автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ДЕТАЛЕЙ МАШИН НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОХИМИКОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

На правах рукописи

МАКАРЕНКО Николай Григорьевич

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ДЕТАЛЕЙ МАШИН НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОХИМИКОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 9 НОЯ 2012

Омск-2012

005055910

На правах рукописи

МАКАРЕНКО Николай Григорьевич

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ДЕТАЛЕЙ МАШИН НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОХИМИКОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

0мск-2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

МОРГУНОВ Анатолий Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ЯНЮШКИН Александр Сергеевич, заведующий кафедрой «Технология машиностроения» БрГУ;

доктор технических наук, профессор ШАНТАРЕНКО Сергей Георгиевич, заведующий кафедрой «Технология транспортного машиностроения и ремонта подвижного состава» ОмГУПС;

доктор технических наук, профессор ЛАКИН Игорь Капитонович, начальник департамента научно-технического развития ООО «ТМХ-Сервис»

Ведущая организация: ПО «Полет», филиал ФГУП ПШПЦ

им. М. В. Хруничева, г. Омск

Защита состоится 27 декабря 2012 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.178.05 при ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет» по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, аудитория 6-340.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Автореферат разослан «/¿3 »НОЯБРЯ .2012 года

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент В. Б. Масягин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Износ деталей узлов трения является одной из основных причин снижения ресурса машин. В тоже время повышение надежности и снижение эксплуатационных затрат - насущная задача для всех областей техники. Традиционные методы повышения долговечности трущихся деталей не всегда позволяют достичь желаемых результатов.

К основным методам повышения ресурса трибосистем относятся: совершенствование конструкции, повышение износостойкости элементов трибоси-стемы, использование высокоэффективных смазочных и охлаждающих материалов и др. Интерес представляют и другие решению, например, использование специальных присадок, эффекта избирательного переноса при трении. Однако эти мероприятия не позволяют в полной мере компенсировать износ деталей машин. Поэтому ограниченность ресурса является неотъемлемым свойством современных машин.

Для решения этой проблемы необходимы новые способы обеспечения работоспособности изделий в течение всего периода эксплуатации.

В соответствие с разработанной методикой в ЭНИМСе по заказу Госкомпрома РФ осуществлен анализ новых технологий высокой значимости. Установлено, что высокую эффективность имеют технологии обработки деталей электрофизикохимическими и комбинированными методами. В утвержденных Президентом РФ Основах политики Российской Федерации в области науки и технологий на период до 2010 г. и дальнейшую перспективу выделены девять важнейших направлений развития науки, техники и технологий. Из них особо следует отметить: новые материалы и химические технологии, технологии живых систем.

Повышение износостойкости, восстановление деталей в эксплуатации, управление физико-химическими процессами восстановления деталей возможно при комплексной электрохимикомеханической обработке (ЭХМО).

В диссертации представлены результаты исследований в области теоретического обоснования методов и конструктивных решений для воздействия на поверхностный слой детали. Цель этих воздействий - создание в соответствии с условиями эксплуатации определенных свойств поверхности детали для достижения заданной долговечности.

Цель работы: научное обоснование, разработка и внедрение технических и технологических решений по увеличению долговечности машин и механизмов электрохимикомеханической обработкой.

Задачи исследования:

1. Научное обоснование моделей механизмов с компенсацией износа, экспериментальное исследование процессов износа и выявление перспективных методов повышения их долговечности.

2. Научное обоснование электрохимикомеханического метода повышения долговечности машин и механизмов.

3. Научное обоснование методики разработки и технологии использования механизмов с управляемым ресурсом.

4. Разработка, создание и внедрение устройств и технологических процессов для повышения долговечности, компенсации износа деталей машин и управления их ресурсом.

5. Технико-экономическая оценка разработанных решений.

Объект исследования — новые, изношенные и восстановленные детали машин и механизмов, требующие увеличения долговечности (оси, втулки, валы, цилиндры).

Предмет исследования - технологии и средства повышения долговечности машин и механизмов электрохимикомеханической обработкой.

Методологической основой работы является системный подход к изучению и описанию динамических процессов взаимодействия деталей машин и механизмов. При решении задач диссертации использовались современные методы исследований, базирующиеся на теориях электрохимии, трибохимии, термодинамики, гидродинамики, надежности и др.

Методы исследований включают: теоретический анализ и научное обобщение современных достижений в области повышения ресурса, построение физических моделей, экспериментальные исследования в лабораторных и эксплуатационных условиях с применением современного метрологического оборудования по проверенным методикам с привлечением методов статистической обработки информации, физические и физико-химические методы анализа вещества и исследования поверхности, технико-экономический анализ эффективности применения разработанных положений на практике.

Использовались методы триботехнических испытаний на машинах трения, на стендах, моделирующих работу узлов трения машин и механизмов, и в натурных условиях, физические и физико-химические методы анализа вещества и исследование поверхности.

Исследования выполнялись применительно к изделиям бронетанкового вооружения и техники, железнодорожной техники, общего машиностроения. Поставленные задачи предопределили создание нескольких стендов для испытаний.

Для использования явления компенсации износа поверхностей деталей необходимы эффективные методы применения разработанных теоретических положений в реальных условиях работы трибосопряжения.

К основным направлениям развития трибосистем с использованием элек-трохимико-механической обработки относятся:

1. Создание систем, повышающих эффективность приработки трибосоп-ряжений.

2. Разработка методов и устройств упрочнения поверхности новых или ремонтируемых деталей узлов трения.

3. Разработка методов и устройств повышения долговечности трибосистем методом автокомпенсации износа деталей.

Достоверность сформулированных в диссертации научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректностью принятых допущений при исследованиях, согласованностью результатов теоретических и экспери-

ментальных исследований и испытаний, проведенных в условиях эксплуатации машин и механизмов, положительными результатами внедрения ЭХМО при упрочнении деталей, обкатке новых и отремонтированных машин с циркуляционными системами смазки.

Научная новизна.

Разработаны модели и определены закономерности нового комбинированного метода формирования поверхностного слоя изделий машиностроения — процесса электрохимикомеханической обработки контактным методом (ЭХМО-ЭК). Он основан на синтезе процессов электрохимического, химического, триботехнического и деформационного воздействия на материал этого слоя.

Выдвинута и подтверждена гипотеза безразборного восстановления пар трения механизмов и машин, а также управления их триботехническими характеристиками электрохимикомеханической обработкой бесконтактным методом (ЭХМО-БК). Установлены соответствующие закономерности и разработаны необходимые методики.

По результатам физического моделирования ЭХМО с использованием теории подобия и моделирования по принципу аффинного подобия получены закономерности управления выходными параметрами процесса, распространяющиеся на обширный перечень деталей. На этой основе разработана методика автоматизированного определения параметров технологического процесса ЭХМО для различных изделий с учетом его многофакторности.

Физическим моделированием трибосистемы с обратными связями установлено, что в результате ее самоорганизации на поверхности трения детали осаждается атомарный металл. Этим достигается компенсация износа и формирование поверхности с заданными свойствами при использовании внешнего источника вещества и энергии. Обоснована теоретически и подтверждена экспериментально функциональная зависимость интенсивности изнашивания деталей узлов трения от технологических факторов эксплуатации трибосистем. Экспериментально доказана адекватность разработанной модели автокомпенсации износа деталей узлов трения при применении метода ЭХМО в условиях циркуляционной смазки.

Предложены и исследованы рабочие среды для условий технологических систем и эксплуатации трибосопряжений (а.с. 327904).

Разработаны и реализованы методики синтеза ЭХМО и других видов обработки, повышающих ресурс трибосопряжений.

Разработаны способы (а.с. 326667), (патенты 2084863, 2224627, 2250410, 2277704), устройства (а.с. 329969, 331540, 328842, 328239, 328258, 328238, пат. 2088817, 2302328), состав ИОЖ (а.с. 327904) для реализации трибосистемы с автокомпенсацией износа.

Получены закономерности и разработана методика создания технологических и эксплуатационно-технологических систем с регулированием выходных параметров процесса ЭХМО. Они распространяются на управление процессами приработки или восстановление изношенных деталей трибосопряжений, модификацию поверхностного слоя для получения заданных триботехнических и других свойств.

Разработана система автоматического регулирования процессами трения и изнашивания (пат. 2237554).

Обоснованы и внедрены методические рекомендации по повышению долговечности трибосопряжений методом ЭХМО (пат. 2260723).

Разработаны методы и средства диагностирования трибосистем (пат. 2278365, 2284021), конструкции узлов с повышенной долговечностью (пат. 2267044, 2266454, 2267678).

Практическая значимость результатов диссертационной работы.

1. Разработан метод управляемой электрохимикомеханической обработки поверхностей деталей в трибосистемах с различными системами смазки, внешним источником электрической энергии и разнообразными источниками восстанавливающего материала.

2. Разработан технологический процесс и технологическое обеспечение ЭХМО поверхностей деталей узлов трения для придания им необходимых свойств в процессе изготовления, ремонта и использования по назначению.

3. Предложены технические решения по созданию трибосистем нового поколения, подтвержденные авторскими свидетельствами на изобретения и патентами. В частности разработаны и внедрены:

- способы компенсации износа деталей трибосистем;

- устройства испытания трибосистем с компенсацией износа;

- технологические процессы компенсации износа и повышения износостойкости деталей, работающих в трибопарах.

- установка электрохимикомеханической обработки деталей.

4. Исследованы и рекомендованы составы рабочих жидкостей для осуществления электрохимикомеханической упрочняющей обработки и компенсации износа при эксплуатации.

5. Предложены поверхностно-активные вещества и другие воздействия, позволяющие повысить эффективность и качество процесса осаждения металла.

6. Разработанные технологии и средства внедрены на предприятиях газонефтяного комплекса, автомобильного и железнодорожного транспорта и на предприятиях МО РФ.

Реализация результатов работы.

Разработанные методы, технологии и средства внедрены в производство в различных ведомствах и научно-производственных организациях: ОАО РЖД (локомотивное депо Омск, Оренбургский локомотиворемонтный завод, ГУП «Транспорт» МПС РФ), Департамент технической политики ОАО «РЖД», Департамент локомотивного хозяйства ОАО «РЖД», Федеральное унитарное предприятие — Омское производственное объединение «Иртыш», КТЦ ТНЦ СО РАН, НПО «Промышленный технопарк», Министерство обороны Украины, Войсковая часть 44424 МО РФ, ТОО «Коралл».

Технологические рекомендации и результаты исследований используются в учебном процессе ВУЗов (Общевойсковая академия ВС РФ, Омский танковый инженерный институт, Челябинский военный автомобильный институт, Военный автомобильный институт (г. Уссурийск), Военный автомобильный институт (г. Рязань).

Положения, выносимые на защиту:

Новые технологии и методы повышения ресурса трибосопряжений.

Теоретические основы применения технологий, реализующих электрохи-микомеханическую обработку, с целью повышения долговечности трибосопряжений.

Методы управления процессом ЭХМО на различных стадиях эксплуатации технических устройств.

Рекомендации по сокращению времени обкатки двигателей после ремонта и применению электрохимикомеханического регулирования в условиях циркуляции смазки.

Методика моделирования процесса ЭХМО на основе теории подобия.

Методика и оборудование для исследования электрохимикомеханической компенсации износа.

Результаты внедрения в производство научно-исследовательских и конст-рукторско-технологических разработок, их экономическая оценка.

Апробация работы.

Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных, Всероссийских научно-практических конференциях и семинарах, в том числе:

1. Одиннадцатая научно-техническая конференция КВВКИУ РВ. (Казань, 22-24 ноября 1989 г.). - Казань, 1989.

2. Постоянно действующий семинар по надежности на кафедре эксплуатации и вождения КВТИУ. - Украина, Киев, 1990.

3. Заседание кафедры эксплуатации и ремонта машин инженерного вооружения Военной инженерной академии имени В.В. Куйбышева. - Москва, 1990.

4. Заседание научно-технического совета при администрации г. Омска. -Омск, 1991.

5. Международный симпозиум по трибофатике. (Гомель, 14-17 сентября 1993 г.).-Гомель, 1993.

