Триботехника

взаимной информации и обмена опытом. Во многих вопросах требуется активное

участие специалистов, и именно специалистов по триботехнике.

В России научные кадры по триботехнике готовят во многих городах. Однако

инженерные кадры по триботехнике выпускаются лишь в некоторых

университетах. Учитывая важность подготовки специалистов по триботехнике,

Госкомитет СССР по науке и технике еще в 1976 году рекомендовал

Министерству высшего и среднего специального образования СССР совместно с

заинтересованными министерствами и ведомствами обеспечить:

o на специальных факультетах подготовку кадров (из числа лиц, имеющих

соответствующее высшее образование и стаж практической работы) по

проблемам повышения износостойкости машин и оборудования;

o организовать в системе повышения квалификации специалистов, работающих

в различных отраслях промышленности, чтение лекций по проблемам

износостойкости машин и оборудования для соответствующих служб

предприятий.

Помимо подготовки инженерных кадров по триботехнике, необходимо

организовать подготовку специалистов среднего звена.[5] Для этого следует

создать среднее учебное заведение по изучению вопросов триботехники, в том

числе и новейших разработок. Эти вопросы должны быть в центре внимания при

проведении учебы с инженерно-техническими работниками в производственных

объединениях, комбинатах, заводах и фабриках. Для этого нужно создать

хорошие кинофильмы, наглядные пособия, издать учебные пособия.

Вопросы подготовки кадров по триботехнике необходимо решать

незамедлительно. Это окажет серьезное влияние на качество будущих машин, их

долговечность, на экономию топлива и смазочных материалов, черных и

дефицитных цветных металлов.

Проблемы компьютерной трибологии

Будучи междисциплинарной наукой, трибология требует применения системных

моделей, информационных систем по разным разделам трибологии, трансляторов,

соединяющих эти разделы, экспертных систем для проектирования и

диагностики. Имеется необходимость более эффективного использования

информации, получаемой при исследовании трибологических процессов.

Диагностические системы в значительной мере сами базируются на слиянии

компьютерных технологий и знании механизмов трибологических процессов.

Компьютеры позволяют производить моделирование трибологических

процессов. Модель сложной трибосистемы также требует для своего создания и

использования специфического «компьютерного мышления», так как представляет

собой программный комплекс. Опыт создания моделей сложных трибосистем

позволил сделать ряд выводов, выявить недостатки и сформулировать

направления дальнейшего развития.

Свое дальнейшее развитие получила и компьютерная технология

проектирования узлов трения. На этапе анализа здесь предлагается

использовать интерпретаторы – экспертные системы. На этапе синтеза

используются гибридные экспертные системы, которые содержат модели работы

узла, базы знаний по данным разделам и систему правил. Фактически,

требуется продолжить работу по информационным системам в области трибологии

на новом уровне развития аппаратных, программных средств и систем

коммуникации с учетом имеющегося опыта и проделанной работы специалистов.

Большое значение в трибологии имеет также теледиагностика, причем задачей

компьютерной трибологии здесь является содержательная часть создания

системы.

Компьютеры являются также и неотъемлемой частью системы

экспериментальных трибологических исследований в современных испытательных

установках. Задача компьютеров состоит в контроле и управлении режимом

эксперимента, регистрации измеряемых параметров, обработке результатов.

Задачей, относящейся к области компьютерной трибологии, является поиск

режимов, при которых реализуются заданные свойства трибосистемы, что

достигается встраиванием в управление испытательной системой программы

моделирования исследуемого процесса, ряд параметров которой задается из

эксперимента, а также заданием критериев поиска. Для реализации этой идеи в

масштабах отрасли предстоит проделать большую работу.

При моделировании, компьютерном эксперименте, в системах диагностики и

мониторинга имеется общая проблема интерпретации результатов. Как известно,

визуализация информации позволяет интенсифицировать процесс познания

человека, подключив интуитивные способности исследователя. Это достигается

с помощью специальных средств компьютерной графики. Применение технологии

виртуально-интуитивного извлечения информации позволит при моделировании и

эксперименте более эффективно выявлять новые трибологические эффекты и

явления.

Проблемы экономики и триботехники

Работа узлов трения машин, оборудования и транспортных средств

осуществляется на всех этапах создания общественного продукта.

Триботехнические характеристики узлов трения наравне с конструкцией машин,

качеством их изготовления, режимом эксплуатации и другими аспектами

оказывают существенное влияние на многие экономические (и экологические)

показатели работы машин, механизмов и технологического оборудования.

