1 ТРБ пек и тесты

1. Лекция

Введение в триботехнику.

Трение – удивительный феномен природы! Оно подарило человечеству тепло и огонь, возможность в короткое время остановить скоростной поезд и автомобиль, ускорить химическую реакцию в сто тысяч раз, записать человеческий голос на пластинку, услышать звук скрипки и многое другое.

Трение изучали Леонардо да Винчи и Ломоносов, Амнонтон и Кулон, Петров и Эйлер, Менделеев и Рейнольдс, и другие ученые. В наше время трение изучали академики Жуковский Н.Е., Чудаков Е.А., Ребиндер П.А. Внесли значительный вклад такие ученые, как чл.-корр. АН СССР Дерягин Б.В., акад. Белый В.А., проф. Крагельский И.В., Костецкий Б.Н. Из зарубежных ученых в этой области работают Ф. Боуден, Д. Тейлор, Д. Бакли, Г. Фляйшер, Г. Польцер и др.

До настоящего времени трение во многих его аспектах остается загадкой. При трении (и только при трении) одновременно происходят механические, электрические, тепловые, вибрационные и химические процессы. Трение может упрочнить или разупрочнить металл, повысить или уменьшить в нем содержание углерода, насытить металл водородом или обезводородить его, превратить золото и платину в оксиды, отполировать детали или сварить их. Трение является самоорганизующимся процессом, при котором с определенной последовательностью и весьма «разумно» протекают явления, направленные на разрушение поверхности, или же, наоборот, на создание целой серии систем, снижающих износ и трение.

Сегодня с трением связана одна из самых острых проблем современности – износ машин и механизмов. Расходы на восстановление машин в результате износа огромны. Причем ежегодно они увеличиваются. Удлинение срока службы машин и оборудования даже в небольшой степени равносильно вводу значительных новых производственных мощностей.

Вопросы повышения срока службы машин давно привлекали внимание инженерно-технических работников, однако в своей деятельности они руководствовались эмпирическими данными. Развитие техники и машиностроения придало проблеме повышения долговечности машин огромную значимость с экономической точки зрения. Поэтому к решению настоящей проблемы были приобщены широкий круг ученых различных специальностей. Это позволило создать теорию и рациональные методы ее решения на базе достижений физики, химии, металловедения, сопротивления материалов, деталей машин.

Триботехника – наука о контактном взаимодействии твердых тел при их относительном движении, охватывающая весь комплекс вопросов трения, изнашивания и смазки машин.

Наиболее распространенной причиной выхода из строя деталей и рабочих органов машин является не поломка, а износ и повреждение рабочих поверхностей. Особенно велик износ деталей и рабочих органов машин, которые эксплуатируются в абразивной и агрессивной средах. Например, зубья ковшей экскаваторов, ножи скреперов и бульдозеров работают 3…6 месяцев.

За сезон работы тракторов на песчаных почвах приходится заменять два-три комплекта гусениц, что в среднем обходится в 50 % стоимости нового трактора. Малую продолжительность работы имеют проволочные канаты грузоподъемных машин на металлургических предприятиях. Средний срок службы канатов доменных подъемников 3…4 мес., разливочных кранов мартеновских печей 6…7 мес. Быстрый выход из строя многих машин требует создания большой ремонтной базы. Расходы на ремонт машин и техническое их обслуживание в несколько раз превышает их стоимость: так для автомобилей в 6 раз, для самолетов до 5 раз, для станков до 8 раз и т.д. Поэтому на долю заводов, выпускающих новые трактора, приходится лишь 22% мощностей; остальные мощности распределяются так: на запасные части – 34%, на ремонт – 44%.