6. Международная научно-техническая конференция «Износостойкость машин» (Брянск, 17-19 января 1995 г.). - Брянск, 1995.

7. Научно-практический семинар «Использование инженерных средств военной техники в программе «СибВПК нефтегаз-2000» (Омск, 18 марта 1999 г.).-Омск, 1999.

8. Третья международная научно-техническая конференция «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 26-28 октября 1999 г.). - Омск, 1999.

9. Заседание научно-технического совета региональной программы СибВПК 2000. - Омск, 2000.

10. Вторая Российская конференция «Естественные науки в военном деле» в рамках научно-технической программы IV Международной выставки военной техники, технологий и вооружения Сухопутных войск (ВТТВ СВ). - Омск, 2001.

11. Заседание научно-технического совета завода Нефтеоргсинтез. - Омск, 2001.

12. Заседание научно-технического совета завода им. Баранова. - Омск, 2001.

13. Четвертая Международная научно-техническая конференция «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2002). - Омск: ОмГТУ, 2002.

14. Межрегиональная научно-техническая конференция «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: Разработка, производство, боевая эффективность, наука и образование. Броня-2002» (Омск, 2002.). - Омск: ОТИИ, 2002.

15. Вторая Российская конференция «Естественные науки в военном деле» в рамках научно-технической программы IV Международной выставки военной техники, технологий и вооружения (ВТТВ СВ). - Омск, 2002.

16. Международный технологический конгресс «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения в XXI веке. В 1 ГВ-Омск-2003». — Омск, 2003.

17. Второй Международный технологический конгресс «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения в XXI веке» (Омск, 2003). -Омск: ОмГУ, 2003.

18. Международная научно-практическая конференция «Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура» (Омск, 21-23 мая 2003 г.). - Омск: СибАДИ, 2003.

19. Международная научно-техническая конференция «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, 26-27 июня 2003г.). - Самара: СГАУ, 2003.

20. Заседание НТС ОТИИ. - Омск, 2003.

21. 43-я Международная научно-техническая конференция «Ассоциации автомобильных инженеров» (Омск, 2004). - Омск: «ЛЕО», 2004.

22. VII международная научно-техническая конференции «Исследование, конструирование и технология изготовления компрессорных машин» (Казань, 2004 г.). - Казань: ЗАО НИиКИ центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. ШНЕППА, 2004^

23. Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России». -Тольятти, 2004.

24. Региональная научно-практическая конференция «Новейшие достижения науки и техники на железнодорожном транспорте» (Челябинск, 2004 г.). -Челябинск, 2004.

25. Вторая межрегиональная научно-техническая конференция «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, эксплуатация и боевая эффективность, наука и образование. Броня 2004» (Омск, 2004 г.). -Омск, 2004.

26. XIV научная конференция с международным участием «Транспорт 2004» (Болгария, София, 11-12 ноября 2004 г.). - София, 2004.

27. Пятая международная научно-техническая конференция «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2004 г.). - Омск, 2004.

28. Международная научно-техническая конференция «Дорожно-транспортный комплекс как основа рационального природопользования» (Омск, 23-25 ноября 2004 г.). - Омск, 2004.

29. Заседание кафедры «Технология машиностроения», ОмГТУ, 2004, 2005, 2006.

30. Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Красноярск, 19-21 мая 2005 г.). - Красноярск, 2005.

31. Международная научно-практическая конференция «Наука в транспортном измерении» (Киев, 11-13 мая 2005 г.). - Киев, 2005.

32. 3 Международный технологический конгресс «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения. ВТТВ-Омск» (Омск, 7-10 июня 2005 г.). - Омск, 2005.

33. Materials of International Conference «BALTTRIB 2005», (17-18 November 2005). - LUA, Lithuania, Kaunas, 2005.

34. XV Международная научно-техническая конференция «Проблемы развития рельсового транспорта» - Украина, Алушта, 2005.

35. Третий международный технологический конгресс «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения. ВТТВ-Омск». - Омск, 2005.

36. Научно-практическая конференция «Инновационные проекты, новые технологии и изобретения». - Экспериментальное кольцо ВНИИЖТ, Щербинка, 2005.

37. Вторая научно-практическая международная конференция «Внедрение наукоемких технологий на магистральном и промышленном железнодорожном транспорте» - Украина, Алушта, 2006.

38. Вторая Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта». - Самара: СамГАПС, 2006.

39. XVI международная научно-техническая конференция «Проблемы развития рельсового транспорта» - Украина, Ялта, 2006.

40. Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, модернизация и эксплуатация: III межрегиональная научно- практическая конференция (Броня-2006). - Омск, Вариант-Омск, 2006.

41. Военная техника, вооружение и современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения: IV Международный технологический конгресс. - Омск, 2007.

42. Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты: V Международная научно-техническая конференция. Тезисы докладов. - СПб.: ПГУПС, 2007.

43. Динамика систем, механизмов и машин: VI междунар. научн.-техн. конф. - Омск, 2007.

44. Проблемы развития рельсового транспорта: XVII Международной научно-технической конференции. - Крым, 2007.

45. Энерго- и ресурсосбережение в структурных подразделениях ЗападноСибирской железной дороги: XII научн.-практ. конф. - Омск, 2008.

46. Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты: VI Международная научно-техническая конференция. - СПб.: ПГУПС, 2009.

Разработанные способы и устройства испытаны в условиях эксплуатации бронетанкового вооружения и техники, нефтегазового оборудования, железнодорожного и автомобильного транспорта.

Результаты используются в НИЛ ВУЗов при проведении НИР и в НИИ при выполнении НИОКР в соответствующих областях.

Материалы диссертационной работы использованы при написании двух учебников и 10 учебных пособий, используемых в учебном процессе. В частности они используются в ВУЗах при чтении лекций и проведении других занятий по дисциплинам «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» и «Эксплуатация МГКМ».

Материал диссертации предлагается использовать при выполнении НИР по разработке мероприятий, направленных на повышение ресурса машин и механизмов, при производстве, эксплуатации и ремонте машин с целью повышения эффективности процессов и качества продукции.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 121 опубликованной работе, в том числе в 24 изданиях, рекомендованных ВАК РФ; 40 авторских свидетельствах и патентах; 20 материалах Международных научно-технических конференций и конгрессов; 5 материалах Всероссийских научно-технических конференций; 10 материалах Межрегиональных конференций, 2 материалах научно-практических конференций; 9 сборниках научных трудов; 6 научных журналах; 3 иностранных изданиях; 2 учебниках для ВУЗов.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, 5 глав с выводами и заключения, библиографического списка и приложений. Основной текст содержит 354 страницы машинописного текста, 97 рисунков, 30 таблиц. Библиографический список содержит 153 наименования, в том числе 8 на иностранных языках. Приложения включают 20 страниц научно-технической и технологической документации по результатам испытаний и внедрения разработок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы повышения ресурса машин и механизмов (в дальнейшем - машин) с применением новых методов и принципов. С учетом этого сформулированы цели работы, задачи и направления исследований, определены основные положения, выносимые на защиту. Проведен анализ известных публикаций по теме поставленной научной проблемы, показано научное и практическое значение решаемой проблемы.

Первая глава диссертации, «Анализ изучаемого вопроса и определение научного направления исследования», посвящена определению места и значимости явления самоорганизации трибосистем в проблеме повышения ресурса машин, выполнен анализ состояния проблемы.

В настоящее время большое число научных публикаций посвящено повышению износостойкости деталей, ресурса машин, в том числе с использованием избирательного переноса и самоорганизации трибосистем.

В последние годы заинтересованность специалистов вызывают работы по созданию поверхностей трения деталей с заданными свойствами. Значительный вклад в создание и развитие теории и практики трибологии внесли известные

ученые: Гаркунов Д. Н., Крагельский И. В., Аскинази Б. М., Поляков А. А., Костецкий Б. И., Чичинадзе А. В., Ребиндер А. В. и др.

Следует отметить достижения в исследуемом вопросе зарубежных ученых: Ф. П. Боудена, Г. Польцера, Д. Тейбора, М. Хебды и др.

Несмотря на успехи науки, ряд задач, имеющих большую практическую значимость, останутся нерешенными. Традиционные методы повышения износостойкости не всегда обеспечивают эффективную работу узлов трения. Актуален переход к использованию машин с заданным ресурсом работы. Существует потребность в недорогих технологичных материалах с заданными антифрикционными свойствами поверхностного слоя.

Надежность машин и механизмов определяется, прежде всего, безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью. Долговечность в основном определяет ресурс машины. Она зависит от условий эксплуатации, конструкции изделия, а также от особенностей технологического воздействия на поверхностные слои детали при ее создании.

Следовательно, необходим новый высокоэффективный подход в решении проблемы повышения ресурса деталей машин.

Для исследования надежности трибосопряжений производился сбор и анализ статистических данных об отказах серийных гидравлических узлов бронетанковой и автомобильной техники и изделий общего машиностроения. По выборке из 250 насосов типа НШ установлено, что при наработке 3000 часов вероятность безотказной работы составляет всего 30 %.

При этом основной причиной отказов является износ трущихся поверхностей деталей.

В результате выполненного анализа установлено:

1. В настоящее время принято считать, что износ происходит в результате воздействия на твердое тело сложной системы термодинамических и энергетических полей, взаимопреобразования энергии этих полей. Нахождение возможности управлять потоками энергии - ключ к решению задачи повышения долговечности трибосопряжений.

2. Отсутствие единой теории трения и изнашивания обуславливает поиск индивидуального подхода в каждом конкретном случае.

3. Традиционные конструкционные и эксплуатационные мероприятия по повышению износостойкости деталей не обеспечивают необходимой долговечности машин. Решение проблемы снижения износа может быть достигнуто за счет применения новых технических решений.

4. Поверхностное упрочнение - один из основных методов повышения сопротивления деталей износу. Достигается это поверхностно-пластической деформацией, химико-термической обработкой, созданием покрытий, обработкой поверхности высококонцентрированными потоками вещества и энергии. Возможности и границы применимости методов направленного воздействия определяются закономерностями изменения свойств сплавов при контактном взаимодействии.

5. Перспективное направление повышения долговечности деталей - компенсация износа в эксплуатации путем электрохимикомеханического осаждения вещества из смазочной среды на поверхности трения.

Во второй главе обоснован принцип компенсации износа деталей машин с использованием источника энергии и вещества.

Модель простейшего механизма состоит из двух тел, обменивающихся энергией через поверхность раздела в области контакта. Потеря массы контак-тирующихся тел является одним из основных явлений процесса изнашивания. Зависимость потерь массы от времени эксплуатации при непрерывном трении представляют тремя временными периодами:

I период - приработка (начальное изнашивание) - система самоприспосаб- ' ливается

¿¿м £

= 0)

где * - время;

Xм - количество теряемого металла; С - коэффициент, учитывающий условия трения. II период - установившееся изнашивание-

¿уМ

— = С2 или гмЦ) = С21. (2)

Ш период - период ускоренного или аварийного изнашивания

= или 2М(1) = С312. (3)

Среда

Вход

\У

Вещество

Энергия

Выход

Известные способы повышения ресурса машин, как правило, направлены на уменьшение износа, т. е. увеличение срока работы сопряжения до наступления периода аварийного изнашивания. Отличительной особенностью автокомпенсации является то, что процесс износа характеризуется иной моделью трибопары (рис. 1). На вход трибоси-стемы Ж подаются ионы металла, предназначенные для восстановления изнашивающихся частей. Информацию о состоянии системы получают с помощью датчиков 5. Сигналы с датчиков являются управляющими для источника энергии, управляющего работой трибосистемы. Управление -изменение условий функционирования трибосистемы, достигается варь-

Рис. 1. Модель трибосистемы с самоорганизацией

ированием количеством и составом вещества, подаваемого в трибосистему, и модифицированием среды в зоне контакта.

Функционирование таких систем описывается аналоговыми моделями теории инженерного системного анализа.

Основу процесса составляет электролиз металлов. При этом катионы перемещаются к катоду. Здесь они преобразуются в нейтральные атомы металла. Анионы перемещаются к аноду и преобразуются в нейтральные атомы. На катоде выделяется металл и водород, а на аноде - кислород и кислотные остатки. В рассматриваемой модели катодами являются восстанавливаемые детали, а анодами - металлические электроды. Растворимые аноды делают из металла, который должен осаждаться на катоде, нерастворимые аноды изготавливают из свинца (только при хромировании).

