На правах рукописи

ДОЛГОПОЛОВ КИРИЛЛ НИКОЛАЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БЫТОВЫХ МАШИН ПУТЕМ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ СМАЗКИ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы

(коммунальное хозяйство и сфера услуг)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Шахты 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса (ГОУ ВПО ЮРГУЭС) на кафедре Машины и аппараты бытового назначения

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Кожемяченко Александр Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Адигамов Касьян Абдурахманович

кандидат технических наук, профессор

Романович Жорж Александрович

Ведущая организация Научно-производственное и коммерческое

ООО Дон-Инвек, г. Ростов-на-Дону

Защита состоится 27 ноября 2009г. в 1230 часов на заседании диссертационного совета Д 212.313.01 при ГОУ ВПО Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса по адресу 346500, г.Шахты, ул. Шевченко, 147, ауд. №2247.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса.

Текст автореферата размещен на сайте ГОУ ВПО ЮРГУЭС: http//www.sssu.ru

Автореферат разослан л___ октября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.313.01 Куренова С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Бытовые машины и приборы являются с учетом широкой номенклатуры выпускаемых изделий и постоянного роста объема их выпуска самым распространенным и в последнее время обязательным атрибутом населения Российской Федерации.

Анализ проблем эксплуатации бытовых машин (Гаркунов Д.Н., Прокопенко А.К., Посеренин С.П., Лепаев Д.А. и др.) установил, что причины выхода из строя данных машин в 80% случаев связаны с недостаточной надежностью узлов трения, входящих в их конструкцию. Число обращений в сервисные службы по ремонту и обслуживанию бытовой техники за первый год эксплуатации колеблется по различным ее видам от 4 до 30%. Затраты на ремонт и техническое обслуживание таких машин оказываются соизмеримыми, а иногда и превышающими стоимость последних.

Одним из путей решения проблемы повышения эффективности эксплуатации бытовых машин является создание на трущихся поверхностях их функциональных узлов третьих тел, прочно удерживающихся на них и определяющих оптимальные характеристики фрикционного процесса.

Формированию третьих тел предшествует переход вещества трибосопряжения в особое малоизученное сверхвозбужденное состояние - трибоплазму. Крупнейшие трибологи современности Хайнике Г., Эбелинг В., Белый В.А., Гаркунов Д.Н., Костецкий Б.И., указывали на первоочередную необходимость исследования трибохимических процессов с позиций плазмохимических превращений вещества и каталитического влияния на них со стороны физических полей.

В настоящей работе с целью повышения эффективности эксплуатации бытовых машин представляется актуальным разработать комплекс физических способов воздействия на процесс формирования третьих тел на контактирующих поверхностях узлов трения данных машин. Предлагаемый способ основывается на современных представлениях трибохимии фрикционного контакта, физико-химических аспектах возникновения третьих тел с позиций перехода вещества трибосопряжения в особое сверхвозбужденное состояние - трибоплазму и последующих плазмохимических превращений вещества в зоне трения, протекающих при релаксации плазменных процессов, а также влияния физических полей на данные процессы.

Актуальность и перспективность настоящей работы представляется бесспорной как с точки зрения установления и объяснения новых научных фактов, так и решения задач прикладного характера, касающихся повышения эффективности эксплуатации бытовых машин. Последнее, учитывая широкий парк бытовой техники, количество сервисных служб, материально-технические затраты на проведение ремонтных работ и социокультурные аспекты ее (техники) эксплуатации, имеет в масштабах страны огромное социальное и экономическое значение.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является разработка универсального способа повышения эффективности эксплуатации бытовых машин посредством управления фрикционными характеристиками их трибосопряжений с использованием электромагнитных полей.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Разработать на основании данных об особенностях процессов массопереноса и динамики изменения структуры поверхностных слоев трибосопряжений феноменологическую модель плазменных и постплазменных состояний вещества.

2. Выбрать комплекс аналитических методов физико-химического исследования поверхностных слоев узлов трения бытовых машин, позволяющих достоверно дополнить решение предыдущей задачи.