Большинство машин (85-90%) выходит из строя по причине износа деталей.

Расходы на ремонт машин оборудования и транспортных средств составляют в

нашей стране десятки миллиардов рублей в год. При развитии промышленности

эта цифра естественно увеличивается. Затраты на ремонт и техническое

обслуживание машины в несколько раз превышают ее стоимость: для автомобилей

в 6 раз, для самолетов до 5 раз, для станков до 8 раз. Трудоемкость ремонта

и технического обслуживания многих строительных и дорожных машин за срок их

службы примерно в 15 раз превышает трудоемкость изготовления новых. Большие

материальные потери народное хозяйство терпит от повышенного трения в узлах

машин. Известно, что больше половины топлива, потребляемого автомобилями,

тепловозами и другими видами транспорта, расходуется на преодоление

сопротивления, создаваемого трением в подвижных сочленениях. Потери от

трения и затраты, связанные с ними, составляют от 1% до 4% национального

продукта стран, что не может не оказывать существенного влияния на развитие

экономики любой страны. В последние годы проявляется повышенное внимание к

развитию триботехники, к оптимизации триботехнических решений и внедрений в

практику достижений триботехники. По оценкам экспертов, широкое внедрение в

производство уже известных достижений триботехники способно на 25-30%

сократить потери от трения, причем первые 10-15% из них – без заметных

капитальных вложений.

В целом триботехника должна решать узловые проблемы экономики,

относящиеся к сырьевым, энергетическим и трудовым ресурсам страны. Эти

важные задачи потребуют в ряде случаев пересмотра планов научно-

исследовательских работ, решения теоретических вопросов трения, изнашивания

и смазки машин. Ряд прогрессивных методов повышения ресурса деталей,

эффективных смазочных материалов, покрытий и т. п., подробно описанных в

литературе и проверенных на отдельных предприятиях, не может получить

массового применения в промышленности. На их пути встает стремление

сохранить традиционную технологию и предельно низкую себестоимость

продукта, игнорируя то обстоятельство, что экономия на заводе часто

приводит к потерям при эксплуатации и ремонте впускаемых изделий.

Разработка научных программ по проблемам износостойкости диктуется

экономической значимостью этой проблемы для народного хозяйства. Управление

процессом изнашивания является центральным звеном таких национальных

проблем, как экономия энергии, сокращение расхода материалов, а также

надежность и безопасность механических систем.

Кроме того, здесь не стоит забывать о проблеме износостойкости и людских

ресурсов. В связи с увеличением количества действующих машин и оборудования

за последние годы во всех развитых странах возникла проблема специалистов

для обслуживания и ремонта. Рост потока машин всюду опережает увеличение

числа опытных механиков. Для подготовки механиков высокой квалификации

необходимо несколько лет обучения и накопления опыта. Очень велики затраты

на обслуживание автомобилей и их ремонт. Здесь вопросы триботехники

являются главными в снижении эти видов затрат. Выход из строя деталей,

разрегулировка, производство смазочных работ, контроль технического

состояния узлов трения – все это требует привлечения к работе опытных

высококвалифицированных специалистов. И здесь вопросы триботехники являются

главным фактором в сокращении потребности в людских ресурсах.

Триботехника, интересы здоровья и охраны окружающей среды

Этот вопрос к настоящему времени находится еще в стадии постановки,

однако модно утверждать, что триботехника имеет непосредственное отношение

к здоровью людей и охране окружающей среды.

Использование асбестосодержащих накладок в тормозах автомобилей, наличие

паров топлива в кабинах транспортной техники, повышенные вибрации в машинах

в результате износа подшипников, биение валов, зубчатых передач – все эти и

им подобные недостатки, относящиеся к низкому уровню решений вопросов

триботехники, оказывают существенное влияние на здоровье обслуживающего

персонала и население города. Причинами крупных аварий и катастроф были

утечки через уплотнения взрывоопасных продуктов, задиры и повышенный износ

ответственных деталей, разрушение контактных поверхностей подшипников,

рельсов, бандажей колес, поломки зубьев шестерен, заклинивание плунжерных

пар и т. п. Двигатели автомобилей с изношенными цилиндрами и поршневыми

кольцами не только потребляют больше топлива, но и значительно увеличивают

загазованность городов и поселков. Недостаточная износостойкость

уплотнительных устройств, перегрев подшипников, износ валов часто вызывают

течи масла, топлива, рабочей жидкости гидравлических систем. Все это

приводит к непроизводительному потреблению энергии, порче асфальтовых

покрытий и уничтожению растительности. Непредусмотренный ремонт машин в

пути, проведение технического обслуживания машин в полевых условиях

приводит к загрязнению окружающей среды отходами масла, к потерям топлива и

т.п. Особое внимание необходимо обратить на попадание в окружающую среду

отработанных картерных масел двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и

методов их утилизации. Наибольшую опасность представляют моющие присадки к

маслам, что вызывает увеличение количества загрязняющих примесей и

накопление их в масле при картерной смазке. Среди этих загрязнений –

полициклические ароматические углеводороды с сильно выраженными

канцерогенными свойствами.

