Способ уменьшения износа деталей машин и оборудования

Авторы патента:

Гвоздев Александр Анатольевич (RU)

Дунаев Анатолий Васильевич (RU)

F16N15/00 - Конструктивные видоизменения частей машин или аппаратов для целей смазки

Владельцы патента RU 2734366:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) (RU)

Изобретение относится к машиностроению, в частности к триботехнике для уменьшения износа узлов трения машин и оборудования, работающих в маслах. Способ заключается в электрическом воздействии на масло электродами, при этом на оловянный электрод подают напряжение 50 В, на медный - 60 В, на цинковый - 70 В. При этом износ деталей уменьшается в 2,73-2,92 раза, а момент трения и температура в зоне трения на 20%. 3 ил., 3 табл.

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к триботехнике для уменьшения износа узлов трения машин и оборудования, работающих в маслах.

С доисторических времен известен способ уменьшения трения и изнашивания вводом в узлы трения масел и смазок. Для этого в дополнении к животным и растительным маслам и смазкам разработаны и с начала 20 века десятками миллионов тонн ежегодно производятся разнообразные смазочные масла, пластичные и жидкие смазки. Они позволяют значительно уменьшить трение и изнашивание в машинах и оборудовании, существенно продлить их работу без ремонта [Григорьев М.А., Бунаков Б.М., Долецкий В.А. Качество моторного масла и надежность двигателей. М.: Издательство стандартов, 1981].

Однако повышение нагрузочно-скоростных режимов работы машин и оборудования требует дальнейшего повышения износостойкости узлов трения, а возможности в этом у современных смазочных материалов практически исчерпаны [Григорьев М.А., Долецкий В.А. Желтяков В.Т., Субботин Ю.Г. Обеспечение качества транспортных двигателей. М.: Издательство стандартов, 1998, 632 с.; Двигатели внутреннего сгорания. Ч. 2. Динамика и конструирование. М.: Высшая Школа, 2007].

Известен способ повышения противоизносных свойств масел и смазок вводом в них разнообразных присадок [Виноградова Э.И. Противоизносные присадки к маслам. М.: Химия, 1972, 272 с.; Синельников А.Ф., Балабанов В.И. Автомобильные масла. Краткий справочник. М.: «За рулем», 2003].

Недостатком применения присадок к маслам является нестабильность, их рабочих свойств, срабатывание в эксплуатации и существенное (в несколько раз) повышение стоимости масел и смазок.

Известен способ повышения противоизносных свойств масел и смазок путем ввода в них минеральных, органических и других видов более 200 различных добавок [Гнатченко И.И. и др. Автомобильные масла, смазки, присадки. Справочник автомобилиста. С. -Пб- Москва: Полигон-АСТ, 2000. - 248 с.; Синельников А.Ф., Балабанов В.И. Автомобильные масла. Краткий справочник. М.: «За рулем», 2003. - 176 с.; Шабанов А.Ю. Очерки современной автохимии, мифы или реальность. С. -Пб.:, 2004. - 216 с.; Зуев В.В. Конституция, свойства минералов и строение земли (энергетические аспекты). С. -Пб: Наука. - 2005.- 400 с.; Экспертиза «Присадки» в масло: Виагра для мотора. Ж. «Украина За рулем», 2006, № 9, http://www.uzr.com.ua/pbs.php?pbl_action=view&pbl_id=263; Балабанов В.И. и др. Безразборный сервис автомобиля. Обкатка, профилактика, очистка, тюнинг, восстановление. М.: «Известия», 2007. - 272 с.; Долгополов К.Н., Потеха В.Л., Любимов Д.Н. Трибология геомодифицированных смазочных материалов: монография. - Гродно: ГГАУ, 2013].

Недостатком применения известных добавок является нестабильность их работы и срабатывание в эксплуатации [Экспертиза «Присадки» в масло: Виагра для мотора. Ж. «Украина За рулем», 2006, № 9, http://www.uzr.com.ua/pbs.php?pbl_action=view&pbl_id=263].

Известен способ повышения противоизносных свойств сопряжений трения нанесением на поверхности деталей диэлектрических покрытий [Рыбников Ю.С. Круглова Л.В. Основы электронной теории износа при трении. Вестник машиностроения, 1989.- № 6, с. 5-10.]. Недостатком этого известного способа является ограниченность его применения: только при изготовлении деталей, работающих при невысоких удельных давлениях, и необходимость применения импортных материалов.