По закону Фарадея на катоде откладывается масса металла т

т =

(4)

где Мэ - масса эквивалента вещества, вступившего в реакцию, г/моль; I - ток, А;

т - время электролиза, с; р - константа Фарадея, 96485 Кл/моль.

В электролите присутствуют ионы металла и другие заряженные частицы -водород, гидроокиси металла и пр. В результате возникают потери электроэнергии, которые учитываются коэффициентом 7

П = (02-С,)/т, (5)

где в] -масса детали до осаждения, г.;

в 2 - масса детали после осаждения, г.

Время Тосж наращивания слоя заданной толщины равно

Т0сж = ЮООу Ь/аг) (6)

где у - плотность металла покрытия; Ь - толщина слоя покрытия, мм; а -электрохимический эквивалент, г/А ■ ч; т| - коэффициент потерь;

— катодная плотность тока, а/дм2 .

Удельная электропроводность раствора значительно зависит от концентрации электролита. При повышении температуры на один градус удельная электропроводность увеличивается примерно на 2...2,5 % вследствие уменьшения гидратации ионов и понижения вязкости раствора.

Значительное уменьшение электропроводности электролита наблюдается

при относительно высоком давлении. Так, удельная электропроводность уксусной кислоты при давлении 200 МПа уменьшается на 40 %.

Воздействие контртела К (рис. 2) (давление Р и трение из-за вращения детали) на участке с-а механически активирует поверхность детали Д. Такая поверхность (рис. 3) имеет избыточную энергию и множество микро- и макродефектов.

Электрохимический потенциал свежей поверхности детали составляет от 40 до 110 мВ. Поэтому на участке а-Ъ (см. рис. 2) происходит трибогальваниче-ское осаждение из раствора более электроотрицательного металла (например, цинка). В этом проявляется одна из особенностей ЭХМО. Выделение металлического цинка 1 дает прирост массы детали Чхо (Рис- 4, /)•

На участке Ъ-с происходит электрохимическое осаждение на деталь цинка анода под действием внешнего электрического поля. Концентрация ионов цинка 2+

Zn в растворе СОЖ достаточно мала (несколько грамм в литре). Поэтому совместно с ионами цинка будут разряжаться и ионы водорода Н+. То есть на слое 1 (рис. 4, II) начнет образовываться слой 2. При этом одновременно протекают две электрохимические реакции:

Zn2+ + 2е = Zn2+ и 2Н+ + 2е = Н2 t (в кислой среде); 2Н20 + 2е = Н2 t +20Н (в нейтральной и щелочной среде).

По мере продвижения поверхности детали от точки Ъ к точке с толщина поверхностного слоя 2 растет (qro). Наличие микронеровностей на участках, более близких к аноду ведет к увеличению слоя 2 на выступах. Часть осажденного на детали цинка неплотно сцепляется с деталью. Некоторая доля его попадает в раствор и увлекается к контртелу и попадает в зазор между деталью и контртелом. Из-за фрикционного натирания с деформирующим воздействием (рис. 4, III) возникает слой 3 с массой qдН.

Такое покрытие может иметь свойства, отличные от электрохимического. При определенном давлении контртела скорость электрохимического осаждения увеличивается в 3-10 раз, повышается микротвердость покрытия, и снижа-

поверхносгного слоя детали в процессе ЭХМО

Рис. 3. Схема взаимодействия детали (Д) и контртела К в процессе ЭХМО: шш', пп', qq' - участки контакта поверхностей; т'гП), п'п|, - активированные участки поверхности детали

ются внутренние напряжения. На участке с-а возможен обратный переход -фрикционное натирание материала детали на контртело, при этом уже на контртеле возникает слой 5 (рис. 4, III) - это qдК, масса детали уменьшается.

Часть контртела qyK переходит в раствор, не изменяя массу детали. Этот эффект можно не учитывать при расчете массы детали.

Рис. 4. Формирование поверхностного слоя при ЭХМО

В процессе эксплуатации детали поверхностный слой изнашивается. Масса детали уменьшается на величину q^c- Общий баланс массопереноса в самовосстанавливаемой трибосистеме выразится уравнением

Чхо +Чго Мдн +Чкн "Ядк "Чуд "Чис =0- (7)

Для подтверждения выдвинутой гипотезы проведены исследования по определению факторов, влияющих на основные физикомеханические свойства материала формируемых поверхностных слоев. Скорость осаждения ионов металла на трущиеся поверхности трибосистемы зависит от: силы тока, давления, скорости скольжения, свойств жидкости, количества ионов металла в жидкости, топографии поверхностей трения, физикомеханических, теплофизичеких свойств материалов анода и деталей и т. д. Управление интенсивностью осаждения металла возможно регулированием количества ионов металла в жидкости, изменяя параметры электростатического поля, создаваемого в смазывающей среде.

Принцип работы предлагаемой системы основан на притяжении ионов металла в смазочном масле к электродам, имеющим противоположную полярность. При этом, чем выше напряженность электрического поля, тем выше интенсивность насыщения смазки ионами металла.

Максимальная напряженность электрического поля ограничивается характеристикой диэлектрических свойств жидкости и не может превышать 90-95 % напряжения пробоя. Однако большинство современных смазочных материалов имеют высокое электрическое сопротивление. Поэтому для автокомпенсации

(минимизации) износа в разрабатываемой трибосистеме необходимо применять слабые растворы кислоты, щелочи или синтетические масла. Создание трибоси-стем с управляемым ресурсом - типичная задача теории оптимального управления, при заданных ограничениях. Такими ограничениями могут быть, например, температура в зоне трения, предельные зазоры в сопряжении и т. п.

Предлагаемая трибосистема по-

Ь | охватывающая деталь

охватываемая деталь

Рис. 5. Кинетические зависимости износа: размеры охватываемой детали: стабильны -А - А], уменьшаются - А - Аз,

увеличиваются - А - А2; размеры охватывающей детали: В - — стабильны, уменьшаются - В - В3, увеличиваются — В - В2

зволяет управлять, в функции от времени работы т, кинетическими зависимостями износа деталей (зазора) при названных ограничениях. Для получения трибосистемы с заданными кинематическими зависимостями (рис. 5) подбираются материал, конструктивные параметры анода и величина напряжения источника питания.

Стабилизация трибосистемы с использованием материала (вещества) и электрической энергии от внешних источников - основное условие стационарности состояния узлов трения и машины в целом. Это создает предпосылки для управления ресурсом машин. Стабилизацию технического состояния можно отнести к энергетике термодинамических процессов. Под этим понимается система, поддерживающая термодинамическое равновесие между трибосистемой и окружающей средой. Эта система обеспечивает массоперенос от анода, (элемент окружающей среды) через слой смазочного масла на изнашивающуюся деталь.

В результате исследования характера процессов трения установлено:

1. Основой управления трибосопроцессами в контактной зоне является атомно-молекулярное взаимодействие элементов трибосистемы.

2. Одним из способов управления трибопроцессами - создание самонастраивающейся системы, учитывающей воздействие внешних факторов, имеющей обратные связи, позволяющие управлять состоянием системы.

3. Управление электрохимикомеханическими процессами заключается в обеспечении компенсации износа с помощью энергии и вещества от внешних источников.

4. Механизм компенсации износа состоит в восстановлении окислов металлов на поверхностях трения.

5. Определяющими факторами электрохимикомеханической компенсации износа являются: плотность тока, свойства материала анода, свойства смазочной жидкости, условия работы трибосистемы.

6. Для применения трибосистем с самоорганизацией необходимо разработать методы и средства их построения и эксплуатации.

Проверка достоверности гипотезы о восстановлении трибосистемы с использованием энергии и вещества от внешних источников - цель выполненных экспериментальных исследований. Результаты изложены в третьей главе. Выполнены комплексные исследования с использованием разработанных методов и методик (табл. 1), закономерностей износа трибопары при различных вариантах построения трибосистемы и ее эксплуатации.

Таблица 1

Методы исследования процессов электрохимико-механической обработки

№ п/п Методы исследования Оборудование

1 Исследование шероховатости поверхности Профилометр-профилограф модели 201 «Калибр»

2 Исследование микротвердости Прибор ПМТ-3

3 Исследование износостойкости трибосистемы Установка на базе токарного станка ИТ-1М Микроаналитические весы ВЛР-20Г с погрешностью измерения <2-10~4 г

4 Рентгеноструктурный анализ Рентгеновский дифрактометр ДРОН-ЗМ в медном фильтрованном излучении

5 Металлографический анализ Микроскоп МИМ-8, фотокамера

6 ОЖЭ-спектроскопия, вторичная ионная масс-спектрометрия

7 Ускоренные испытания на износ Машина трения

8 Лабораторные испытания на стенде-имитаторе Установка натурных испытаний узла вал-вкладыша

9 Ходовые испытания Детали двигателя внутреннего сгорания

Разработана методика исследования износостойкости трибосистемы при электрохимикомеханической компенсации износа, установлены закономерности изменения долговечности пар трения в различных условиях. Для исследования комплексной физической модели электрохимикомеханической компенсации износа изготовлены экспериментальные установки.

Определено, что интенсивность изнашивания трибосистемы с самоорганизацией меньше, составляет 0,8 - Ю-4 мкм/м .

Разработаны перспективные способы и устройства повышения долговечности деталей ЭХМО. Например, на базе токарного станка создана установка для поверхностного упрочнения осесимметричных деталей машин и механиз-

Рис. 6. Схема электрохимикомеханической обработки: 1 - емкость с ИОЖ; 2 - кран; 3 - инструмент-анод; 4 — источник постоянного тока; 5 - щетки; 6 — патрон; 7-деталь

мов (рис. 6). Она позволила моделировать процесс электрохимикомеханиче-ского упрочнения поверхности трения. В этой установке вращающаяся концентричная деталь подключена к отрицательному выводу источника постоянного тока. Поступательно движущийся инструмент-анод соединен с положительным выводом. В зону трения подается ионообразующая жидкость (ИОЖ) с необходимыми компонентами , (Ка28Ю3, глицерин, полиэтиленгли-коль). Инструмент-анод с усилием 40...70 МПа прижимается к детали. Применялись различные варианты режимов обработки (табл. 2).

Таблица 2

Режимы обработки деталей

Обрабатываемый материал ИОЖ Р, МПа V, м/с 8, мм/об Материал анода

30ХГСА Глицерин, ЫагБЮз 40 0,10,15 0,1 латунь Л62, БрОЦС, меднографит, цирконий

Сталь 45 Глицерин, Ма281б3 40 0,15 0,2 латунь Л62, БрОЦС, меднографит, цирконий

Сталь 12х18Н9Т 10 мл ортофос-форной кислоты + 50 мл глицерина 70 0,1 0,08 латунь Л62

Сталь 35 Глицерин, На28Ю3+НС1 70 0,2 0,2 латунь Л62, меднографит

Х12М, ХВГ 1 часть глицерина + 3 части 10% раствора НС1 50 0,10,2 0,1 латунь Л62, БрОФ

38Х2МОА 2 части глицерина + 3 части 10% раствора НС1 70 0,3 0,2 латунь Л63, графит, меднографит

Апробированный способ электрохимикомеханической обработки отличается: простотой оборудования, высокой производительностью, экологично-стью, высокими технико-экономическими показателями. Установлено, что для каждой детали требуется индивидуальный подбор режима обработки.

Результаты испытаний на натурных изделиях показали значительное, на 40-50 %, увеличение их микротвердости, уменьшение шероховатости на 10-15 %, увеличение долговечности на 30-150 % (рис. 7, 8, 9).

Результаты теоретических, лабораторных и производственных исследований показывают, что трибоэлектриче-ские технологии имеет значительный резерв повышения эффективности методов упрочнения поверхностей трения и увеличении их ресурса.

