Министерство на образованието, младежта и науката

Устойчивото земеделие е част от глобалната стратегия за устойчиво развитие на земята. Проблемът за икономията на природните ресурси и опазването на околната среда стои пред цялото човечество. Еднопосочната система: производство, потребление, отпадъци трябва да бъде сменена със затворена, включваща управление на отпадъците. Това означава да се вземат всички мерки, които могат да удължат жизнения цикъл на изделието преди да попадне в околната среда. Пътищата за оползотворяване на отпадъците и затваряне на жизнения цикъл на изделията са: поддържане, ремонт, втора употреба, събиране, разглобяване и рециклиране (друга употреба) фиг.1.

Осигуряването на високо качество и надеждност на ремонтираната земеделска техника е възможно не само чрез осигуряване на качествени материали, прогресивни методи и средства за ремонт и възстановяване, но и чрез провеждане на оптимално сработване на триещите се повърхности в производствени условия. Сработването като заключителен етап в производствения процес на ремонт на земеделските машини и техните агрегати определя не само качествените и надеждностните им характеристики, но и разходите за ремонта. Съществуващите технологии за сработване на основно ремонтираните агрегати (двигатели, скоростни кутии, редуктори и др.) изискват голяма продължителност, енергоемкост и разход на високо квалифициран труд за достигане на пълноценно сработване на работните повърхности.

Проблемът за намаляване на разходите за сработване на ремонтираните агрегати при запазване на високи качествени характеристики стои пред всеки завод, фирма или сервиз извършващи основен ремонт.

Един от пътищата за решаването на този проблем е намаляване на времето за сработване, с което се пести труд, енергия и материали.

Ускоряването на процеса на сработване на ремонтираните агрегати става особено актуален във връзка с това, че по време на своя жизнен цикъл земеделските машини претърпяват няколко основни ремонта. При което ефекта от спестените материали, ресурси и опазването на околната среда се мултиплицират.

За подобряване на качеството и съкращаване продължителността на сработването са разработени различни методи и технологии, които са свързани с използването на специални масла, добавки в горивото, абразивни частици в маслото, пропускане на електрически ток през зоната на контакта, различни режими на натоварване и други.

От особено значение в последно време за съкращаване на времето за сработване придобиват свойствата на смазочния материал. Особен интерес представлява взаимодействието на маслото, неговата химическа активност и образуването на продукти на химическото взаимодействие с повърхностния слой на метала.

Специалните добавки към маслата могат да бъдат повърхностно активни вещества, органични съединения на сярата и фосфора, органозоли и др. Обаче тези добавки имат съществени недостатъци, един от най-важните от които е повишеното износване на триещите се двоици.

За да се преодолее този недостатък в последните години се използват металоорганични добавки. Те позволяват да се ускори процеса на сработване и в същото време да се запази или увеличи ресурса на ремонтираните агрегати с 30-40%.

Настоящата работа е посветена на ускоряването на процеса на сработване на ремонтираните агрегати (двигатели, скоростни кутии, редуктори и др.) от земеделската техника с модификатори на триене, което ще позволи да се съкрати времето на престой на машините в ремонт, да се повиши производителността на ремонта, да се подобри сработването на детайлите и да се намали началното износване на работните повърхности.

Сработването на триещите се повърхности в ремонтираните агрегати и автотракторни двигатели е продължителен процес и се явява заключителен етап от производствения процес на ремонт, като оказва съществено влияние върху надеждността на ремонтираната земеделска техника и разходите за поддържането й. Провеждането на сработването при оптимални режими осигурява най-бързо въвеждане на машините в експлоатация, повишава производителността на труда и общата ефективност от използването им [68,80,85,86,95,98,99,119,134,154,159,172,178,188].

Сработването е неизбежен период от работата на триещите се двойки. Даже при най-съвършена обработка и сглобяване на детайлите е невъзможно да се осигури без сработване, сложният комплекс от физико-химически характеристики на повърхностния слой, формиращи се при триенето и износването [68,80,95,98,119,134,178 ].