Известен способ повышения противоизносных свойств сопряжений трения тракторных дизелей при их обкатке с подачей на коленчатый вал низкого напряжения постоянного тока 6 - 12 В и тока до 2 А [Нигаматов М.Х. Ускоренная обкатка двигателей после ремонта. М.: Колос. -1984].

Недостатком этого известного способа является его временное применение - только на период обкатки 1-1,5 ч, а также отрицательное действие на отдельные сопряжения дизелей.

Известно мало применяемое электролитическое натирание цинка на поршни ДВС. Его недостаток - малая производительность и экологическая опасность от хлористого цинка.

Наиболее близким к заявляемому способу, принятому за прототип, является способ повышения эффективности использования смазочного масла с присадками (патент РФ № 2624927, МПК F16N 15/00, 2015), включающий электрообработку смазочного масла при нахождении его в межэлектродном пространстве постоянного электрического поля, в котором напряжение между электродами устанавливают в зависимости от силы тока в межэлектродном пространстве так, чтобы она находилась в диапазоне 0,9÷1,0 максимального значения, при котором электрический пробой смазочного масла не происходит.

Недостатком известного способа является необходимость иметь источник не безопасного высокого напряжения постоянного тока, устройств с высоковольтными электродами в маслах узлов, агрегатов, не оптимальность напряжения, подаваемого на электроды, не оптимальность металлического материала электродов.

Технической задачей настоящего изобретения является уменьшение износа деталей машин, работающих в маслах, путем подбора мягкого металла электрода и величины оптимального для него безопасного напряжения постоянного тока для эмиссия с него в масла зарядов и ионов металлов.

Технический результат достигается тем, что в способе уменьшения износа деталей машин и оборудования, заключающимся в электрическом воздействии на масло электродами, согласно изобретению, выбирают мягкий металл для электрода, подбирают для него оптимальное напряжение постоянного тока, не превышающее 100 В, обеспечивают эмиссию зарядов и ионов металла в масле.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 показана схема испытаний, где 1 - нагрузка в паре трения, прикладываемая через верхний ролик 2, взятый для испытаний из роликоподшипника; 3 - нижний стальной ролик диаметром 50 мм испытуемой пары, вращаемый на машине трения 2070 СМТ-1 с частотой 400 мин^-1; смазочный материал 4 - моторное масло М-10Г_2К, находящееся в масляной ванне машины трения 2070 СМТ-1, в которую «Диск» погружен на ⅓; на фиг. 2 показаны пятна износа верхнего ролика пары трения: а) - без подачи напряжения и б) - с подачей напряжения на оловянный электрод в масле; на фиг. 3 приведено сравнение момента трения и температуры в контакте при испытании пары «ролик по ролику» без электрического воздействия на масла и при вводе в масла электродов из мягких металлов и подаче на них напряжения постоянного тока до 100 В.

Способ уменьшения износа деталей машин и оборудования заключается в электрическом воздействии на масло электродами из мягкого металла, подбирают для него оптимальное напряжение постоянного тока, не превышающее 100 В, обеспечивают эмиссию зарядов и ионов металла в масле.

При непрерывной эмиссии в масла зарядов и ионов с выбранного мягкого металла при выбранном для него оптимальном напряжении постоянного тока безопасного значения, достигается увеличение толщины масляной пленки и тем самым значительное уменьшение износа деталей.

Дополнительным действием в уменьшении износа деталей является их плакирование мягким металлом электрода.

Реализовали способ на машине трения 2070 СМТ-1 по схеме «ролик по ролику». Проводили 5-минутную приработку стальной пары ролик игольчатого подшипника диаметром 7 мм на ролике диаметром 50 мм, погруженном на ⅓ в масло, и вращаемом с частотой 400 мин^-1 с нагрузкой N на верхний ролик 100 Н. В основных 25-минутных испытаниях на верхний ролик подавали нагрузку 2000 Н. Постоянная скорость скольжения составляла 104,7 см/с. В масла вводили электроды из мягких металлов: цинка, меди, олова и подавали на электроды напряжение постоянного тока до 100 В.