Большие материальные потери страна терпит от повышенного трения в узлах машин. Известно, что более половины топлива, потребляемого автомобилями, тепловозами и другими видами транспорта, расходуется на преодоление сопротивления, создаваемого трением в подвижных сочленениях. В текстильном производстве на преодоление сопротивления трению затрачивается около 80% потребляемой энергии. Низкие КПД многих машин обусловлены, главным образом, большими потерями на трение. Так КПД глобоидного редуктора, устанавливаемого в лифтах, металлорежущем оборудовании и т.д. в приработанном состоянии составляет только 0,65-0,7, а такой распространенной пары как винт-гайка всего лишь 0,25.

Триботехника, как и другие науки, непрерывно развивается. Этапы ее развития связаны с созданием корабельной техники, металлообрабатывающей промышленности, железнодорожного транспорта, автомобильной промышленности, авиации и космонавтики. Процесс развития триботехники можно подразделить на следующие этапы:

1) учение о трении и изнашивании деталей машин;

2) конструктивные решения вопросов трения и изнашивания;

3) технологические методы повышения износостойкости деталей;

4) эксплуатационные мероприятия по повышению долговечности машин.

Уже в настоящее время перед триботехникой стоит ряд сложных задач:

– существенно, в 2...3 раза, повысить сроки службы сельско­хозяйственной техники, двигателей внутреннего сгорания, ком­прессоров, автомобилей, металлообрабатывающего оборудования и других машин массового применения;

– снизить затраты на ремонт машин и их техническое обслуживание, для чего уменьшить регулировочные работы, в несколько раз сокра­тить объем смазочных работ, исключить дорогостоящие финишные операции при изготовлении трущихся деталей, снизить расход смазочных материалов;

– снизить силы трения в машинах, повысить их КПД, сократить время приработки машин;

– создать новые антифрикционные, фрикционные и износостойкие материалы для узлов трения, способные нести нагрузки в 1,5 ... 2 раза большие, чем прежние;

– разработать новые смазочные материалы для работы при вы­соких температурах, с лучшей смазывающей способностью, обеспе­чивающие большую задиростойкость материалов при трении.

Указанные задачи вполне выполнимы, они исходят из арсе­налов научных достижений триботехники.

Новый подход к изучению триботехники.

За последние 20 лет интенсивно развивается новый подход к из­учению физических, химических и биологических систем на основе синергетики – дисциплины, которую можно характеризовать как направление в современном естествознании. В основе этой дисцип­лины лежат самоорганизующиеся процессы в результате коопери­рования отдельных элементов (подсистем), с одной стороны, и раз­вития термодинамики открытых систем, с другой.

Основополагающими в этой области являются работы И. Пригожина, П. Гленсдорфа (Бельгия), Г. Хакена и В. Эбелинга (Германия). Широко известны самоорганизующиеся химические реакции Б. П. Белоусова и А. М. Жаботинского.

Сейчас многие физические и химиче­ские явления объясняют с позиций синергетики, включая кавитацию.

Триботехника базируется на ряде дисциплин: механике, физике, химии, металловедении и др. Специалисты по триботехнике (А. А. По­ляков, Б. И. Костецкий, Л. И. Бершадский и др.) обратили внимание и на синергетику, поскольку трибосистема является открытой и в ней могут происходить кооперативные явления.

Естественно, специалисты по триботехнике не могут разрабаты­вать теоретические положения синергетики; это дело физиков и химиков. Однако некоторые разделы триботехники могут быть отнесены к синергетике: это ИП при трении и водо­родное изнашивание. Оба явления характеризуются рядом после­довательных этапов и кооперативным действием отдельных элементов. Синергетический подход к изучению ИП и водородного изнашивания дает возможность глубже проникнуть в механизм явлений, что облегчит разработку новых эффективных методов борьбы с изнашиванием машин и оборудования. Так, из последовательных этапов проявления водородного изнашивания достаточно разорвать одно звено (этап), как может на­рушиться вся цепь процессов. В одних случаях выделившийся водород можно связать химически с другими элементами или ве­ществами, в других – «отогнать» водород электрическим или магнит­ным полем, в третьих – затруднить процесс диффузии водорода в глубь металла.