Жесткая эксплуатация машин и механизмов негативно сказывается на их работоспособности. В этом вопросе пожарная техника не является исключением. Высокие нагрузочные и скоростные характеристики приводит к резкому снижению надежности и долговечности узлов и агрегатов пожарной техники. С целью поддержания исправного состояния техники в МЧС России предусмотрена планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта. Большой ряд мероприятий этой системы направлен на продление срока службы как узлов пожарной техники так и всей машины в целом. Мероприятия разделены на группы которые входят в номерные виды технического обслуживания (ТО). Каждое последующее ТО имеет в своем перечне операции отличные от операций предыдущих ТО. Однако у всех видов обслуживания есть общие операции связанные с контролем уровня и количества смазочных материалов, а также их своевременной заменой, в узлах и агрегатах. Это говорит о важности смазочных материалов в узлах трения пожарной техники. Основное значение этих материалов и композиций – предупреждение разогрева трущихся деталей, снижение износа, продление долговечности деталей техники, создание особого граничного слоя в зоне трения.

 Из большого количества смазочных материалов применяемых в машиностроении можно выделить перспективное направление в исследовании смазочных материалов. Им является поиск новых жидкостей и масел позволяющих улучшить антифрикционные и противоизностные характеристики применяемых смазочных материалов. В этом направлении преимущество перед другими наполнителями имеют добавки твердого характера, позволяющие расширить качество смазок и композиций, а также область их применения при различных условиях службы (температура, нагрузка, скорость) [1, 3].

 В настоящей работе поставлена цель повышения надежности и увеличения долговечности работы узлов и агрегатов трансмиссий пожарной техники, а именно:

 - Разработать наполнитель к трансмиссионным маслам улучшающий их триботехнические характеристики;

 - Рассчитать оптимальную концентрацию разработанного наполнителя к трансмиссионным маслам;

 - Провести лабораторные триботехнические исследования разработанного наполнителя при различных условиях трения в различных парах трения.

 Изучение направлений в области разработки наполнителей к маслам позволяет в особый ряд выделить применение природного тонкоизмельченного серпентина в количестве 2…40 мас. %. Этот наполнитель позволяет улучшить износостойкость трущихся деталей, повысить микротвердость поверхности трения деталей, понизить коэффициент трения. Однако стоит отметить, что применение его в качестве наполнителя имеет ряд трудностей и недостатков. Так например, природный серпентин включает в себя достаточно много примесей отрицательно влияющих на триботехнические показатели. Полностью удалить примеси не представляется возможным. Для подготовки минерала в качестве наполнителя требуется проведение ряда энергозатратных операций, что повышает его себестоимость.

 В данной работе предлагается заменить природный серпентин искусственным. Так, в условиях лаборатории был получен мелкодисперсный аналог природного серпентина. Проведенный анализ размера частиц полученного порошка показал, что более 95% частиц имеют размер менее 40 мкм, что снижает возможность абразивного износа и является значительным преимуществом искусственного наполнителя над природным [5]. Достичь такого результата позволило применение золь-гель технологии при синтезировании серпентина. Технология заключается в гидролизе смешанного этилсиликата ЭТС-32 с раствором соли нитрата магния Mg(NO3)2 • 6H2O и порошком Mg(OH)2 (по расчетным данным для получения 5 граммов искусственного серпентина в лабораторных условиях смешивались 21,8 мл соли магния и 6,78 мл ЭТС – 32). В качестве катализатора гидролиза ЭТС-32 применялся раствор соляной кислоты. В процессе гидролиза ЭТС-32 переходит в однородную суспензию, в которой структура золя при последующем перемешивании постепенно переходила в гель. Смесь тщательно перемешивалась в мешалке и оставлялась на время полного прохождения реакции. Затем полученный материал высушивался и прокаливался, при этом получался ксерогель.

 Изучение влияния разработанного наполнителя на трибологические свойства смазочных материалов проводился по стандартной методике на машине трения СМТ – 1 по схеме диск - колодка (рисунок 1) [2, 4]. В качестве базы для смазочных композиций использовалось свободное от пакета присадок минеральное масло И-20. Смазочный материал подавался в зону трения капельным методом.

 Рисунок 1 Схема пары трения «диск – колодка» а) колодка, б) диск.

 Изменение интенсивности изнашивания определяли методом искусственных баз.

 Результат положительного влияния разработанного наполнителя к смазкам представлен на рисунке 2. Частицы искусственного серпентина, попадая в зону трения под действием давления, разрушаются с выделением тепла. В размягченные слои металла поверхности трения внедряются частицы модификатора, образуя металлокерамический слой. При этом могут протекать реакции с образованием двуокиси кремния SiO2, форстерита MgSiO4 и фаялита Fe2SiO4, твердость которых (6-7 по Моосу) превышает твердость закаленной стали. Образованный модифицированный слой трущихся поверхностей значительно снижает коэффициент трения и интенсивность изнашивания.

 Как показали результаты исследований применение аналога природного серпентина значительно снижает коэффициент трения (в 1,5 … 2 раза) и интенсивность изнашивания (в 4 … 5 раз) в сравнении с базовым маслом и композицией содержащей природный наполнитель.