Значението на сработването е особено голямо за отговорните възли и агрегати, които лимитират безотказността и трайността на машините. Провеждането на сработването до неговото пълно завършване в машиноремонтното предприятие осигурява за потребителя високо равнище на надеждността, стабилни триботехнически характеристики и практически изключва необходимостта от използване на машините, в течение на определен период от време, на непроизводителни режим за експлоатационно прогонване. Оптимизацията на режимите за сработване осигурява за производителя съществени икономии от съкращаване на продължителността и трудопоглъщането на сработването на детайлите в машините [75,139].

Традиционната представа за сработването е свързана с класическата диаграма на износването, отразяваща зависимостта между времето за използване и износването. Сработването се характеризира като начален етап на процеса на триене и износване, при който скоростта на износването постепенно намалява от твърде големи стойности до някаква постоянна стойност, характерна за установеното стационарно износване при дадено натоварване, скорост на плъзгане и други постоянни параметри на външните въздействия. Сработването е изменение на геометрията на повърхностите на триене и физико-механическите свойства на повърхностните слоеве на материала в началния период на триене, проявяващ се при постоянни външни условия в намаляване на силата на триене, температурата и интензивността на износването.

Сработването се наблюдава не само в първия етап на работа на триещите се двойки, но и след изменението на натоварването, скоростта и другите условия на външни въздействия [179]. Сработването на триещите се повърхности в настоящия момент се разглежда [95,98,99,103,188], като сложен неустановен процес на насочено и постепенно изменение на геометрическите и физико-механическите свойства на повърхностите. Те се променят от стойности, сформирани вследствие на определен режим на външно въздействие до стойности, характерни за установено стационарно износване при триене с друг режим на външно въздействие.

Особено внимание се отделя на интензификацията на прогонването и сработването на ремонтираните автотракторни двигатели [75,92,120,133,136,145]. Общоприета е технологията на сработване на двигателите след основен ремонт, състоящо се от сработване при студено прогонване, прогонване на празен ход и прогонване под товар. Износването при сработването на автотракторните двигатели според Ш. Кривенко се разпределя по стадии на прогонване, както следва: студено - 0,50 µm; на празен ход - 0,13 µm и под товар – 0,24 µm [92].

При студеното прогонване протича интензивно изменение на макро и микрогеометричните характеристики с големи стойности на износване. През този период износването може да достигне от 20 до 70 % от износването за целия период на сработване [92]. Във връзка с това при избора на режима за стадия на студеното сработване следва да се отделя особено внимание, като по възможност трябва да се намали присъщото на този стадии голямо износване.

Следва да се отбележи, че някои заводи въобще не извършват студено сработване или значително съкращават неговата продължителност. Счита се, че ускорено и високо качество на сработване може да се достигне при малки скорости на плъзгане на детайлите [92].

Разработването на двигателите при празен ход се счита от Е.М. Мухин и П.К. Столяров [133] за малко ефективно. Според тях сработване на празен ход следва да се провежда в течение на времето, достатъчно за достигане на работна температура на двигателите.

По единодушно мнение на изследователите [75,92,120,133,136,145] сработването под натоварване е задължително условие за получаване на високо качество при сработването на детайлите и пълна подготовка на повърхностите на триене за възприемане на експлоатационни натоварвания. Големината и характера на изменението на натоварването в процеса на сработването за различните двигатели се намират в твърде широки граници. Много заводи при сработването под натоварване изменят честотата на въртене на коляновия вал от 500....1000 min^-1 до номинална честота с гранично натоварване 85....100 % от ефективната мощност [71,75,92,120,133,136,139,145,152,181].

Според А.З. Савченко сработването под натоварване трябва да се извършва при номинална честота на въртене с постоянно увеличаване натоварването до големини, съответстващи на номиналната мощност на двигателите.

Сработването е един от най-сложните и трудопоглъщащи процеси в машиноремонтно производство. Така например, технологическия процес на сработване, изпитване и приемане на основно ремонтираните двигатели продължава от 2 до 6 часа.

Умората на оператора, който при ръчно управление на режима е зает с тежка работа, често води до нарушаване на процеса и влошаване на качеството на сработване на отговорните детайли и съединения. Осигуряването на необходимата точност и надеждност в изпълнение на процесите и операциите може да бъде достигнато с автоматизация на управлението на сработването на ремонтираните машини.