Новизна технологии на мировом уровне и ее практическая ценность подтверждены патентами и авторскими свидетельствами. Экологичность предлагаемой технологии обеспечивается отсутствием химически агрессивных сред (щелочи, кислоты). Испытания на износостойкость в условиях электрохимико-механической компенсации проводились по схеме ролик-колодка (рис. 10). Конструкция узла нагружения обеспечивает плавность и стабильность режима испытаний независимо от изменений в процессе определения момента трения и величины износа. Ролики и колодки изготавливались из деталей, используемых в

узлах трения машин (вкладыши, гильзы). от времени испытаНий при различных

Колодки исполняли роль контртела. методах упрочнения ЭХМО:

При испытаниях определялся мо- ] _ бронзой; 2 - меднографитом; мент трения (рис. 11), износ и темпера- 3-латунью; 4 - цирконием; 5-закалка; тура. Нагрузку увеличивалась до 100 Н. 6 - ударно-акустичекая обработка Длительность испытания на каждой на- с внедрением Мо82

грузке до 10 часов. Давление в контакте

в пределах от 10 до 100 МПа, скорость скольжения от 1 до 20 м/с. В качестве смазочной среды использовать жидкость ПГВ. Материал анода: цинк, медь, алюминий. Ток в цепи анод-катод: от 1 до 100 мА.

Варьируя режимы работы системы, можно замедлить износ, стабилизировать или наращивать массу деталей трения, используя при этом энергию и ионы металла от постороннего источника. Основной задачей при этом является определение состава среды, материалов анода и режимов работы системы. На основании исследований разработан алгоритм выбора условий работы системы компенсации износа с использованием ЭХМО (рис. 12). Система ЭХМО испы-

т --

Рис. 7. Износ образцов: 1 - серийная технология (закалка) ЭХМО: 2 - бронзой; 3 - латунью; 4 - меднографитом; 5 - цирконием

X

/ к \ ¿V-

л/ —^

О --

Рис. 8. Зависимость момента трения

0,2

А

1 X

и ^-г 2 /

4''

Рис. 9. Износ образцов, обработанных различными методами упрочнения: 1 — серийная технология; 2 — лазерная закалка; 3 - ударно-акустическая обработка; 4 - ЭХМО

о,8 —-г—-----тана в условиях эксплуатации гидравлических насосов НШ-10. Износ деталей определен измерением и взвешиванием. Структура поверхностного слоя исследовалась методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). ЭХМО вызывает ускорение приработки сопряженных пар при пластическом изменении поверхностных слоев и насыщении их элементами, исключающими контактное схватывание. Применением жидкости 111 b, реметаплизаторов в качестве присадок, при плотности тока 5А/м достигается наибольший эффект. Стендовая обкатка после ремонта двигателя ВАЗ 2106 с применением системы ЭХМО подтвердила результаты лабораторных испытаний. Время приработки деталей сократилось в 2,5-3 раза, площадь приработанной поверхности подшипников коленчатого вала достигала 90-95 %. Ресурс двигателя составил 5000 часов с сохранением физико-химических свойств масла при заявленном ресурсе 2500 часов (смена масла через 250 часов). Мощность двигателя и качество приработки деталей при обкатке с ЭХМО отвечают требованиям технических условий. Содержание продуктов износа в масле снизилось: А1 - на 25 %, Fe - на 15%, Sn - на 44 %, РЬ -на 20 %, Сг и Ni - на 15 %. Время обкатки сократилось в 2 раза, площадь приработанной поверхности вкладышей подшипников коленчатого вала увеличилась на 20...30 %. Уменьшились приведенные затраты, с учетом себестоимости ремонта и удельных капитальных вложений. Экономический эффект составил 150 тыс. руб. на один двигатель по сравнению с существующими технологиями.. Оценка эффективности применения ЭХМО проведена и по результатам эксплуатационных испытаний тракторов ТДТ-55М. Износ деталей двигателя по массе за 1000 мото-ч работы при серийной эксплуатации составил 26,9 г, с ЭХМО - 9,9 г.

Рис. 10. Установка для испытания образцов на износостойкость в условиях трибоэлектрохимической

компенсации износа: 1 - объект испытаний; 2 - контртело; 3 - держатель контртела; 4 - анод; 5 — смазочная рабочая жидкость; 6 - ванна; 7 - тензометрическое кольцо; 8 - тензоусилитель; 9 - осциллограф; 10 - источник тока

Рис. И. Изменение коэффициента трения: 1,2,3 - традиционная система смазки; Г, 2', 3', - система с автокомпенсацией при V] =0,5 м/с; У2 =1м/с; V} =1,5 м/с соответственно

При сокращении трудоемкости работ и времени простоя тракторов в обслуживании и ремонте, увеличении срока службы моторного масла, снижении износа деталей узлов трения и затрат на запасные части, сокращении капиталовложений на приобретение дополнительных тракторов экономический эффект при применении ЭХМО составил 200 тыс. руб. на один трактор в год.

Рис. 12. Алгоритм выбора режимов технологического процесса ЭХМО

Метод реализован и для восстановления торцового уплотнения насосов с закрытым контуром циркуляции затворной жидкости (рис. 13).

Рис. 13. Автоматизированное восстановление торцовых уплотнений: а - устройство; б - изменение давления П в области <5; 1 - торцовое уплотнение;

2,3 — подвижная и неподвижная часть уплотнения; 4 - вставка-анод

В качестве затворной жидкости может применяться вода. Применение жидкости ПГВ позволяет сохранить охлаждающие и повысить смазывающие свойства.

Кроме того, ПГВ имеет хорошие вязкостно-температурные характеристики и антикоррозионные свойства. При износе торцовых уплотнений давление затворной жидкости снижается до рм. При этом условии сигнал с манометра МН поступает на регулируемый источник вторичного электропитания UZ. Увеличивается ток, протекающий в цепи: источник UZ, вставка-анод 4, рабочая жидкость, торцовое уплотнение, корпус. Ионы металла вставки-анода рабочей жидкостью транспортируются к подвижной 2 и неподвижной 3 части торцового уплотнения. Контактирующие поверхности постоянно активируются механическим воздействием и на их рабочих поверхностях осаждаются ионы металла. Величина тока при этом 50-150 мА. Герметичность уплотнения улучшается и давление повышается до рн. При этом по сигналу с датчика давления МН напряжение на выходе UZ уменьшается. Прекращается растворение анода и система функционирует без восстановления деталей трения. Экспериментальными исследованиями процесса изнашивания пар трения-скольжения в рассматриваемых условиях установлено:

1. Водно-глицериновая жидкость с загустителем ПЭГ-115 является приемлемым заменителем нефтяных смазочных и рабочих жидкостей. Ее основные достоинства - хорошие трибологические и стабильные эксплуатационные свойства, пожаробезопасность, экологическая чистота, электропроводность, относительно низкая стоимость.

а

б

2. Процесс электрохимикомеханической компенсации износа описывается зависимостью, включающей произведение функций независимых переменных. Функции от плотности тока и концентрации загустителя являются квадратичными, от электродного потенциала - линейная. Максимальная компенсация износа достигается при минимуме каждой функции.

3. Интенсивность изнашивания пар трения в условиях электрохимикомеханической компенсации износа того же порядка, что и при избирательном переносе. Это подтверждает наличие эффекта безызносности.

На основании выполненных исследований можно сделать выводы:

1. Восстановление изнашивающихся деталей непосредственно в местах их работы принципиально возможно.

2. Интенсивность восстановления зависит от плотности тока.

3. Разработанные способы и устройства позволяют уменьшить интенсивности изнашивания деталей и повысить ресурс трибосистем.

4. Протекание постоянного тока определенной величины через трибопару положительно влияет на коэффициент трения, краевой угол смачивания поверхностей трения и шероховатость поверхностей трения.

5. Наиболее стабильные результаты по электрохимикомеханическому восстановлению деталей достигнуты при использовании анода из цинка. По интенсивности осаждения медь уступает цинку. Однако собственный электрохимический потенциал стал выше, чем у цинка. При отключении источника тока наблюдается обратный процесс растворения катода. Поэтому, при возможном отключении источника, в целях предотвращения растворения деталей механизма, в качестве анода рекомендуется применять медь.

6. Введение в масло 0,2-5 % металлосодержащей присадки уменьшает коэффициент трения на 25-30 %, а в сочетании с пропусканием электрического тока до 50 %. При этом нагрузка задира увеличивается в 2 раза, интенсивность износа деталей уменьшается в 3 раза. Применение электрохимикомеханическо-го режима в циркуляционной системе смазки снижает износ деталей в 5-8 раз, ускоряет процесс приработки на 25 %. Поверхности деталей становятся более качественными.

В четвертой главе разработан метод получения указанных закономерностей для ЭХМО разных поверхностей на основе положений подобия, моделирования и размерностей. Метод основан на установлении закономерностей для одного процесса (оригинала) посредством изучения таких закономерностей другого процесса (модели) с последующим переносом результатов с модели на оригинал. Необходимость применения рассматриваемого метода физического моделирования обусловлена:

— сокращением трудоемкости исследовательских работ;

— уменьшением расходов на материалы и заготовки для экспериментальных работ;

— применением недорогого технологического оборудования для экспериментов.

Кроме того, получив закономерности процесса ЭХМО для одной поверхности (модели), обеспечена возможность переноса этих закономерностей на ряд

процессов других поверхностей (оригиналов). Примеры такого физического моделирования показаны в соответствии с рисунком 14.

Рис. 14. Схема физического моделирования процесса электрохимико-механической обработки поверхностей разной сложности с применением в качестве модели процесса обработки цилиндрической поверхности: а - процесс-модель: обработка цилиндрической поверхности; б, в, г, д - процессы-оригиналы: обработка конической, сферической, резьбовой, торцевой поверхностей, соответственно; 1 - обрабатываемая поверхность; 2 - смежная деталь; 3 - источник технологического тока; 4 - электрод

Разработка метода физического моделирования процесса ЭХМО предусмотрена для наиболее общего случая, когда модель и оригинал не отвечают требованиям геометрического подобия. Укрупненная схема метода приведена в соответствии с рисунком 15.

Постановка задачи афинного подобия геометрических фигур

Использование дополнительных положений теории подобия [257]

2-положение: требование совпадения относительных сходственных характеристик нелинейных или переменных характеристик 4- положение требование обеспечения нелинейного подобия пространства параметров тел(процесса) в нелинейно сходственных точках пространства

Выполнение нелинейно подобного преобразования

Определение коэффициентов подобия

02 11,12,13

Сопоставление: модель idem оригинал

Систематизация и обобщение исходных данных процесса

X

Определение критериев подобия процессов на основе применения методов теории подобия_

¥

Анализ размерностей физических величин

Определение показателей степеней переменных в критериях подобия

путем составления и решения уравнений

путем составления вычисления матриц, определителей на ПК

— 10—

Обеспечение пропорциональной связи между критериями подобия процессов с использованием расчетных методов

расчетно-графичес- расчетом частных критерием методом альных зависимостей

>

Математическое представление моделей критериальных уравнений

[02 Ч

11ЫШУ

Установление подобия процессов модель idem оригинал

КЗ

kn

ка ка

Сопоставление расчетных и экспериментальных данных

Выбор метода представления закономерностей процесса ЭХМО

КЗ

кз

Рис. 15. Схема укрупненного алгоритма подготовки исходных данных и решения задач моделирования геометрических фигур-объектов обработки и процесса электрохимико-механической обработки

В пятой главе приведены подтвержденные варианты использования полученных результатов и обоснована целесообразность ЭХМО.

Необходимость научно обоснованного внедрения ЭХМО привела к созданию нового оборудования и инструментов. Они использованы при исследованиях, демонстрациях, упрочнении и восстановлении деталей. Предложенные аноды-инструменты позволяют обрабатывать внутренние и внешние поверхностей деталей.

Физико-химические исследования показали, что ЭХМО на этапе изготовления деталей из стали 45 позволяет повысить их микротвердость в 2,5-3 раза, а предел выносливости на 10 %, что обеспечивает повышение их долговечности. При этом глубина модифицированной поверхности составляет 3-5 мкм.

При капитальном ремонте ДвС обрабатывались цилиндры и коленвал. Последующие испытания показали снижение коэффициента трения на 15-20 %, износостойкость выросла на 30-40 % по сравнению с необработанными.