Реализация способа уменьшения износа деталей, заключающегося в электрическом воздействии на масло электродами, по данным испытаний (таблицы 1-3, фиг. 2, 3), проведенных с 2 - 5-ти кратной повторностью с хорошей сходимостью результатов, подача оптимального низкого безопасного напряжения постоянного тока на подобранные электроды из мягкого металла выявила:

- для цинкового электрода при напряжении на нем 70 В износ ролика уменьшился в 2,735 раза

- для медного - при напряжении на нем 60 В износ ролика уменьшился в 2,88 раза,

- для оловянного - при напряжении на нем 50 В износ ролика уменьшился в 2,916 раза.

Таким образом, подбор металла для электрода и оптимального для него безопасного напряжения постоянного тока до 100 В для эмиссии в масла зарядов и ионов металла, обеспечивает значительное, в 2,73-2,92 раза, уменьшение износа деталей машин и оборудования.

Таблица 1. Износ на машине трения 2070 СМТ-1 ролика диаметром 7 мм игольчатого роликоподшипника над стальным роликом диаметром 50 мм при нагрузке 2000 Н в зависимости от напряжения постоянного тока при его подаче на цинковый электрод в моторном масле М-10Г_2К

Напряжение на электроде, В	Площадь износа ролика, мм²	Момент трения роликов, Nсм	Температура в зоне трения, °С
0	2.237 (база)	231	97,75
30	1.126/в 1.987 раза	180, в 1,28 раза	93,6
40	1.236/в 1,81	190	94,1
50	1.413/в 1,583	195	88,7
60	1.913/в 1,169	152, в 1,52 раза	86,95
70	0.818/в 2,735	190	79,68
80	0.893/в 2,505	190	83,2
100	2.039/в 1,097	235	95,6

Таблица 2. Износ на машине трения 2070 СМТ-1 ролика диаметром 7 мм игольчатого роликоподшипника над стальным роликом диаметром 50 мм при нагрузке 2000 Н в зависимости от напряжения постоянного тока при его подаче на медный электрод в моторном масле М-10Г_2К

Напряжение на электроде, В	Площадь износа ролика, мм²	Момент трения роликов, Nсм	Температура в зоне трения, °С
0	2.237	231	97,75
30	-	-	-
40	-	-	-
50	1.008	210	90.0
60	0.777/в 2.88	210	81.3
70	1.961	240	103.7

Таблица 3. Износ на машине трения 2070 СМТ-1 ролика диаметром 7 мм игольчатого роликоподшипника над стальным роликом диаметром 50 мм при нагрузке 2000 Н в зависимости от напряжения постоянного тока при его подаче на оловянный электрод в моторном масле М-10Г_2К

Напряжение на электроде, В	Площадь износа ролика, мм²	Момент трения, роликов, Nсм	Температура в зоне трения, °С
0	2.237	231	97,75
30	-	-	-
40	0.931	185	90.3
50	0.767/в 2.92	175	84,8
60	1.153	225	92.4

Таким образом, подбор металла к электроду и оптимального к нему безопасного напряжения постоянного тока до 100 В для эмиссии в масла зарядов и ионов металла, обеспечивает значительное, в 2,73-2,92 раза, уменьшение износа деталей машин и оборудования.

Способ уменьшения износа деталей машин и оборудования, заключающийся в электрическом воздействии на масло электродами, отличающийся тем, что на оловянный электрод подают напряжение 50 В, на медный - 60 В, на цинковый - 70 В.

Устройство предназначено для активации трения и предупреждения буксования рельсового транспорта. Устройство выполняется в виде управляемого пневматического привода подачи твердого активатора трения на поверхность колеса локомотива с возможностью его прижатия и отжатия от поверхности катания колеса, работа привода синхронизирована с работой электронных систем безопасности и управления локомотивом.

Способ безразборного восстановления изношенных металлических поверхностей и состав для его осуществления // 2721242

Группа изобретений относится к восстановлению изношенных металлических поверхностей, преимущественно в парах трения цилиндропоршневой и кривошипно-шатунной группы двигателей внутреннего сгорания.