Научно-технические направления, которые необходимо осуществить в

ближайшем десятилетии, для того чтобы машины, механизмы и технологическое

оборудование нового поколения отвечали необходимым требованиям по экологии,

следующие:

o разработка и применение смазочных материалов 4 и 5 поколений и

присадок к ним. Смазочные материалы должны быть менее токсичными и

обеспечивать значительное снижение потерь на трение и износ узлов

трения различного класса и назначения, в том числе в ДВС;

o применение для ряда узлов трения экологически чистых масел, животного

и растительного происхождений;

o применение новых экологически чистых триботехнических конструкционных

материалов и технологий для повышения износостойкости и несущей

способности пар трения разного класса и назначения;

o использование экологически чистых фрикционных и антифрикционных

материалов, не содержащих асбеста, свинца, фенола и других токсичных

ингредиентов и добавок;

o совершенствование конструкций антифрикционных узлов трения (в том

числе уплотнений);

o рационализация и оптимизация работы узлов трения на основе учета

конкретных условий и критериев эксплуатации;

o использование ускоренных методов испытаний и рационального цикла

испытаний для выбора оптимальных материалов (в том числе смазочных)

для конкретных конструкций узлов трения и условий их эксплуатации;

o использование таких режимов эксплуатации машин, транспортных средств и

технологического оборудования, которые снижают объем вредных выбросов

в окружающую среду;

o ускорение перевода машин и механизмов на использование более чистых

источников энергии (солнечной, водородной, электрической);

o повышение знаний инженеров и обслуживающего персонала в области

триботехники, а также взаимосвязи триботехнических показателей с

экономикой и экологией.

Проблемы технического обновления различных отраслей машиностроения

Ушедший в историю 20 век не освободил механиков от многолетних и не

всегда успешных поисков путей обновления морально и физически устаревшего,

изношенного оборудования, ставшего во многих отраслях машиностроения

основной причиной снижения эффективности и ресурса работы.

Любое обновление устаревшего оборудования затрагивает три главнейших

аспекта: конструктивный, металловедческий и триботехнический – по причине

их технологической связи. Причем триботехнический аспект в общей системе

обновления устаревшего оборудования не менее значим и так же сложен, как и

два других. Это касается различных видов механического изнашивания:

абразивного, гидроабразивного, ударноабразивного в условиях трения

скольжения, качения, удара по абразиву и металлу с охлаждением при низких

температурах всухую, а также при наличии смазочного материала.

Если анализировать многочисленные экспериментальные данные, убедительно

свидетельствующие о сложности проблемы обновления устаревшего оборудования

и инструмента путем комплексного подхода к ее решению, то очевидным

становится то, что триботехнические, а также металловедческие аспекты в ней

или трудно решаемы, или требуют новых научных и технологических решений.

Такая ситуация характерна для подавляющего большинства различных отраслей

машиностроения. Поиск таких решений уже ведется.

Необходимо добавить, что организационная сторона обновления

оборудования стала не менее значима, чем научная. Организационная сторона

проблемы в условиях рыночной экономики усложняется отсутствием единого

координирующего центра, способного объединить усилия ведущих научных

коллективов на наиболее приоритетных направлениях с возможностью

контролировать и выверять значимость получаемых результатов по конечной

поставленной цели применительно к определенным отраслям машиностроения. В

настоящее время имеет место разобщенность, несогласованность и

несопоставимость выполняемых исследований отдельными учеными и даже

организациями по причине неудовлетворительной взаимной информированности и

недостатка творческого общения; резко сократилась журнальная информация, а

малочисленность вузовской аспирантуры привела к невозможности решать

фундаментальные задачи металловедения, триботехники, технологии

машиностроения по причине острого дефицита не только денежных средств,

научных и технических кадров, но и устаревшей или вообще полностью

отсутствующей в ВУЗах испытательной базы. В настоящее время ВУЗы, несмотря

на имеющиеся конструкторские возможности, не могут предложить новые изделия

в готовом виде даже для опытных испытаний в натурных условиях.