3. Описать характер воздействия внешних электромагнитных полей на плазменные и постплазменные процессы в области фрикционного контакта машин бытового назначения, а также изучить это влияние на формирование третьих тел.

4. Исследовать структурные особенности смазочных слоев, возникающих в различных узлах трения бытовых машин, выявить их основные закономерности.

5. Разработать, на основании полученных результатов, универсальный способ управления фрикционными процессами, протекающими в узлах трения бытовых машин, а также антифрикционные добавки к материалам триботехнического назначения.

Объект и предмет исследования. В настоящей работе объектом исследования являются узлы трения бытовых машин. Предметом исследований является процесс формирования структуры смазочных слоев в подвижных сопряжениях машин бытового назначения под влиянием внешних электромагнитных полей, а также создание на основе исследования данного процесса эффективных смазочных и антифрикционных полимерных материалов.

Методы исследований. Поставленные задачи решались теоретическими и экспериментальными методами.

Теоретическая часть работы основывалась на фундаментальном аппарате квантовой теории твердого тела, физики плазмы, теории массопереноса и аппарата молекулярно-кинетической теории трения. Теоретические исследования проверялись и обосновывались при помощи современных методов физического анализа поверхности твердого тела, включающих в себя: рентгеноспектральный флуоресцентный анализ (РСФА), Оже - электронную спектроскопию (ЭОС), а также комплекс электромагнитного санирования узлов трения.

Фрикционные параметры сопряжений контролировались на специально сконструированной лабораторной установке для испытания малых образцов на кафедре Машины и аппараты бытового назначения ГОУ ВПО ЮРГУЭС; четырехшариковой машине трения (ЧШМ) в НИИ Физической и органической химии ЮФУ, что обеспечило высокую достоверность полученных результатов.

Производственные испытания выполнены на предприятиях Ростовской области и Краснодарского края.

Научная новизна.

- Предложена гипотеза, основанная на предположении о трибоплазме как квазигазовом образовании, раскрывающая особенности возникновения и развития трибоплазмы, и получены аналитические выражения, описывающие кинетику плазменных и постплазменных процессов в области фрикционного контакта подвижных сопряжений бытовых машин.

- Произведена теоретическая оценка трибохимического КПД, до настоящего времени не поддающегося аналитическому описанию, а принимаемого на основании косвенных экспериментальных результатов.

- Экспериментальными исследованиями нового типа присадок к смазочным материалам - минеральных модификаторов трения, расширены представления о гетерогенной структуре третьих тел, состоящих из квазикристаллической микроподложки, обеспечивающей совместно с внешними слоями мезогенной природы принцип положительного градиента механических свойств и антифрикционных параметров, соответствующих граничному трению.

- Предложен универсальный способ управления фрикционными характеристиками узлов трения бытовых машин различного конструктивно-технологического типа, не требующий их конструктивных изменений, основанный на воздействии на плазменные и постплазменные состояния вещества со стороны внешних электромагнитных полей.

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

- Разработан феноменологический подход к описанию трибоплазменных процессов, позволяющий раскрыть механизм протекания трибохимических реакций в начальной стадии трения, обуславливающих формирование на поверхностях трущихся тел смазочных структур.

- Разработано электронное устройство, позволяющее управлять фрикционными характеристиками трибосопряжений бытовых машин, а также других типов машин различного параметрического ряда, в частности технологического оборудования, с целью повышения его эффективности эксплуатации.

- Разработанные составы новых противоизносных присадок к смазочным материалам и антифрикционный полимерный материал, показали высокую эффективность применения в узлах трения бытовых машин, а также машин другого назначения.

Достоверность результатов, полученных в ходе выполнения работ, подтверждается:

- экспериментальными исследованиями, выполненными на лабораторных и промышленных стендах с применением современных методов измерения, анализа и обработки результатов при использовании персональных компьютеров и пакетов прикладных программ;

- использованием в качестве теоретической базы фундаментальных исследований, выполненных отечественными и зарубежными авторами по вопросам износостойкости, физико-химических основ контактного взаимодействия твердых тел, условий функционирования бытовых машин;

- положительными результатами производственных испытаний повышения эксплуатационной эффективности бытовых машин при использовании разработанных в настоящей работе материалов и устройств.