Обоснованы принципы повышения ресурса машин и механизмов. Для реализации их разработаны технологии, подобраны составы рабочих сред и материалы анодов.

Показаны возможности управления анодно-химическим процессом в паре «анод-катод». Подобраны составы рабочих жидкостей в зависимости от материала восстанавливаемых деталей. Для активации процесса и повышения его эффективности применены присадки, ПАВ.

Стендовые испытания при обкатке двигателей внутреннего сгорания с использованием ЭХМО показали повышение эффективной мощности на 5-10 % за счет снижения механических потерь, увеличение давления смазки на минимальных оборотах на 7-10 %, компрессии на 30-40 %, время обкатки в 5-6 раз меньше длительности типового процесса.

Эксплуатационные испытания обработанных двигателей подтвердили лабораторные испытания: расход топлива снизился на 4-5 %, моторного масла на 30-50 %, межремонтный пробег увеличился в 1,25 раза, содержание оксида углерода в отработанных газах уменьшилось в 1,5-2 раза.

Технико-экономическая эффективность

Техническая эффективность предлагаемых решений определяется, в основном, ростом показателей качества машин: повышение износостойкости в 3-5 раз, улучшение теплопроводности и шероховатости (Яа 0,1-0,2), увеличение микротвердости в 2-5 раз, формирование заданных физико-механических свойств, высокую производительность, экологическую чистоту. На этапе приработки ЭХМО благоприятно влияет на геометрические размеры деталей, объемный к.п.д., улучшает контактно-шумовые характеристики.

Использование разработанных технологий снижает трудоемкость упрочняющих технологий в 2-3 раза и затраты на оборудование и инструмент до 10 раз. Повышается производительность труда.

Предложенные технологии исключают применение дорогостоящего инструмента и оснастки.

Эффективность разработанных технологий подтверждается актами внедрения. В них отмечается увеличение ресурса работы изделий в 2 и более раз, сокращение объема регламентных работ на 25-75 %.

Применение принципа самоорганизации обеспечивает:

— повышение ресурса машин в 3-5 раз;

— сокращение потерь на трение в пределах 20-80 %;

— экологическую безопасность процесса;

— стабильность качества;

— низкую себестоимость;

— возможность механизации и автоматизации;

— сокращение или исключение расхода дорогих сталей и сплавов;

— использования механизмов в условиях химически активных сред.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Поставленная в работе цель - разработка и внедрение технических и технологических решений по увеличению долговечности машин и механизмов, решалась новыми методами:

- электрохимикомеханической упрочняющей обработкой поверхностного слоя деталей;

- комбинированными способами упрочнения поверхностного слоя деталей;

- созданием узлов машин с системой компенсации износа.

На основе проведенных исследований разработан комплекс новых эффективных методов противодействия износу машин созданием новых износостойких композиций, эффективных способов приработки и конструкций узлов машин с реализацией эффекта компенсации износа.

Основными физико-химическими процессами при электрохимикомеханической компенсации износа является растворение анода в рабочей жидкости трибосистемы, массоперенос и осаждение ионов металла на активированных поверхностях деталей машин. В результате создаются условия для работы деталей машин при повышенном давлении, скорости скольжения и незначительных износах. Потребляемая мощность для осуществления процесса от 40 до 100 Вт. Ресурс изделия увеличивается в несколько раз.

Основные результаты работы сводятся к следующему:

1. Разработаны физические модели электрохимикомеханических способов повышения износостойкости деталей.

2. Решена задача разработки теории и методов создания трибосистем с компенсацией износа, предложены на этой основе новые технические решения, повышающие ресурс машин и механизмов.

3. Предложена и подтверждена гипотеза о возможности компенсации износа с использованием энергии и вещества от внешнего источника.

4. Установлены закономерности изнашивания и компенсации износа с учетом основных факторов.

5. Установлены зависимости входных и выходных параметров трибосоп-ряжения от условий эксплуатации.

6. Разработаны рекомендации по проектированию и изготовлению механизмов с системой компенсации износа при эксплуатации.

7. Определен состав металлосодержащей композиции на основе комплексного соединения порошков металлов, полиэтиленгликоля ПЭГ 115 и ПАВ. Разработан технологический процесс для системы компенсации износа, позволяющий увеличить площадь приработки сопряженных деталей на 20-30 % и сократить время приработки в 2 раза. В смазочной среде с щелочным реагентом и йодом замедляется старение масла, снижается содержание продуктов износа на 30 %.

8. Разработана модель автокомпенсации износа деталей трения и регулирования характеристик трибосистем в условиях применения ЭХМО в циркуляционных системах смазки. Одним из условий стабилизации характеристик три-

босистем является взаимодействие смазочной среды со щелочным реагентом и йодом путем ингибирования цепного процесса окисления углеводородов и стабилизации процессов старения масла.

9. Внедрение ЭХМО в циркуляционной системе смазки двигателя трактора позволяет повысить ресурс деталей в 3-5 раз, срок службы масла, снизить трудоемкость работ при техническом обслуживании и ремонте на 25-30 %.

10. Разработаны, исследованы, запатентованы и внедрены в производство принципиально новые методы, средства, установки, рабочие жидкости и инструменты для повышения ресурса трибосопряжений (около 40 патентов).

11. Реализация эффекта самоорганизации на этапе приработки насосов НШ-.10 позволила повысить объемный к.п.д. на 10-12 %. При этом продолжи- ' тельность приработки сократилась в 5-6 раз. Ресурс тракторных гидронасосов НШ-10 увеличился с 6000 ч до 10000 ч.

Содержание диссертации опубликовано в 121 работах. Основные из них следующие:

1. A.C. 327904 СССР, МКИ G01N 3/56. Состав для получения износостойких покрытий / И.А. Кравец, Н.Г. Макаренко, Н.И. Кузнецов, А.И. Невмывака, А.И. Терещенко (КВТИУ). - № 4528774; заявл. 02.04.1990; - 2 с.

2. A.C. 328842 СССР, МКИ G01N 3/56 Устройство для обработки стволов вооружения / И.А. Кравец, Н.Г. Макаренко, Н.И. Кузнецов, А.И. Невмывака, А.И. Терещенко; КВТИУ - № 4530807; заявл. 07.05.1990. - 2 с.

3. A.C. 328239 СССР. МКИ G01N 3/56 Устройство для обработки стволов вооружения / И.А Кравец, Н.Г. Макаренко, В.В. Деркач; КВТИУ. - № 4534884; заявл. 10.09.1990.-2 с.

4. A.C. 328258 СССР, МКИ G01N 3/56 Устройство для обработки стволов вооружения / И.А. Кравец, Н.Г. Макаренко; КВТИУ. - № 4535112; заявл. 17.09.1990.-2 с.

5. A.C. 328238 СССР, МКИ G01N 3/56 Устройство для обработки стволов вооружения / И.А. Кравец, Н.Г. Макаренко, Н.И. Кузнецов, В.В. Деркач; КВТИУ. - № 4534883; заявл. 10.09.1990. - 2 с.

6. A.C. 326647 СССР, МКИ G01N 3/56 Способ восстановления отверстий в деталях / И.А. Кравец, Н.И. Кузнецов, Н.Г. Макаренко; КВТИУ. - № 4533784; заявл. 27.07.1990.-2 с.

7. A.C. 329965 СССР, МКИ G01N 3/56 Устройство для обработки цилиндрических внутренних поверхностей / И.А. Кравец, Н.И. Кузнецов, Н.Г. Макаренко; КВТИУ - № 4535571; заявл. 01.10.1990. - 2 с.

8. A.C. 331540 СССР, МКИ G01N 3/56 Динамическая защита канала ствола / И.А. Кравец, Н.И. Кузнецов, Н.Г. Макаренко; КВТИУ. - № 4529477; заявл. 08.01.1990.-2 с.

9. Кравец И.А. Трибоэлектрохимическая стабилизация стационарного состояния, состава и эксплуатационных свойств трибосистем как средство повышения долговечности машин / И.А. Кравец, В.В. Деркач, Н.Г. Макаренко; КВТИУ.-Киев, 1990.-14 с,-Деп. в в/ч 11520,1990, Б1268.

10. Макаренко Н.Г. Технология трибоэлектрохимической обработки дета-

лей / Н.Г. Макаренко, O.A. Мамаев, H.A. Липина // Матер. III междунар. научн.-техн. конф. «Динамика систем, механизмов и машин» 26-28 октября 1999 г. -Омск, 1999.

11. Макаренко Н.Г. Перспективные технологии повышения ресурса деталей машин // Матер, научн.-практ. семинара «Использование инженерных средств военной техники в программе Сиб ВПК Нефтегаз-2000» 18.03.1999 г.Омск, ОТИИ, 1999.

12. Макаренко Н.Г. Управление ресурсом машин - путь к повышению эффективности их использования / Н.Г. Макаренко, Р.И. Косаренко // Сборник научных трудов. - Омск, ОТИИ, 2001. - Ч. П. - С. 26-27.

13. Макаренко Н.Г. Управление ресурсом трибосистем / Н.Г. Макаренко,

A.Н. Макаренко, Р.И. Косаренко // Сборник научных трудов. - Омск, ОТИИ,

2001. - Ч. I. - С. 22-25.

14. Макаренко Н.Г. Обоснование стабилизации состояния трибосистем / Н.Г. Макаренко, А.Н. Макаренко // Сб. научн. тр. II Росс. конф. «Естественные науки в военном деле» в рамках научн.-техн. прогр. IV Междунар. выставки во-енн.-техн. технологий и вооруж. СВ БТВТ. - Омск, ОТИИ.

15. Кравец И.А. Обоснование возможности применения трибоэлектрохи-мического способа обработки поверхности трения для повышения износостойкости деталей / И.А. Кравец, Н.Г. Макаренко, Н.И. Кузнецов, А.Н. Терещенко; КВТИУ. - Киев, 1991. - 6 с. - Деп в в/ч 11520, 1991, А 13905.

16. Кравец И.А. Трибоэлектрохимический способ повышения износостойкости деталей И.А. Кравец, Н.И. Кузнецов, Н.Г. Макаренко, В.В. Деркач // Тракторы и сельскохозяйственные машины - 1991- № 5. - С. 44.

17. Пат. 2084863 Россия, МПК G 01 N 3/56. Способ стабилизации состояния трибосистемы / Н.Г. Макаренко, И.А. Кравец. - № 5055436/28; заявл. 20.07.92; опубл. 20.07.97,. Бюл. № 20. - 4 е.: ил.

18. Пат. 2088817 Россия, МПК 6 F 16 С 33/66, 33/78. Подшипник качения / Н.Г. Макаренко, И.А. Кравец, А.Н. Макаренко. - № 5065933/28; заявл. 13.10.92; опубл.27.08.97, Бюл. № 24. - 3 е.: ил.

19. Пат. 2237554 Россия, МПК В 23 Н /00. Устройство повышения долговечности трибосистем / Н.Г. Макаренко, Ю.К. Машков, М.Ю. Байбарацкая,

B.Р. Эдигаров, O.A. Мамаев, А.Н. Макаренко. - № 2003106894; заявл. 12.03.2003; опубл. 10.10.2004, Бюл. № 28. - 8 е.: ил.

20. Макаренко Н.Г. Повышение долговечности подвижных сопряжений / Н.Г. Макаренко, А.Н. Макаренко // Матер, межрегион, научн.-техн. конф. «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, боевая эффективность, наука и образование» (Броня — 2002). - Омск: ОТИИ,

2002. - Ч. 3. - С. 58-59.

21. Машков Ю.К. Повышение долговечности трибосистем / Ю.К. Машков, Н.Г. Макаренко, А.Н. Макаренко // Матер, межрегион, научн.-техн. конф. «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, боевая эффективность, наука и образование» (Броня - 2002). - Омск: ОТИИ, 2002. - Ч. 4. - С. 18-24.

22. Вивденко Ю.Н. Формирование многоструктурного поверхностного

слоя деталей в технологиях производства и ремонта машин / Ю.Н. Вивденко, Н.Г. Макаренко, С.А. Резин // «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения в XXI веке. Развитие оборонно-промышленного комплекса на современном этапе»: Матер. II Междунар. технолог, конгресса (г. Омск 4-6 июня 2003 г.). - Ч. 1. - Омск: Госуниверситет, 2003. - С. 79-80.