Твердый активатор трения и способ активации трения колес локомотивов // 2689052

Изобретение относится к рельсовому транспорту и предназначено для предупреждения буксования. Твердый активатор трения в виде брикета подается в зону поверхности катания колеса с минимальным усилием, достаточным для обеспечения значений коэффициента трения в зоне поверхности катания колеса с рельсом на уровне, предотвращающем буксование колес локомотива.

Комплексный способ повышения эффективности смазывания в агрегатах автотракторной техники // 2679575

Изобретение относится к эксплуатации машин. Комплексный способ повышения эффективности смазывания в агрегатах автотракторной техники, заключающийся в заливке в картер агрегата смазочной композиции с трибосоставом, согласно изобретению электрически изолированные электроды устанавливают в перемешиваемую часть картерного масла и проточные части системы смазки, заливают смазочную композицию с модификатором поверхностей трения, например, марки «Fe-do», в зависимости от степени износа агрегата, площади поверхностей трения и свойств масла, задают количество активной части модификатора, равное 0,01-0,025% на литр масла, запускают технику на холостой ход или на работу без нагрузки на 0,5-1,5 часа, очищая поверхности трения от наслоений, разрушенных кристаллов, образуют ювенильные активные поверхности, создающие вместе с измельченными частицами трибосостава новые структуры, через 0,5 часа от начала трибообработки включают подачу на электроды безопасного напряжения постоянного или переменного тока, через 15-30 моточасов штатной работы тракторной техники или 200-300 км пробега автомобилей, сливают смазочную композицию, отключают подачу напряжения, заливают свежую аналогичную смазочную композицию, через 60-150 моточасов работы тракторной техники или 1000-2000 км пробега автомобилей снова подают на электроды то же напряжение, после исчерпания срока службы смазочной композиции последовательно заливают свежие масла, подают на электроды то же напряжение, а трибосостав вводят меньшими количествами по мере необходимости, определяемой диагностированием.

Способ повышения работоспособности новых и изношенных узлов и агрегатов машин и оборудования // 2679331

Изобретение относится к эксплуатации машин, оборудования, в частности - к повышению работоспособности двигателей, силовых передач машин, оборудования. Способ повышения работоспособности новых и изношенных узлов и агрегатов машин и оборудования, включающий подачу тока на электроды в масле, как минимум один электрод размещают в масле узла, электрод изолируют от «массы» агрегата, при этом электроды изготовлены из мягких металлов - цинка, олова, алюминия, или меди, при этом агрегатом являются картер двигателя, или масляный фильтр, или главная масляная магистраль, или маслопровод к масляному радиатору, или редуктор силовых агрегатов, при этом подают напряжение постоянного тока 12, 24, 48, или 100 В или 12, 24, 48 или 80 В переменного тока.

Способ повышения эффективности использования смазочного масла с присадками // 2624927

Изобретение относится к эксплуатации машин, в частности - к использованию моторного масла в двигателях внутреннего сгорания. Способ повышения эффективности использования смазочного масла с присадками включает электрообработку смазочного масла при прохождении его в межэлектродном пространстве при постоянном электрическом напряжении, в котором величину постоянного электрического напряжения устанавливают в зависимости от силы тока в межэлектродном пространстве так, чтобы сила тока находилась в диапазоне 0,9÷1,0 максимального значения силы тока, фиксируемой в диапазоне, при котором электрический пробой смазочного масла не достигается.

Фрикционная деталь, работающая в среде со смазкой // 2608612

Настоящее изобретение относится к фрикционным деталям, работающим в среде со смазкой, содержащей модификатор трения, при этом по меньшей мере на одну из деталей нанесено покрытие, при этом модификатором трения является MoDTC, покрытие является отличным от DLC и для по меньшей мере одной детали является нитридом хрома, при этом нитрид хрома присутствует в кристаллизации со структурой типа NaCl с микротвердостью 1800+/-200 HV.

Фрикционная передача // 2538857

Устройство относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах с фрикционной передачей. Цилиндрические элементы, выполненные из твердого материала, рабочие поверхности которых прижимаются к друг к другу настолько, что сила трения, возникающая на контакте, равна величине передаваемого окружного усилия, имеют углубления, заполненные твердым смазочным веществом и расположенные таким образом, что траектории, описанные любой точкой периметра углублений, не пересекаются и не накладываются в зоне контакта.