Освен подобряване на качеството на сработването автоматизацията на този процес повишава производителността на оборудването и позволява да се намали броя на операторите и подобрят условията на техния труд, което води до значителен икономически и социален ефект. Главният източник за икономическия ефект е увеличаването на междуремонтния ресурс и премахването на сработването в началния период на експлоатация.

В практиката пред ремонтните заводи сериозно стои въпросa за разработването и използването на ускорени методи за сработване. Ускорените методи се развиват в зависимост от нивото на научно-техническия прогрес, разработването на нови материали и средства за производство.

Анализът на изследванията [92] показва, че търсенето на пътища за интензификация на сработването се извършва основно по три направления (фиг.1.1): конструктивно, технологическо и експлоатационно.

Към мероприятията от първото направление се отнасят: избор на материалите за триещите се двойки; създаване на условия за тяхното надеждно смазване; използване на геометричната форма на детайлите, осигуряваща необходимия контакт между триещите се повърхности, поддържане на оптимален температурен режим и др.

Към второто направление се отнасят следните мероприятия: повишаване точността на изработване и сглобяване на възлите; използване на по-съвършени методи за обработване на триещите се повърхности; промяна в характера и големината на натоварването; интензификация на скоростния и температурен режим; нанасяне на различни видове покрития; използуване на масла с добавки и др.

Трето направление за интензификация на сработването включва избор на оптимални скоростни, товарни и температурни режими в условията на производственото сработване и началната експлоатация на машините.

При сработването на ремонтираните двигатели за автотракторната и земеделската техника широко приложение са намерили мероприятията от второто направление за интензификация на процеса. Основните подходи за ускоряване на сработването от това направление се заключават в следното: промяна в характера и големината на натоварването; интензификация на скоростния и температурен режим; нанасяне на сработващи покрития върху детайлите; пропускане на електрически ток в зоната на контакта; въвеждане на специални добавки в дизеловото гориво; промяна състава на смазочната среда.

фиг.1.1 Методи за интензификация на процеса на сработване на автотракторните двигатели

Според И.В. Крагелски голям практически и научен интерес представлява изследването на сработването при степенно и безстепенно натоварване [103].

Въпросът за най-изгодна динамика на изменение параметрите на натоварването е дискусионен [71,75,92,120,126,133,136,139,145,152,181]. Според едни изследователи (Маслов Н.Н. и др.) по-добро сработване се получава при степенно повишаване на натоварването и честотата на въртене, а според други изследователи съществено ускорение на сработването и забележимо подобряване качеството на триещите се повърхности се получава при безстепенно сработване. В своите изследвания проф. Тончев е установил [161,162], че минимална скорост на износване се получава при безстепенно натоварване за време 5 минути, което представлява скорост на натоварване 20 daN/min.

За определяне на оптималните режими за сработване са посветени изследванията на М.М.Гаенко, В.Г. Заренбин, А.К. Касумов, Е.М. Мухин, И.И.Столяров, Г.П.Шаронов, М.Х.Нигаматов и др. [71,75,92,120,126,133,136,139,145,152,181]. Всички тези изследвания са проведени само при степенно натоварване и изменение честотата на въртене.

Важен фактор, оказващ съществено влияние върху сработването на триещите се повърхности е специфичното натоварване. Спорен е въпросът дали то трябва да е по-голямо или равно на реално съществуващото в автотракторните двигатели.

Интензификация на скоростния и температурен режим. Основното въздействие на скоростта на плъзгане върху износването се заключава в повишаването на температурата в зоната на контакта [188]. Това може да доведе до различни последствия, от които най-важни са:

- високата температура в зоните на контакт повишава химическата активност на повърхностите на триене и частиците на триене по отношение на маслото;

- относително бързото нагряване и охлаждане на горещите зони предизвикват структурни изменения в метала. Това влияе силно върху процесите на износване;

-високите температури съществено облекчават дифузията и образуването на сплави на повърхностите на триене. На база на много проведени опити с различни материали на триещите се двойки е доказано [188], че малки износвания се получават само при наличие на сплави;

-при големи скорости на плъзгане повърхностите могат да се разтопят, като това често е съпроводено с намаляване на триенето и износването. При триенето на лед разтопяването на повърхностите и малко триене се наблюдава при скорост от няколко метра за секунда. При металите, отчитайки тяхната висока точка на топене и тяхната топлопроводност, скоростта на приплъзване често достига до няколкостотин метра за секунда. В някои случаи деформацията на метала може да настъпи толкова бързо, че вместо пластично течение може да се наблюдава крехко разрушаване на триещите се повърхности с много интензивно износване.