23. Вивденко Ю.Н. Разработка метода повышения износостойкости деталей / Ю.Н. Вивденко, Н.Г. Макаренко, С.А. Резин // «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения в XXI веке. Развитие оборонно-промышленного комплекса на современном этапе»: Матер, научн.-техн. конф. (г. Омск. 4-6 июня 2003 г.). - Ч. 1. - Омск: Госуниверситет, 2003. - С. 102-105.

24. Вивденко Ю.Н. Управление ресурсом трибосистем / Ю.Н. Вивденко, Н.Г. Макаренко, С.А. Резин // «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения в XXI веке. Развитие оборонно-промышленного комплекса на современном этапе»: Матер, научн.-техн. конф. (г. Омск. 4-6 июня 2003 г.). - Ч. 1. - Омск: Госуниверситет, 2003. - 1С. 106-107.

25. Технология производства БТВТ / М.Ю. Байбарацкая, O.A. Мамаев, Н.Г. Макаренко и др. - Омск: ОТИИ, 2003. - 221 с.

26. Вивденко Ю.Н. Повышение ресурса транспортных и технологических машин формированием заданного состояния поверхностного слоя деталей / Ю.Н. Вивденко, С.А. Резин, Н.Г. Макаренко //Матер. 43-й Междунар. научн.-техн. конф. Ассоциации автомобильных инженеров. - Омск: «ЛЕО», 2004. -С. 84-85.

27. Иванов В.И. Повышение эксплуатационных свойств смазочных материалов путем использования металпосодержащих присадок / В.И. Иванов, Н.Г. Макаренко, Ю.Н. Вивденко, А.Н. Макаренко // Матер. 43-й Междунар. научн.-техн. конф. Ассоциации автомобильных инженеров. - Омск: «ЛЕО», 2004. -С. 178-179.

28. Пат. 2224627 РФ, МПК В23Н9/00. Способ обработки поверхности детали пары трения и устройство для его осуществления / Н.Г. Макаренко, В.В. Алексанов, С.М. Кузнецов, С.Е. Максименко, А.Н. Макаренко (Россия). -№ 2002121904; заявл. 08.08.02; опубл. 27.02.2004, Бюл. №6.-3 с.

29. Машков Ю.К. Исследование триботехнических свойств в условиях трибоэлектрохимической компенсации износа / Ю.К. Машков, Н.Г. Макаренко,

B.И. Иванов, С.Н. Волошин // Матер, междунар. научн.-практ. конф. «Дорожно-строительный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура». -Омск: «ЛЕО», 2003. - С. 225-227.

30. Макаренко Н.Г. Управление ресурсом трибосистем / Н.Г. Макаренко,

C.А. Тишин // «Исследование, конструирование и технология изготовления компрессорных машин»: Тез. докл. VII междунар. научн.-техн. конф. (17-18 июня 2004 г.) - Казань: ЗАО НИиКИ центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. ШНЕППА, 2004. - С. 59-62.

31. Макаренко Н.Г. Обеспечение точности обработки деталей сложной формы компрессорной техники / Н.Г. Макаренко, С.А. Резин // «Исследование, конструирование и технология изготовления компрессорных машин»: Тез. докл. VII междунар. научн.-техн. конф. (17-18 июня 2004 г.) - Казань: ЗАО

НИиКИ центробежных и роторных компрессоров им. В.Б.ШНЕППА, 2004. -С. 75-78.

32. Макаренко Н.Г. Восстановление двигателя внутреннего сгорания три-боэлектрохимическим способом / Н.Г. Макаренко. - М., 2004. - 14 с. — Деп. в ЦСИФ МО РФ 28.04.04., № Б 5467.

33. Макаренко Н.Г. Испытание присадок к моторным маслам / Н.Г. Макаренко // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2004. - № 6. - С. 8-11.

34. Макаренко Н.Г. Электрохимическое упрочнение и восстановление деталей трибосистем: Научное издание / Н.Г. Макаренко // Омский научный вестник, 2004. - 254 с.

35. Вивденко Ю.Н. Формирование поверхностного слоя деталей трибосистем / Ю.Н. Вивденко, Н.Г. Макаренко, А.Н. Макаренко, А.П. Демичев, С.М. Потехин // «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, эксплуатация и боевая эффективность, наука и образование» (Броня 2004): Матер. 2 межрегион, научн.-техн. конф. - Омск, 2004.

36. Макаренко Н.Г. Повышение долговечности трибосистем методом автокомпенсации износа трущихся поверхностей / Н.Г. Макаренко, С.Н. Волошин, А.Н. Макаренко, А.Н. Головаш // «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, эксплуатация и боевая эффективность, наука и образование». (Броня 2004): Матер. 2 межрегион, научн.-техн. конф. -Омск, 2004.

37. Макаренко Н.Г. Технология трибоэлеюрохимической обработки деталей / Н.Г. Макаренко, С.Н. Волошин, А.Н. Макаренко, В.Ю. Теттэр // «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, эксплуатация и боевая эффективность, наука и образование» (Броня 2004): Матер. 2 межрегион. научн.-техн. конф. - Омск, 2004.

38. Макаренко Н.Г. Повышение долговечности трибосистем методом автокомпенсации износа трущихся поверхностей / Н.Г. Макаренко, А.Н. Головаш // Вестник восточно-украинского государственного университета имени Владимира Даля. - 2004. - № 8 (78). - Ч. 2. - С. 132-136.

39. Вивденко Ю.Н. Новая технология формирования поверхностного слоя деталей в процессах изготовления, восстановления и эксплуатации машин / Ю.Н. Вивденко, Н.Г. Макаренко, А.Н. Макаренко, A.B. Матюшин, А.Н. Головаш // «Динамика систем, механизмов и машин»: Матер. 5 междунар. научн.-техн. конф. - Омск, 2004. - С. 112-116.

40. Макаренко Н.Г. Повышение ресурса деталей локомотивов при ремонте электрохимикомеханической обработкой / Н.Г. Макаренко, А.Н. Макаренко, Е.В. Доровских // «Ресурсосберегающие технологии на ж.д. транспорте» (19-21 мая 2005 г.): Матер, всеросс. научн.-техн. конф. с междунар. участием. -Красноярск, 2005. - С. 517-521.

41. Макаренко Н.Г. Повышение износостойкости деталей / Н.Г. Макаренко, А.Н. Макаренко // «Наука в транспортном измерении» (11-13 мая 2005 г.): Матер, междунар. научн.-практ. конф. - Киев,2005. - С. 250.

42. Макаренко Н.Г. Управление параметрами поверхностного слоя деталей при восстановлении / Н.Г. Макаренко // Известия вузов. Машиностроение. -2004,-№8.-С. 31-34.

43. Макаренко Н.Г. Повышение долговечности трибосистем методом автокомпенсации износа трущихся поверхностей / Н.Г. Макаренко // Известия вузов. Машиностроение. - 2004. - № 9. - С. 34-38.

44. Макаренко Н.Г. Способы повышения износостойкости / Н.Г. Макаренко // Железнодорожный транспорт. - 2004. - № 11. - С. 75-76.

45. Макаренко Н.Г. Электрохимикомеханическая обработка деталей / Н.Г. Макаренко // Металлообработка. - 2004. - № 5 (23). - С. 18-21.

46. Макаренко Н.Г. Повышение долговечности трибосистем методом автокомпенсации износа трущихся поверхностей / Н.Г. Макаренко // Трение и износ. - 2005. - Том 26. - № 1. - С. 90-93.

47. Пат. 2250410 Россия, МПК F 16N15/00. Способ повышения долговечности трибосистемы / Н. Макаренко, Ю. Вивденко, О. Мамаев, А. Красношта-нов, В. Эдигаров, А. Макаренко, С. Резин. - № 2003122245; заявл. 16.07.2003; опубл. 20.04.2005, Бюл. № 11. - 8 е.: ил.

48. Макаренко Н.Г. Электрохимикомеханическая обработка деталей продлит их ресурс / Н.Г. Макаренко // Локомотив. - 2005. - № 4 (580). - С. 32-33.

49. Макаренко Н.Г. Безразборное восстановление двигателя внутреннего сгорания / Н.Г. Макаренко, С.Н.Волошин, Е.В. Доровских, С.Н. Потехин, М.Н. Зыкин // «Дорожно-транспортный комплекс как основа рационального природопользования» (23-25 ноября 2004 г.): Матер, междунар. научн.-техн. конф. - Омск, 2004.-С. 112-117.

50. Вивденко Ю.Н. Разработка многофункциональных технологических систем электрохимико-механической обработки / Ю.Н. Вивденко, Н.Г. Макаренко, С.Н. Волошин // «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения». (ВТТВ-Омск): Матер. 3 междунар. технолог, конгресса. - Омск, 2005.-С. 101-104.

51. Макаренко Н.Г. Электрохимикомеханическая обработка рабочих поверхностей двигателя внутреннего сгорания / Н.Г. Макаренко // Металлообработка. - 2005. - № 2 (26). - С. 18-19.

52. S.Y. Tarasov, S.A. Belyaev, N.G. Makarenko. Effect of nanocopper-containing liquid lubricant on seizure in steel-steel sliding friction couple. // Materials of International conference "BALTTRIB 2005", p.p.140-142 (Lithuania, Kaunas, LUA, 17-18 November 2005.

53. Макаренко Н.Г. Условия восстановления высоконагруженных деталей с поверхностными дефектами / Н.Г. Макаренко, Ю.Н. Вивденко, С.А. Резин // Технология машиностроения. - № 12. — 2006. — С. 54-57.

54. Макаренко Н.Г. Электрохимикомеханические системы повышения долговечности машин / Н.Г. Макаренко // Вестник восточно-украинского государственного университета имени Владимира Даля. - 2006. - № 8 (102). - Ч. 2. -С. 168-169.

55. Макаренко Н.Г. Расширение технологических возможностей электрохимико-механической обработки с применением методов теории подобия / Н.Г. Макаренко // Технология машиностроения. - 2006. -№ 3. - С. 46-51.

56. Головаш А.Н. Техническая диагностика и надежность железнодорожной техники / А.Н. Головаш, Н.Г. Макаренко, А.И. Мишин, В.В. Молчанов, П.Н. Рубежанский, В.Г. Шахов. - М.: Спутник +, 2006. - 197 с.

57. Эдигаров В.Р. Исследование влияния комбинированной фрикционно-электрической обработки с одновременным внедрением модификатора на три-ботехнические свойства стальных поверхностей трения / В.Р. Эдигаров, Ю.К. Машков, Н.Г. Макаренко // Технология машиностроения. - 2006. - № 1. -С. 42-45.

58. Пат. 2277704 РФ, МПК G01N 3/56. Способ и устройство восстановления плунжерной пары топливного насоса / Н.Г. Макаренко, А.Н. Головаш, Р.И. Косаренко, Е.В. Доровских, А.Н. Макаренко. - № 2005100892; заявл. 17.01.2005; опубл. 10.06.2006, Бюл. № 16.

59. Пат. 2278365 РФ, МПК G01M 7/02. Способ диагностирования роторных механизмов / В.Ю. Тэтгэр, В.И. Щедрин, О.М. Телегин. - № 2004126882; заявл. 06.09.2004; опубл. 20.06.2006, Бюл. № 17.

60. Макаренко Н.Г. Технология формирования поверхностного слоя деталей / Н.Г. Макаренко, А.Н. Макаренко, Е.В. Доровских // «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (7-8 декабря 2006 г.): Матер. 2-й Междунар. научн.-практ. конф. - Самара: СамГАПС, 2006. - С. 294-295.

61. Головаш А.Н. Управление износом подвижных сопряжений / А.Н. Головаш, Н.Г. Макаренко // «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (7-8 декабря 2006 г.): Матер. 2-й Междунар. научн.-практ. конф. -Самара: СамГАПС, 2006. - С. 296.

62.. Пат. 2284021. РФ, МПК G01M 7/02. Многофакторный способ диагностирования роторных, механических, подшипниковых и редукторных узлов / В.Ю. Тэттэр, В.И. Щедрин, B.C. Барайщук, Н.Г. Макаренко. -№ 2004132288/28; заявл. 04.11.2004; опубл. 10.04.2006, Бюл. № 26.