 Рисунок 2 Зависимость коэффициента трения и интенсивности изнашивания, 10^-9 от давления:

 ▲– для базового масла И – 20 без наполнителей;

 ■ – для масла И – 20 с искусственным серпентином;

 ♦ - для масла И – 20 с природным серпентином

 Проведение экспериментов с различной концентрацией наполнителей к маслу позволило оценить влияние количества серпентина на триботехнические свойства смазочной композиции. Для определения оптимального процентного содержания искусственного серпентина в смазочном материале проведены исследования процесса трения в зависимости от пути трения при постоянной нагрузке (Р = 3 МПа скорость скольжения V = 1м/с) (рисунок 3).

 Анализируя результаты можно сделать заключение что для данного давления в контакте (Р = 3 МПа) разработанный СМ с 10% искусственного серпентина (и.с.) обладает лучшими триботехническими свойствами с более стабильными показателями коэффициента трения и скорости изнашивания стальной пары трения в диапазоне пути трения от 5 до 20 км. Стоит так же отметить, что при такой концентрации времени для приработки пары трения требуется меньше, а в диапазоне пробега 5 – 10 км изменение коэффициента трения и интенсивности изнашивания выходят на линейный уровень.

 Рисунок 3 Изменение коэффициентов трения и интенсивности изнашивания в зависимости от пути трения при разном содержании искусственного серпентина в масле И-20

 Как видно из представленных выше результатов исследований разработанный наполнитель положительно влияет на триботехнические параметры смазочных материалов. Таким образом, предположения о том, что аналог серпентина будет обладать лучшими триботехническими свойствами чем природный минерал подтверждаются. Отсутствие примесей, оптимальный размер частиц все это положительно влияет на процессы трения. На рисунке 4 представлены фотографии порошков природного и искусственного наполнителей по которым наглядно видно, что искусственный серпентин имеет меньше частиц «большого» размера.

 а) б)

 Рисунок 4 Порошки наполнителей:

 а) Порошок природного серпентина (увеличение х 70);

 б) Порошок серпентина полученного по золь-гель технологии (увеличение х 70).

 Положительное влияние разработанного наполнителя на поверхности пар трения видно по фотографиям поверхности трения (рисунок 5, рисунок 6, рисунок 7).

 Рисунок 5 Поверхность металлического вкладыша после трения в масле И-20 без наполнителей

 (увеличение х 500).

 Рисунок 6 Поверхность металлического вкладыша после трения в смазочной композиции, содержащей 10 % наполнителя – природный серпентин (увеличение х 500).

 Рисунок 7 Поверхность металлического вкладыша после трения в смазочной композиции содержащей 10 % наполнителя – искусственный серпентин, полученный по золь-гель технологии (увеличение х 500).

 В процессе синтезирования искусственного серпентина по золь-гель технологии, получился порошок с частицами наноразмеров. Применение в качестве наполнителя такого порошка, положительно влияет, на триботехнические свойства смазочной композиции, снижая коэффициент трения и интенсивности изнашивания. На снижение интенсивности изнашивания значительное влияние оказывает отсутствие микрорезания в зоне трения. Это подтверждают фотографии поверхностей трения. На поверхностях трения стального вкладыша отсутствуют риски и царапины как следствие попадания крупных и твердых частиц. Внедряясь в поверхность трения, наночастицы порошка искусственного серпентина, образуют слой с повышенной микротвердостью. Повышенная микротвердость оказывает непосредственное влияния на снижение интенсивности изнашивания и как следствие, продления срока службы узла трения.

 Таким образом, в результате проведенной работы разработаны и исследованы наполнители к смазочным материалам на основе природного минерала – серпентина и искусственного серпентина. На основании триботехнических исследований установлен оптимальный наполнитель – искусственный серпентин, полученный по золь-гель технологии. Введение в базовое масло И-20 разработанного наполнителя приводит к улучшению его триботехнических свойств: уменьшению коэффициента трения в 18 – 20 раз, по сравнению с трением без наполнителя; снижению интенсивности изнашивания в 4 – 5 раз; повышению микротвердости стальных поверхностей трения в 2 – 3 раза. Металлографические исследования поверхностей трения и измерение их микротвердости подтверждают появление на поверхностях трения слоя с повышенными механическими свойствами, способствующего улучшению триботехнических характеристик пар трения.

 Проведение экспериментов в различных условиях и на различных парах трения показали, что искусственный наполнитель – серпентин может иметь широкую область применения. Таким образом его можно рекомендовать в качестве наполнителя к трансмиссионным маслам пожарных автомобилей с целью снижения коэффициента трения между деталями трансмиссии и уменьшения их износа. Это положительно повлияет на работоспособность всего автомобиля в целом.  

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

 1. Буяновский И.А.и др. Граничная смазка: этапы развития трибологии. – М.: Нефть и газ, 2002. – 230 с.

 2. Гаркунов Д.Н. Триботехника. Износ и безызносность. – М.: МСХА, 2001. – 616 с.

 3. Заславский Ю.С., Артемьева В.П. Новое в трибологии смазочных материалов. – М.: Нефть и газ, 2001. – 480 с.

 4. Матвеевский Р.М. и др. Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний. – М.: Машиностроение, 1989. – 224 с.: ил.

 5. Пат. № 2070220 (РФ) МПК6 C 10 M 169/04. Смазочная композиция / Мельников В.Г., Замятина Н.И., Пятачков А.А.; заявитель и патентообладатель Иван. гос. хим-технол. академия. - №93055671/04; заявл. 14.12.93; опубл. 10.12.96, Бюл. №35.