От проведени опити в [137] е доказано, че по-голямо влияние върху износването оказва температурата, отколкото скоростта на плъзгане. При една и съща скорост на плъзгане и промяна на температурата чрез външен източник се наблюдава следното - при много ниски температури може да се наблюдават “язви” по повърхностите, което е всъщност много интензивно износване. При достигане на високи температури може да се получи разкъсване на масления филм. В други случаи се образува защитен окисен филм или друго химическо съединение, което да създаде защитен слой на повърхността на триене, например масла, съдържащи сернисти добавки, проявяват своите качества само при достатъчно висока температура в зоната на контакт.

Недостатък на този метод е, че образува на триещите се повърхности наранявания (язви) от 2 до 5 µm в диаметър и дълбочина. Освен ерозионни процеси протичат още електрохимически и окислителни процеси, които не са добре изучени [139]. Също така трудно се осъществява изолирането на определени детайли за пропускане на дадена полярност. Всичко това затруднява реализацията в производствени условия.

Добавката АЛП-2 по правило не оказва отрицателно влияние на детайлите на горивната апаратура, но в някои случаи все пак се наблюдава повишено износване на иглата на разпръсквача на дюзата, износване и задиране на буталните елементи на горивонагнетателната помпа. Освен това се смята, че една от причините за тези дефекти е високата корозионна активност на добавката заради наличието на меркаптанова сяра. Смята се още, че при нейното използване върху разпръсквачите се образуват отложения, влошава се производителността на дюзата, нарушава се процеса на горене и в крайна сметка пада мощността на двигателя.

Въпреки гореизброените недостатъци използването и за сработване е ефективно. В тази насока са проведени подробни изпитания от ГОСТНИТИ и нейната ефективност е доказана.

В Иркутският химически институт – Русия екип под ръководството на акад. М. Г. Вороников [61] е разработил добавката ДК–8, предназначена за употреба в горивото и в маслото заедно и поотделно, която позволява да се ускори сработването на автотракторните двигатели не по-малко от три пъти, да се намали износването при сработване (до 30-40%), да се избегне възможността от повреждане на триещите се повърхности в началния период на експлоатация и да се увеличи трайността на новите и ремонтирани автотракторни двигатели (до 20%). При комбинираното използване на тази методика се съкращава стендовото и експлоатационното разработване до 3...5 пъти. Прилага се масово в авторемонтният завод „Сельхозтехника”, Тюменска област.

У нас „Нефтохим” Плевен и неговия правоприемник „Плама” АД Плевен произвеждат добавка за ускорено сработване на основата на дибензилдисулфид (ДБДС), предназначена специално за дизеловото гориво, използвана в ремонтните заводи.

Промяна състава на смазочната среда. Най-голямо и най-многостранно влияние върху сработването на ремонтираните агрегати от земеделската техника оказва смазочната среда. Нейният химически състав определя основно как ще протече сработването на триещите се повърхности и каква ще бъде скоростта на износването при по-нататъшното използване на ремонтираните агрегати. Поради тази причина този метод за ускоряване на сработването е намерил най-широко приложение, в сравнение с другите методи.

В зависимост от състава и характера на смазочната среда модификаторите от тази група се разделят на няколко подгрупи:

Началото на ускорените методи на сработване е поставено с внедряването на нисковискозни масла (2% разтвор на емулсол) при студено и горещо сработване. Процесът на сработване в този случай значително се ускорява, а качеството на триещите се повърхности остава добро [139].

