2.1.1 Приклади практичного вирішення задач тріботехніки

Підвищений знос деталей в сполученнях в одних випадках порушує геометричність робочого простору машини (наприклад, у поршневих машинах), в других – порушує нормальний режим змащення, в третіх – призводить до втрати кінематичної точності механізму. Внаслідок спрацьовування знижується потужність двигунів, збільшуються витрати паливно-мастильних матеріалів, падає продуктивність компресорів; виникає можливість витікання ядовитих і вибухонебезпечних продуктів через сальники і ущільнення; знижуються тяглові якості транспортних машин; погіршується керування літаками і автомобілями (знижується безпека руху); зменшується продуктивність; знижується точність і якість обробки виробів на металорізальних верстатах і т.п.

Знос інструменту і робочих органів машин, окрім зниження продуктивності, підвищує витрати енергії. Наприклад, із зносом і затупленням зубів ковша екскаватора знижує перетин шару ґрунту, що зрізається, збільшується опір різанню останнього; треба більший шлях для заповнення ковша.

Знос і пошкодження поверхонь зменшує опір втомі і можуть бути чинниками їх руйнування, навіть при незначних концентраторах напружень і дуже низьких номінальних напруженнях. Підвищений знос порушує нормальну взаємодію деталей в вузлах, може викликати значне додаткове навантаження, удари в спряженнях і вібрацію, стати причиною раптового руйнування. З підвищеним зносом нерідко пов’язують неприпустимий шум машин.

Заїдання або заклинювання деталі може привести до аварійних ситуацій. Так, заїдання лопатки ротора масляного насоса може викликати його заклинювання, припинення подачі масла до підшипників і аварії машини.

У багатоланкових механізмах навіть невеликий знос окремих елементів може підсумовуватися на ведомій ланці і порушувати нормальне функціонування механізму.

Знос циліндропоршневої групи двигуна збільшує забрудненість повітря: 100 спрацьованих автомобілів забруднюють повітря відпрацьованими газами як 125 нових автомобілів.

Варто уваги те, що маса механізму або машини по мірі їх зносу зменшується незначно. Наприклад, автомобільний двигун середньої потужності після повного зносу має втрату маси не більш 1% від вихідної (початкової), а вантажний автомобіль середньої вантажопідйомності - не більш 3 кг.

2.1.2 Деякі приклади вирішення задач тріботехніки на промислових підприємствах

1. На одному із заводів, який випускав потужні двигуни внутрішнього згорання, з деякого часу в процесі обкатки двигунів, на азотованих поверхнях циліндрів почали з’являтись задири, що призводило до задимленості двигунів. Верхнє компресійне кільце поршня було хромованим, а решта кілець виконана з чавуну, легованого хромом, титаном і ванадієм. Спроба усунути задимленість двигунів збільшенням часу його обкатки, покращенням мікрогеометрії дзеркал циліндрів, зменшенням допусків на конусність і овальність циліндрів, очищенням масла від абразивних часток і рядом інших заходів не дали результатів.

Після тривалих пошуків причин задирів дзеркал циліндрів було встановлено, що в період обкатки циліндри недостатньо змащувались маслом, що викликало тертя при полурідкісному змащенні окремих дільниць їх поверхні. Нанесення мілких вм’ятин на юбці поршня сталевою кулькою діаметром 3мм покращало умови змащення і усувало задири і задимленість двигунів. З тої пори завод випускає двигуни з накатними поглибленнями на юбці поршня.

Більш кардинальним методом було б накатування дзеркала циліндра, але твердість азотованої поверхні дзеркала перешкоджало достатній продуктивності цього процесу: накатний ролик спрацьовувався протягом 30-40 хвилин роботи.

2. На літаку після 400 – 600 посадок внаслідок підвищеного спрацьовування виходили з ладу верхні бронзові букси амортизаторів шасі, що примушувало ремонтувати амортизаційні стійки з заміною букс. Для зменшення питомих навантажень на буксу її висота була збільшена в 1,5 раза. Проте цей засіб не усував зносу букс. Внаслідок пошуків було встановлено, що бронза Бр.АЖМц, з якої виготовлялись букси, мала дуже низьку зносостійкість в умовах змащування спиртогліцериновою сумішшю. Заміна цієї суміші маслом АМГ – 10, усунула підвищений знос букс.

3. На паровій машині, яка встановлювалась на судні, за 20 – 30 днів плавання виходило з ладу верхнє поршневе кільце, що викликало необхідність його заміни. З багатьох методів зниження зносу поршневих кілець в паровій машині діючим виявився тільки один. В чавунне кільце перерізом 4040мм було встановлено і зачеканено мідний дріт, який виступав на 0,5мм над робочою поверхнею.

4. В практиці експлуатації насосів для гасу були випадки катастрофічно швидкого спрацьовування поверхонь сталевих загартованих роторів із сталі 12ХНЗА твердістю HRC60 і бронзових золотників твердістю НВ61. Зовнішньо руйнування виявлялось як знос сталевої опори ротора на глибину 0,03мм і намазування мікроскопічних пелюсток сталі на поверхню спряженого бронзового золотника. Ідентичність матеріалу цих пелюсток з матеріалом ротора була встановлена спектральним аналізом. На роторі по всій поверхні тертя мали місце відносно глибокі кільцеві подряпини. Причиною переносу твердого матеріалу (сталь і чавун) на більш м’який матеріал (бронза, пластмаса) в процесі тертя в технічній літературі не описані. Аналіз всіх обставин дозволив встановити новий вид контактної взаємодії твердих тіл, названого водневим спрацьовуванням.

5. Гідроелектростанції виробляють саму дешеву електроенергію. Вони здібні виходити на режим максимальної потужності в сотні разів швидше, ніж теплові і атомні електростанції. Це особливо важливо при автоматизованому управлінні енергосистемами, перш за все при виникненні і компенсації пікових навантажень. Така перевага залежить в більшій мірі від надійної роботи підп’ятників турбін (особливо при запуску), які сприймають вагу ротора і водний натиск – в загальній кількості десятки МН. В ряду випадків, після 15-30, а іноді після 2-3 запусків, агрегат необхідно зупиняти, розбирати й відновлювати підп’ятник.

Розроблені спеціальні системи, які забезпечують гідростатичне розвантаження підп’ятників турбін. Використовують також еластичні металопластикові опори. Кількість безпечних запусків досягло 25 і більше.

6. В одному з інститутів, при проектуванні вантажопідйомних кранів зіткнулись з труднощами в забезпеченні надійної роботи поворотного устрою крана Q=250т і найбільшою висотою підйому вантажу – 100м.

Звичайно такий устрій складається з декількох рядів роликів, які працюють по загартованій напрямній. Діаметр поворотного устрою був обмежений 3м. При високих навантаженнях і малому діаметрі поворотній устрій працював погано – ролики заклинювались, а їх поверхня і поверхня напрямної ушкоджувались. Спроби застосувати різні змащувальні матеріали на призвели до бажаних результатів. В.М.Бистров й Є.І.Макаров запропонували провести фінішну антифрикційну безабразивну обробку (ФАБО) роликів і доріжок кочення, а в мастило ЦІАТІМ–201 (ДОСТ 8773-73) ввести металоплакуючу присадку МКФ-18У в кількості 0,3%. Це забезпечило надійну роботу поворотного устрою, що дозволило в короткі строки виготовити унікальний автокран і запустити його в експлуатацію.