно-пластичної деформації при треті сягає глибини до 50 мкм. Кінетика формування граничних плівок мастильним матеріалом та показники питомої роботи тертя в контакті корелюють з інтенсивністю зношування контактних поверхонь

Виявлення змін характеристик і властивостей зон тертя деталей трибоспряжень систем і агрегатів машин на основі ентропійного підходу

V.V. Aulin — 2023-09-30

З'ясовано роль ентропії в процесах тертя і зношування матеріалів трибоспряження рухомих деталей. Теоретично обґрунтовано реалізацію ефекту самоорганізації матеріалів в залежності від виробництва ентропії. Отримано умови самоорганізації при від'ємному виробництві ентропії. Визначено зв'язок швидкості об'ємного зношування трибоспряження деталей від виробництва надлишкової ентропії і її потоку. Отримано вирази для інтенсивності зношування деталей трибоспряження з урахуванням теплових процесів в зоні тертя. З'ясовано тенденції зміни характеристик і властивостей трибоспряжень деталей вузлів, систем і агрегатів машин зі зміною ентропії