Сработването на автотракторните двигатели с използуването на сяросъдържащи добавки е разработено от Г. П. Шаронов. При този метод на сработване като добавка се използва разтвор на колоидна сяра в концентрация (0,9-1,1)%. Резултатите от изследванията показват, че сработването се ускорява при минимално начално износване. Заедно с това активните сяросъдържащи противозадирни добавки способстват за значително повишаване на по-нататъшното износване в сравнение с маслата без добавки. Маслата с голямо съдържание на сяра (ИС-45, ДС-11) са с по-голяма корозионност от тези с малко съдържание на сяра (МС-20, МК-22, СУ).

У нас се произвежда масло за сработване с добавка дибензилдисулфид (ДБДС) в „Нефтохим” Плевен и неговия правоприемник „Плама” АД Плевен. В РУ “Ан. Кънчев” от колектив под ръководството на проф. Тончев са провеждани лабораторни изследвания с прецизно измерване на параметрите на сработването [124,141,160]. Те са извършени на машина за трибологични изпитвания СМЦ-2 по схемата ролка – сектор (стомана 45-БО 30). На сравнително изследване са подложени два състава на смазочната среда базово масло М10Д/Е и масло М10Д/Е с добавка на ДБДС-1,2%.

При определяне големината на сумарното износване се оказва, че в края на 13 часовото изпитване износването при масло с добавка на ДБДС съществено се повишава и достига до 40%. По-голямото износване се обяснява [93,95,103,126,151] с това, че дисулфидите имат двойно действие. Едното е корозионно-химическото въздействие върху металните повърхности, а второто, придават повърхностно-активни свойства, които способстват за възникване на разклинващо действие в повърхностните слоеве и увеличаване на пластическото деформиране в местата с най-голямо налягане [64, 181]. Повишаването на температурата от 40^о С до 80^о С води до увеличаване на износването от 2 до 3 пъти и при двете масла, но при маслото с добавка на ДБДС то е по-голямо, защото противоизносните и противозадирните качества при това масло се проявяват само при тежки режими на триене[72]. Ролките са с около 6 до 10 пъти по-малко износване от това на сегмента поради по-голямата си твърдост.

От съществено значение е продължителността на активното сработване, когато за кратко време моментът на триене намалява значително. Оказва се, че маслото с ДБДС съкращава времето за сработване 2...3 пъти, като моментът и коефициентът на триене бързо намаляват след първите три часа.

Променя се и грапавостта на триещите се повърхности, като по-голямата начална грапавост на сегмента в края на изпитването достига стойности, близки до тези на ролката, като маслото с ДБДС има по-ниска грапавост.

При извършените изследвания [124] е обърнато сериозно внимание на влиянието на температурата. Оказва се, че с увеличаването и, износването на сектора нараства по експоненциална зависимост, като големината на износване е по-голяма при масло с ДБДС. Това по-голямо износване на антифрикционния слой се обяснява с факта, че сяросъдържащите съединения в маслото взаимодействуват с оловото и медта дори и при стайна температура. Повишаването на температурата води до увеличаване на интензивността на взаимодействие с метала [72]. Медта и оловото много лесно реагират със сярата, кислорода и др. елементи. Получените продукти по-лесно се отделят от оловния бронз, вследствие на което износването се увеличава и се предотвратява задирането на триещите се повърхности.

По-малкото износване на ролката се обяснява с по-малката интензивност на взаимодействие на сяросъдържащите съединения със стоманените повърхности.

Моментът на триене и коефициентът на триене намаляват с повишаване на температурата на маслото в интервала (40-80)^о С, а след 80^о С те нарастват. Това се обяснява със закона на Нютон. С увеличаване на температурата вискозитета на маслото значително намалява, а следователно намалява и силата на триене. Повишаването на температурата над 80^о С води до прекомерно понижаване на вискозитета, възникване на гранично триене и повишаване на коефициента и момента на триене.

Маслата със сяросъдържащи добавки намират приложение както в нашите ремонтни заводи за автотракторна техника, така и в системата на бившите АПК, с които се извършваше разработване при експлоатационни условия направо на полето.

Недостатъци на този метод са високото корозионно въздействие на добавката по време на сработване, както и нейната токсичност. Необходимо е допълнително промиване на смазочната система след като е отстранено маслото с добавката, защото в противен случай продължава износването на двигателя от ДБДС.