Такова действительность, не учитывать которую при решении столь важной

проблемы нельзя, но искать возможные решения необходимо, если учесть, что в

большом комплексном перечне проблем, которые необходимо решить для

дальнейшего развития технического прогресса, обновление морально и

физически устаревшего оборудования всегда будет стоять в ряду

первоочередных задач.

Заключение

Триботехнические явления должны учитываться при проектировании и

эксплуатации машин и механизмов. Они проявляются при земляных работах, в

сельском хозяйстве, строительстве, добывающей промышленности и во многих

других случаях. Потери средств от трения и износа в развитых странах

составляют 4-5% национального дохода, а преодоление сопротивления трения

поглощает во всем мире 20-25% вырабатываемой за год энергии. Анализ

специальных комитетов Международного совета по трибологии показал, что за

полный цикл эксплуатации машин эксплуатационные расходы, затраты на ремонт

и запасные части в несколько раз превышают затраты на изготовление новой

техники.

Повышение экономически и экологически целесообразной долговечности и

надежности машин, технологического оборудования и инструмента

непосредственно связано с повышением износостойкости. Решение этой

актуальной и практически необходимой задачи возможно только на базе

глубоких, научно обоснованных решений. Управление трением, правильный выбор

материалов по критериям трения и износостойкости, рациональное

конструирование узлов трения и деталей машин и оптимизация условий

эксплуатации могут существенно продлить срок жизни и повысить эффективность

машин, снизит вредные экологические воздействия при незначительном

увеличении их стоимости. В этой связи исключительное значение приобретают

работы в области триботехнического материаловедения, а также теоретические

и экспериментальные исследования в области физико-химической механики

процессов трения и изнашивания с использованием новейших испытательных

средств и измерительной техники, которые могут раскрыть и изыскать новые

способы снижения потерь на трение и повышения износостойкости машин,

приборов и оборудования. Задача повышения экономически и экологически

целесообразной долговечности узлов трения крайне усложняется каждый год,

так как неумолимая тенденция развития науки, техники и технологии

обязательно ведет к ужесточению и усложнению режима работы машин, а значит,

узлов трения и деталей по нагрузкам, скоростям, температурам, диссипируемым

энергиям, вибрации и т.д. Хорошо известно также, что стремление снизить

материалоемкость машин приведет к уменьшению габаритов и удельных массовых

характеристик узлов трения, которые еще более усложнят задачу.

Принципиально новой является задача повышения износостойкости элементов

оборудования ядерной энергетики. Исключительное значение приобретают работы

по изнашиванию узлов трения и деталей автоматизированных и программируемых

устройств, особенно для роботов и манипуляторов.

Борьба с потерями энергии и выходом из строя машин и оборудования от

трения и износа во многих странах стала государственной задачей. Во многих

странах большие коллективы научных работников и инженеров работают над

проблемами трения и изнашивания. Этим работам в передовых промышленно

развитых странах уделяется повышенное внимание на государственном уровне.

Библиография

1. Основы трибологии (трение, износ, смазка)/ А. В. Чичинадзе, Э. Д.

Браун, Н. А. Буше и др.; Под общ. ред. А. В. Чичинадзе: Учебник для

технических вузов. – 2- изд., переработ. и доп. – М.: Машиностроение,

2001.

2. Гаркунов Д. Н. Триботехника (износ и безызносность): Учебник. – 4-е

изд., переработ. и доп. – М.: «Издательство МСХА», 2001.

3. Трибология: Исследования и приложения: опыт США и стран СНГ/ Под ред.

А. В. Белого, К. Лудемы, Н. К. Мышкина. – М.:Машиностроение; Нью-Йорк:

Аллертон Пресс, 1993.

4. Силин А. А. Трение и его роль в развитии техники. – М.: Наука, 1983.

5. Голего Н. Л., Будя А. П., Коценко А.В., Натансон М. Э. Особенности

построения и реализации банка данных по трибологии// Проблемы трения и

изнашивания. – 1989, вып. 36.

6. Сорокин Г. М. Проблемы технического обновления различных отраслей

машиностроения// Трение и износ. – 2001, том 22, № 3.

7. Захаров С. М. Задачи компьютерной трибологии// Трение и износ. – 2002,

том 23, № 3.

Страницы: 1, 2, 3