63. Макаренко Н.Г. Экспериментальная установка для моделирования процессов безразборного восстановления прецизионных деталей / Н.Г. Макаренко, А.П. Демичев, Е.В. Доровских, С.Н. Волошин // Анализ и синтез механических систем. - 2006. - С. 80-85.

64. Макаренко Н.Г. Исследование процесса компенсации износа плунжерных пар / Н.Г. Макаренко, Е.В. Доровских, Г.А. Аппинг, С.М. Потехин // «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, модернизация и эксплуатация» (Броня-2006): Матер. III межрегион, научн.-практ. конф. - Омск: Вариант-Омск, 2006. - С. 122-123.

65. Макаренко Н.Г. Электрохимикомеханические способы повышения долговечности машин / Н.Г. Макаренко // «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, модернизация и эксплуатация» (Броня-2006): Матер. III межрегион, научн.-практ. конф. - Омск: Вариант-Омск, 2006. -С. 160-164.

66. Макаренко Н.Г. Способы восстановления деталей топливной аппаратуры / Н.Г. Макаренко, С.Н.Волошин, Е.В. Доровских // «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, модернизация и эксплуатация» (Броня-2006): Матер. III межрегион, научн.-практ. конф. - Омск: Вариант-Омск, 2006. - С. 165-167.

67. Макаренко Н.Г. Повышение долговечности трибосистем методом автокомпенсации износа трущихся поверхностей / Н.Г. Макаренко // Сб. научн.

работ «Подвижной состав и безопасность движения на транспорте». Мин. Транспорта и связи Украины. - Вып. 81. - Харьков, 2007. - С. 168-173.

68. Макаренко Н.Г. Повышение долговечности трибосистем методом автокомпенсации износа трущихся поверхностей / Н.Г. Макаренко // Локомотив-информ. - 2007 (май). - С. 7-9.

69. Макаренко Н.Г. Технические системы с электрохимикомеханическим воздействием на поверхностный слой деталей машин / Н.Г. Макаренко // Омский научный вестник. - 2007. - № 9 (46). - С. 29-31.

70. Макаренко Н.Г. Ультразвуковая интенсификация процесса электрохимического осаждения металлов / Н.Г. Макаренко, С.Н. Волошин, Е.В. Доров-ских, К.В. Кайков // «Военная техника, вооружение и современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения»: IV Междунар. технолог, конгресс. - Омск, 2007. - С. 117-122.

71. Макаренко Н.Г. Исследование процесса износа плунжерных пар топливной аппаратуры и реализация метода безразборного восстановления / Н.Г. Макаренко, Е.В. Доровских, С.М. Потехин // «Военная техника, вооружение и современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения»: IV Междунар. технолог, конгресс. - Омск, 2007. -С. 122-126.

72. Макаренко Н.Г. Технологии и средства эксплуатации подвижного состава Н.Г. Макаренко // «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты» Тез. докл.: V Международная научно-техническая конференция - СПб.: ПГУПС. - 2007. - 203 с.

73. Пат. 2302328 РФ, МПК В23Р 6/00. Устройство восстановления трущихся сопряжений двигателей внутреннего сгорания / Н.Г. Макаренко,

B.Р. Эдигаров, А.Н. Макаренко, С.Н. Волошин, А.П. Демичев. - № 2005121351; заявл. 07.07.2005; опубл. 10.07.2007, Бюл. № 19.

74. Макаренко Н.Г. Восстановление работоспособности плунжерных пар топливных насосов высокого давления / Н.Г. Макаренко, А.П. Демичев, Е.В. Доровских, С.Н. Волошин // Ремонт, восстановление, модернизация: РВМ. -2007,-№6.-С. 4-7.

75. Эдигаров В.Р. Исследование поверхностного слоя стали, модифицированного фрикционно-электрическим методом / В.Р. Эдигаров, Ю.К. Машков, Н.Г. Макаренко // Технология металлов. - 2007. - № 3. - С. 28-31.

76. Макаренко Н.Г. Разновидности процесса электрохимикомеханической обработки деталей машин / Н.Г. Макаренко // «Динамика систем, механизмов и машин»: Матер. VI междунар. научн.-техн. конф. - Омск, 2007. - Кн. 2. -

C. 347-354.

77. Макаренко Н.Г. Восстановление работоспособности прецизионных пар ТНВД / Н.Г. Макаренко // «Проблемы развития рельсового транспорта»: Матер. XVII Междунар. научн.-техн. конф. (24-28 сентября 2007 г.) - Крым, 2007.

78. Макаренко Н.Г. Технологические решения электрохимикомеханиче-ского упрочнения и восстановления деталей трибосистем на основе активации физико-химических процессов / Н.Г. Макаренко // Наука, техника и высшее об-

разование: проблемы и тенденции развития. ВНП-3, Изд-во РСЭИ. - Ростов-на-Дону, 2008.-С. 114-116.

79. Makarenko N.G., Vivdenko Yu.N., Rezin S.A. Special features of reconditioning heavily loaded components with surface defects.- Translaions from the Worlds Welding Press.- 2008.- Volume 22, № 8 August. - C. 527-531.

80. Пат. 91958. Российская Федерация, МПК В61К 9/00. Бортовая система контроля. Патент на полезную модель / Головаш А.Н., Макаренко Н.Г. - № 2009143365/22; заявл. 23.11.2009; опубл. 10.03.2010, Бюл. № 7.

81. Праздников В.И. Методика оценки безопасности объекта после отработки назначенного ресурса / В.И. Праздников, А.Н.Макаренко, Е.В. Щербо, A.A. Мосолов, В.В. Фирман, Н.Г. Макаренко // Сб. реф. деп. рукописей. Серия Б. - Вып. № 90 - М.: ЦВНИ МО РФ, 2010. - 11 с. - Деп. 25.01.2010, № Б707.

82. Праздников В.И. Методика технико-экономической оценки долговечности объектов при испытаниях и эксплуатации / В.И. Праздников,

A.Н.Макаренко, Е.В. Щербо, A.A. Мосолов, В.В. Фирман, Н.Г. Макаренко // Сб. реф. деп. рукописей. Серия Б. - Вып. № 90. - 11с. - М.: ЦВНИ МО РФ, 2010. - Деп. 25.01.2010, № Б7072.

83. Алексаков Ю.Ф. Методика прогнозирования сохраняемости объектов БТВТ на стадии разработки / Ю.Ф. Алексаков, А.Н. Макаренко, Н.Г. Макаренко, A.A. Мосолов, В.В. Фирман, Е.В. Щербо // Сб. реф. деп. рукописей. Серия Б. - Вып. № 90. - 14 с. - М.: ЦВНИ МО РФ, 2010. - Деп. 12.02.2010, № Б7085.

84. Майер Д.Н. Анализ существующих способов восстановления деталей БТВТ / Д.Н. Майер, А.Н. Макаренко, Н.Г. Макаренко, A.A. Мосолов,

B.В. Фирман, Е.В. Щербо // Сб. реф. деп. рукописей. Серия Б. - Вып. № 90. -11 е.- М.: ЦВНИ МО РФ, 2010, Деп. 12.02.2010, № Б7086.

85. Макаренко Н.Г. Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта / Н.Г. Макаренко // Инновации для транспорта: сб. научн. статей с междунар. участием в трех частях. Часть 3 / Мин. Транспорта РФ; Федеральное агентство ж.д. тр-та; ОмГУПС. - Омск: ОмГУПС, 2010. - С. 229-234.

86. Макаренко Н.Г. К вопросу определения остаточного ресурса / Н.Г. Макаренко // Инновации для транспорта: сб. науч. статей с междунар. участием в трех частях. Часть 2 / Мин. Транспорта РФ; Федеральное агентство ж.д. тр-та; ОмГУПС. - Омск: ОмГУПС, 2010. - С. 78-83.

87. Мозговой И.В. Исследование процесса изнашивания плунжерных пар топливной аппаратуры и реализация метода безразборного восстановления / И.В. Мозговой, Н.Г. Макаренко, Е.В. Доровских // Омский научный вестник. -2010.-№3 (93).-С. 110-113.

88. Макаренко Н.Г. Исследование процессов рекуперации кинетической энергии в приводе вращательно-ударного действия / Н.Г. Макаренко, В.Р. Эди-гаров, В.В. Малый // Технология машиностроения. — 2010. — № 12.

89. Тормозному оборудованию высокую надежность / Н.Г. Макаренко, А.П. Вороненков, Д.С. Рощупкин, ОАО «НИИТКД»; А.Н. Обозный, УкрГАЖТ // Сборник научных трудов Украинской государственной академии железнодорожного транспорта: Вып. 123. - Харьков: УкрГАЖТ. - 2011. - С. 214-217.

90. Макаренко Н.Г. Способ управления техническим обеспечением эксплуатации многоцелевых гусеничных и колесных машин / Н.Г. Макаренко,

B.Р. Эдигаров // Вестник сибирского отделения Академии военных наук. -2011.-№ 10.-С. 234-239.

91. Макаренко Н.Г. Проектирование технологических процессов элекгро-химикомеханической обработки / Н.Г. Макаренко, В.В. Дегтярь, В.К. Мехедов // Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава: материалы Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. - Омск: ОмГУПС, 2011. -С. 213-217.

92. Макаренко Н.Г. Электрохимикомеханическое упрочнение и восстановление прецизионных деталей на основе активации физико-химических процессов / Н.Г. Макаренко, В.В. Дегтярь, В.К. Мехедов // Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава: материалы Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. — Омск: ОмГУПС, 2011. — С. 209-212.

93. Системы контроля нагрева ответственных узлов подвижного состава / Н.Г. Макаренко, Д.С. Рощупкин // Известия Транссиба. - 2012. - № 2 (10). -

C. 24-27.

94. Технология электрохимикомеханической обработки прецизионных пар / Н.Г. Макаренко, И.В. Мозговой, Е.В. Доровских, М.В. Куренной // Омский научный вестник. - 2012. - № 1 (107). - С. 324-327.

95. Макаренко Н.Г. Надежность тяговых двигателей локомотивов / Н.Г. Макаренко, В.В. Дегтярь // Инновации, качество и сервис в технике и технологиях: сборник научных статей III Международной научно-практической конференции. - Курск, 2012. - С. 177-180.

Печатается в авторской редакции

Компьютерная верстка О. Н. Савостеевой

Подписано в печать 09.10.12. Формат 60x84 Vi6. Бумага офсетная. Отпечатано на дупликаторе. Усл. печ. 2,25 л. . Уч.-изд. л. 2,25. Тираж 100 экз. Заказ 568.

Издательство ОмГТУ. 644050, г. Омск, пр. Мира, 11; т. 23-02-12 Типография ОмГТУ

Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет»

На правах рукописи

05201350374

МАКАРЕНКО НИКОЛАЙ ГРИГОРЬЕВИЧ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ДЕТАЛЕЙ МАШИН НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОХИМИКОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Специальность: 05.02.08 - Технология машиностроения

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант доктор технических наук, профессор Моргунов А.П.