Апробация работы. Результаты диссертационных исследований были представлены на международных выставках г. Москва (В - Крокус-экспо: Автоимпорт) в 2007-2008г; региональных выставках в г. Ростов-на-Дону (В - ВертоЭкспо: Высокие технологии XXI века) в 2007-2008г. и г. Челябинск в 2008 г.

Итоги работы обсуждены на ежегодных межвузовских научно-технических конференциях, проводимых в ЮРГУЭС (г. Шахты 2006-2009г) и доложены на заседаниях кафедры Машины и аппараты бытового назначения.

Результаты работы, выводы и рекомендации приняты к внедрению предприятием по ремонту и техническому обслуживанию бытовых машин ОАО Иней г.Сочи, а также компанией - производителем смазочных материалов ООО НПО Супротек г. Шахты.

Работа обсуждена и рекомендована к защите на расширенном заседании кафедры Машины и аппараты бытового назначения ГОУ ВПО ЮРГУЭС с приглашением ведущих специалистов кафедр Прикладная механика и конструирование машин и Энергетика и БЖД.

Основное содержание диссертации отражено в 12 публикациях в журналах, сборниках трудов и материалах конференций (в том числе 1 в реферируемом журнале, рекомендованном ВАК), в 1 патенте РФ, 1 положительном решении о выдаче патента РФ.

ичное участие автора в получении результатов. Непосредственно автором выполнено следующее: произведен обзор публикаций и положений, существенных для разработки научной теории по тематике исследований, выбраны экспериментальные и теоретические методы исследований. Реализованы алгоритмы расчета химических констант трибохимических реакций в феноменологической модели трибоплазмы. Получены теоретические выражения, отражающие коллективное взаимодействие собственных и наведенных электромагнитных полей в трибосистеме. Обобщены и проанализированы структурные особенности существования третьих тел на примере общих закономерностей поведения минеральных модификаторов трения. Проанализированы полученные при помощи методов спектроскопии поверхности твердого тела, данные о физико-химических процессах, происходящих во фрикционном контакте, ответственных за формирование третьих тел. Проведены триботехнические испытания модельных образцов материалов, широко используемых в узлах трения бытовых машин, и новых, разработанных в ходе выполнения работы материалов.

Положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Гипотеза квазигазового состояния трибоплазмы, основанная на диффузионно-энергетическом механизме эволюции фрикционных процессов.

2. Способ расчета основных констант трибохимических реакций, основанный на аналитическом описании постплазменного состояния вещества.

3. Представление смазочных структур как гетерогенного образования, состоящего из квазикристаллической мономолекулярной подложки, к которой в частности относятся серфинг-пленки, и наружного слоя (возможно мезогенного типа), толщина которого варьируется в широких пределах.

4. Закономерности фрикционного поведения минеральных модификаторов трения и их практическое использование для повышения эффективности эксплуатации как машин бытового назначения, так и других типов машин и механизмов.

5. Универсальный способ управления фрикционными процессами узлов трения бытовых машин с целью повышения эффективности их эксплуатации и технические средства для его реализации.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 195 страниц, включающих 65 рисунков и 5 таблиц; состоит из введения, пяти глав, списка используемой литературы, содержащего 197 работ отечественных и зарубежных авторов, а также имеет приложение, включающее документы, подтверждающие актуальность работы и достоверность полученных результатов исследований, акты производственных испытаний (2 шт.), акты внедрения в производство (4 шт.), технические условия (1 шт.).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определена роль микромеханизмов трения в решении задач минимизации фрикционных потерь в узлах трения бытовых машин (БМ), обуславливающих повышение эксплуатационной эффективности последних, обоснована актуальность работы, сформулирована цель работы, основные положения, задачи и результаты исследований.