0мск-2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение...................................................................................................................5

1. Анализ изучаемого вопроса и определение научного направления исследования.......................................................................................................18

1.1. Анализ проблемы ограниченности ресурса технических систем.......18

1.1.1. Методология определение ресурса машин.....................................19

1.1.2. Актуальность проблемы повышения ресурса машин...................20

1.2. Аналитический обзор современных способов повышения долговечности деталей машин и механизмов..............................................24

1.2.1. Молекулярно-кинетические процессы в материалах....................24

1.2.2. Общие требования к материалам пар трения.................................26

1.2.3. Анализ существующих способов повышения износостойкости .29

1.3. Теоретические основы изменения состояния машин..........................32

1.3.1. Изменение массы деталей машин....................................................32

1.3.2. Изменения термодинамического состояния изнашивающихся трибообъектов..............................................................................................36

1.3.3. Анализ возможности стабилизации массы деталей машин..........41

1.3.4. Анализ существующих научных подходов к изучению самоорганизации трибосистем...................................................................45

1.3.5. Анализ путей повышения ресурса машин......................................64

2. Обоснование механизма безызносности трущихся поверхностей.......72

2.1. Модель автокомпенсации износа деталей машин................................72

2.2. Модели физико-механических процессов при электрохимико-механической обработке................................................................................80

2.2.1. Модель электрохимикомеханической обработки..........................80

2.3. Механизм действия трибосопряжения при самоорганизации трибосистемы..................................................................................................95

2.4. Оценка влияния электрического тока на трение и износ....................99

2.5. Оценка влияния собственных электрохимических потенциалов контактируемых деталей на износ сопряжения........................................101

2.6. Оценка влияния концентрации смазочной жидкости-электролита на процесс электрохимикомеханической обработки.....................................106

2.7. Оценка влияния гидродинамических процессов на компенсацию износа.............................................................................................................112

2.8. Активация рабочей жидкости внешними энергетическими воздействиями...............................................................................................115

2.8.1. Понятие об активации жидкости...................................................115

2.8.2. Особенности физических методов активации жидкости............115

2.8.3. Теоретические предпосылки применения физических методов активации жидкостей................................................................................116

2.8.4. Оценка существующих методов физической активации жидкостей...................................................................................................117

2.9. Исследование механизма электрохимикомеханического осаждения металла на обрабатываемые поверхности..................................................128

3. Экспериментальные исследования трибосистем....................................147

3.1. Общие методы исследований...............................................................147

3.1.1. Научное планирование экспериментальных исследований упрочняющих технологий........................................................................148

3.1.2. План эксперимента..........................................................................150

3.1.3. Выбор плана эксперимента............................................................151

3.2. Экспериментальные исследования применения перспективных технологий для поверхностного упрочнения деталей, работающих на трение.............................................................................................................154

3.2.1. Результаты исследования влияния ударно-акустической упрочняющей обработки на износ трибодеталей..................................154

3.2.2. Результаты исследования влияния лазерной обработки-закалки на износ трибодеталей...................................................................................157

3.2.3. Результаты исследования влияния электрохимикомеханической обработки на износ стальной пары..........................................................158

3.2.4. Результаты сравнительных испытаний трибопар........................164

3.3. Исследование физико-трибологических свойств экспериментальной смазочной жидкости на протекание электрохимикомеханических процессов.......................................................................................................166

3.4. Исследование вязкостно-температурных свойств экспериментальной жидкости........................................................................................................172

3.5. Исследование электропроводности экспериментальной жидкости. 175

3.6. Исследование трибологических свойств экспериментальной жидкости........................................................................................................176

3.7. Анализ результатов экспериментальных исследований...................178

3.8. Исследование механизма самоорганизации трибосистем.................179

3.9. Экспериментальные исследования процесса изнашивания деталей трения в условиях электрохимикомеханической компенсации износа.. 188

3.9.1. Порядок проведения опытов..........................................................190

3.9.2. Обработка экспериментальных данных и разработка математической модели процесса электрохимикомеханической компенсации износа..................................................................................192

3.9.3. Анализ результатов проведенных опытов....................................197

4. Управление выходными параметрами процесса электрохимикомеханической обработки моделированием условий обработки методами теории подобия.........................................................204

4.1. Обоснование применения методов теории подобия, моделирования и размерностей для процесса электрохимикомеханической обработки....204

4.2. Определение коэффициентов подобия при нелинейно-подобном преобразовании.............................................................................................208

4.2.1. Выбор геометрических фигур оригинала и модели....................208

4.2.2. Коэффициенты подобия с нелинейными параметрами фигур ..210

гаид^ли II ........................................................................

апы определения критериев подобия.......................................

тановление критериев подобия.................................................

фование механизма обеспечения подобия модели и оригина

;са электрохимикомеханической обработки............................

ловия подобия модели и оригинала процесса электрохимике

еской обработки..........................................................................

[ределения связи между критериями подобия расчетом част!

зльных зависимостей..................................................................

[ределение связи между критериями подобия расчетно-

жим методом...............................................................................

ютка автоматизированного номографического метода гния закономерностей процесса электрохимикомеханическо

с использованием теории подобия...........................................

обенности номографического представления многофакторн

эстей процесса электрохимико-механической обработки......

(мограмма на логарифмических сетках со шкалами разных

Заключение............................

Библиографический список Приложения...........................

311 326 338

ВВЕДЕНИЕ

Повышение надежности и снижение эксплуатационных затрат машин и механизмов является одной из основных проблем, общей для всех областей техники. Интенсификация производства, ускорение научно-технического прогресса возможно только на основе перехода к принципиально новым технологическим процессам и к технике новых поколений. По мере усложнения техники, расширения областей ее использования, повышения уровня автоматизации, увеличения нагрузок и скоростей проблема надежности будет непрерывно расти.

Надежность машин закладывается при конструировании, изготовлении и реализуется в процессе эксплуатации. Износ деталей трущихся сопряжений является одной из основных причин снижения ресурса машин. Для решения существующей проблемы необходимо овладеть методами управления показателями надежности, правильно и эффективно их использовать. Реализация традиционных методов повышения долговечности трущихся поверхностей не всегда позволяет достичь желаемых результатов [33, 39, 43, 61, 116].

В последние годы работы исследователей, направленные на создание поверхностей трения деталей машин с заданными свойствами привлекают к себе внимание. Значительный вклад в создание и развитие теории и практики трибологии внесли известные ученые: Гаркунов Д.Н., Крагельский И.В., Ас-кинази Б.М., Поляков A.A., Костецкий Б.И., Чичинадзе A.B., Ребиндер A.B. и др. Научиться управлять физико-химическими процессами трибосистем -одна из первостепенных задач, с которой приходится сталкиваться специалистам, занимающимся проблемами долговечности машин. В связи с этим необходим поиск новых способов, которые могли бы обеспечить работу изделий на весь срок эксплуатации.

В соответствии с разработанной методикой в ЭНИМСе по заказу Госкомпрома РФ осуществлен анализ новых технологий высокой значимости.

Установлено, что среди приоритетных областей реализации ключевых многопрофильных технологий высокую эффективность могут иметь технологии обработки деталей электрофизикохимическими и комбинированными методами. Радикально изменить ситуацию, как в производственной сфере, так и в экономике в целом можно, лишь разработав и внедрив новые прорывные технологии. В утвержденных Президентом РФ Основах политики Российской Федерации в области науки и технологий на период до 2010 г. и дальнейшую перспективу выделены девять важнейших направлений развития науки, техники и технологий, среди которых следует отметить:

- новые материалы и химические технологии;

- технологии живых систем.

Достичь желаемого эффекта в повышении ресурса машин представляется возможным на основе физического эффекта безызносности узлов трения за счет стабилизации технического состояния трибосистем, что стало основой для настоящего исследования. Стабилизация технического состояния трибосистем заключается в восстановлении деталей и смазочных сред в процессе изнашивания с использованием для этого необходимых материалов и энергии. Научная, практическая и экономическая значимость такого подхода к решению проблемы повышения ресурса машин определяется уменьшением затрат на ремонт и эксплуатацию машин, обеспечением безопасности людей.

Актуальность темы позволяет сформулировать цель исследования: научное обоснование, разработка и внедрение технических и технологических решений по увеличению долговечности машин и механизмов электрохими-комеханической обработкой.

Для достижения поставленной цели в работе определены следующие задачи:

Научное обоснование моделей механизмов с компенсацией износа, экспериментальное исследование процессов износа и выявление перспективных методов повышения их долговечности.

Научное обоснование электрохимикомеханического метода повышения

долговечности машин и механизмов.

Научное обоснование методики разработки и технологии использования механизмов с управляемым ресурсом.

Разработка, создание и внедрение устройств и технологических процессов для повышения долговечности, компенсации износа деталей машин и управления их ресурсом.

Технико-экономическая оценка разработанных решений.

Объект исследования - новые, изношенные и восстановленные детали машин и механизмов, требующие увеличения долговечности (оси, втулки, валы, цилиндры).

Предмет исследования - технологии и средства повышения долговечности машин и механизмов электрохимикомеханической обработкой.

Методологической основой работы является системный подход к изучению и описанию динамических процессов взаимодействия деталей машин и механизмов. При решении задач диссертации использовались современные методы исследований, базирующиеся на теориях электрохимии, трибохимии, термодинамики, гидродинамики, надежности и др.

Методы исследований включают: теоретический анализ и научное обобщение современных достижений трибологии в области повышения ресурса, построение физических моделей, экспериментальные исследования в лабораторных и эксплуатационных условиях с применением современного метрологического оборудования по проверенным методикам с привлечением методов статистической обработки информации, физические и физико-химические методы анализа вещества и исследования поверхности, технико-экономический анализ эффективности применения разработанных положений на практике.

Использовались методы триботехнических испытаний на машинах трения, на стендах, моделирующих работу узлов трения машин и механизмов, и в натурных условиях, физические и физико-химические методы анализа вещества и исследование поверхности.

Исследования выполнялись применительно к изделиям бронетанкового вооружения и техники, железнодорожной техники, общего машиностроения. Поставленные задачи предопределили создание нескольких стендов для испытаний трибосистем.

Для использования явления компенсации износа поверхности деталей необходимы эффективные методы применения разработанных теоретических положений в реальных условиях работы трибосопряжения.

К основным направлениям развития трибосистем с использованием электрохимико-механической обработки относятся:

1. Создание систем, повышающих эффективность приработки трибо-сопряжений.

2. Разработка методов и устройств упрочнения поверхности новых или ремонтируемых деталей узлов трения.

3. Разработка методов и устройств повышения долговечности трибосистем методом автокомпенсации износа деталей.

Достоверность сформулированных в диссертации научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректностью принятых допущений при исследованиях, согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исследований и испытаний, проведенных в условиях эксплуатации машин и механизмов, положительными результатами внедрения ЭХМО при упрочнении деталей, обкатке новых и отремонтированных машин с циркуляционными системами смазки.

Научная новизна.

Разработаны модели и определены закономерности нового комбинированного метода формирования поверхностного слоя изделий машиностроения - процесса электрохимикомеханической обработки контактным методом (ЭХМО-ЭК). Он основан на синтезе процессов электрохимического, химического, триботехнического и деформационного воздействия на материал этого слоя.

Выдвинута и подтверждена гипотеза безразборного восстановления пар

трения механизмов и машин, а также управления их триботехническими характеристиками электрохимикомеханической обработкой бесконтактным методом (ЭХМО-БК). Установлены соответствующие закономерности и разработаны необходимые методики.

По результатам физического моделирования ЭХМО с использованием теории подобия и моделирования по принципу аффинного подобия получены закономерности управления выходными параметрами процесса, распространяющиеся на обширный перечень деталей. На этой основе разработана методика автоматизированного определения параметров технологического процесса ЭХМО для различных изделий с учетом его многофакторности.

Физическим моделированием трибосистемы с обратными связями установлено, что в результате ее самоорганизации на поверхности трения детали осаждается атомарный металл. Этим достигается компенсация износа и формирование поверхности с заданными свойствами при использовании внешнего источника вещества и энергии. Обоснована теоретически и подтверждена экспериментально функциональная зависимость интенсивности изнашивания деталей узлов трения от технологических факторов эксплуатации трибосистем. Экспериментально доказана адекватность разработанной модели автокомпенсации износа деталей узлов трения при применении метода ЭХМО в условиях циркуляционной смазки.

Предложены и исследованы рабочие среды для условий технологических систем и эксплуатации трибосопряжений (а.с. 327904).

Разработаны и реализованы методики синтеза ЭХМО и других видов обработки, повышающих ресурс трибосопряжений.

Разработаны способы (а.с. 326667), (патенты 2084863, 2224627, 2250410), устройства (а.с. 329969, 331540, 328842, 328239, 328258, 328238, пат. 2088817), состав ИОЖ (а.с. 327904) для реализации трибосистемы с автокомпенсацией износа.

Получены закономерности и разработана методика создания технологических и эксплуатационно-технологических систем с регулированием вы-

ходных параметров процесса ЭХМО. Они распространяются на управление процессами приработки или восстановление изношенных деталей трибосоп-ряжений, модификацию поверхностного слоя для получения заданных три-ботехнических и других свойств.

Разработан