РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИФРИКЦИОННЫХ И ПРОТИВОИЗНОСНЫХ ДИСКОТИЧЕСКИХ МЕЗОГЕННЫХ ПРИСАДОК ДЛЯ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ

Полный текст

Одной из актуальных проблем при использовании технических средств в современном сельскохозяйственном производстве является обеспечение длительного ресурса машин и оборудования при минимальных затратах средств на мероприятия технической эксплуатации. Обеспечить высокую надежность машин можно за счет применения износостойких материалов пар трения. Кроме этого, более экономичным путем решения данной проблемы является применение в узлах трения машин и оборудования эффективных смазочных материалов, позволяющих обеспечивать в паре трения при различных нагрузочно-скоростных факторах надежное разделение поверхностей трения. Для повышения трибологических характеристик смазочных материалов в настоящее время широко используют различные присадки. Известно, что одними из эффективных присадок, позволяющих улучшать ряд характеристик жидких и пластичных смазок, являются жидкокристаллические соединения [1-7]. Цель исследования - улучшение трибологических показателей серийных пластичных литиевых смазок, используемых в узлах трения сельскохозяйственных машин. Задача исследований - изучить влияние на трибологические характеристики пластичных литиевых смазок (литол-24) введения присадок из класса жидких кристаллов в различном процентном соотношении. Материалы и методы исследований. В качестве присадок использовались синтезированные одним из авторов жидкокристаллические дискотические мезогенные соединения - валерат и ундецилат меди (рис. 1). Рис. 1. Строение карбоксилатов меди (I) Ранее в работах [1, 2] было показано, что длинноцепочечные карбоксилаты меди (КМ) формируют мезофазу, характерную для дискотических мезогенов, с колончатой гексагональной (Colh) упаковкой. При переходе в мезоморфное состояние данные соединения, собранные в гексагональные домены, ориентируются относительно поверхности трения, имея при этом пониженную прочность при сдвиговой деформации, что позволяет снижать триботехнические характеристики трущихся узлов, особенно в тяжелонагруженных парах трения. Карбоксилаты меди, которые использовались при исследовании, были получены методом сплавления (ЛМ 609-404510-89), а также методом механоактивационного синтеза в измельчителе ударно-отражательного типа [2]. Выбор мезогенных карбоксилатов меди для трибологических исследований из серии КМ, синтезированных и описанных авторами ранее, осуществлялся, исходя из наименьших размеров молекул данной серии соединений (табл. 1) [2]. Геометрические характеристики карбоксилатов меди были определены из их моделей, построенных и оптимизированных c использованием программы HyperChem, ММ+. Таблица 1 Геометрические характеристики карбоксилатов меди Тип соединения Длина молекулы, Å Толщина молекулы, Å Ширина молекулы, Å Валерат меди 12,80 3,29 11,15 Ундецилат меди 26,78 4,16 19,93 Такой выбор обоснован тем, что при меньших размерах большее число молекул соединения будет участвовать в процессе трения. Как представляется авторами, при трении слои смазочного материала взаимно перемещаясь, разделяют поверхности трения. Результатом такого перемещения является разрушение связей между слоями. Скорость дальнейшего восстановления таких связей зависит от степени блокировки дисперсных частиц смазки частицами присадок. При увеличении количества молекул присадки в пластичной смазке степень блокировки увеличивается. Это способствует увеличению подвижности молекул, а, соответственно, облегчению непрерывного обновления адсорбированной на поверхности смазочной пленки. Валерат и ундецилат меди добавлялись в различной концентрации в пластичную смазку литол-24, и затем выполнялась серия трибологических испытаний в различных условиях нагружения. Исследования проводились на машине трения 2070 СМТ-1, по схеме «вращающийся диск-неподвижный шар». Условия эксперимента: частота вращения диска - 500 мин-1, диаметр диска - 40 мм, материал пары трения - диск - сталь 45 с твердостью 60 HRC, шар - сталь ШХ-15. Нагружение на образцы ступенчатое от 200 до 400 Н. Пробег при каждой нагрузке составлял 1 км. Перед приложением нагрузки на диск однократно наносился смазочный материал, что определяло граничный режим смазки. Для оценки противоизносных свойств изучаемых присадок замерялось пятно износа на шаре с помощью микроскопа МПБ-2. Результаты исследований. Исследования, выполненные ранее авторами [2, 3], показывают, что при введении карбоксилатов меди в пластичные смазки на основе кальциевых мыл износ неподвижного образца при различных нагрузках с увеличением длины углеводородной цепи имеет тенденцию к снижению. При этом было обнаружено, что смесь ундецилата меди с cинтетическим солидолом обнаруживает мезоморфизм уже при комнатной температуре, что позволяет добиться в процессе трения существенного улучшения трибологических показателей [2]. Интересно было проследить влияние на триботехнические показатели добавления присадок такого типа в пластичную смазку литол-24, которая широко применяется в сельскохозяйственной технике. Опыты по исследованию трибологических характеристик серийной пластичной смазки литол-24 без присадок и с добавлением 20% масс. валерата и ундецилата меди (рис. 2, 3), тоже показали общую тенденцию улучшения триботехнических показателей смазки. Так, введение мезогенных присадок КМ-I приводит к снижению коэффициента трения в 1,5-3,45 раза (в исследованном диапазоне нагрузок) (рис. 2), что в целом позволяет уменьшать потери на трение в трибосопряжениях, а, соответственно, и потери энергии на холостой привод механизмов сельскохозяйственной техники. Следует считать такие присадки перспективными для использования в пластичных смазках различной природы. Рис. 2. Зависимость коэффициента трения от величины нагрузки при использовании пластичной смазки Литол-24 без добавки и с добавкой присадок жидкокристаллической природы КМ-I Также было обнаружено, что введение как валерата, так и ундецилата меди приводит к снижению износа в 1,4-4,8 раза в зависимости от величины нагрузки на образец (рис. 3). Максимальное снижение износа наблюдается при высоких нагрузках на образец, что во многом определяется температурным фактором и более быстрым достижением температуры перехода присадки в мезофазу. Износ подвижного образца (ролика) при введении присадок такого типа снижается в среднем в 1,4-2 раза. Следует также отметить, что лучшие противоизносные характеристики достигаются при использовании валерата меди. Рис. 3. Зависимость износа от величины нагрузки в присутствии пластичной смазки Литол-24 без добавки и с добавкой присадок КМ-I Заключение. Улучшение противоизносных характеристик позволяет в дальнейшем увеличить ресурс деталей пар трения сельскохозяйственных машин и оборудования. Обнаружено, что как для валерата, так и для ундецилата меди при добавке их в литол-24 явно наблюдается зависимость от концентрации присадки в диапазоне от 1 до 20 масс. %: чем выше ее концентрация, тем больше снижение коэффициента трения и износа. В будущем интересно будет проследить влияние на трибологические характеристики смесевых композиций присадок КМ при введении их в пластичные смазки.

Об авторах

Владимир Викторович Терентьев

ФГБОУ ВПО Ивановская ГСХА им. академика Д. К. Беляева

Email: vladim-terent@yandex.ru
канд. техн. наук, доцент кафедры «Технический сервис» 153012, г.Иваново, ул. Советская, 45

Ольга Борисовна Акопова

ФГБОУ ВПО Ивановский ГУ

Email: akopov@dsn.ru
д-р хим. наук, ст. науч. сотрудник НИИ наноматериалов 153025, Иваново, ул. Ермака 39

Алексей Михайлович Баусов

ФГБОУ ВПО Ивановская ГСХА им. академика Д. К. Беляева

Email: rektorat@ivgsha.ru
д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Технический сервис» 153012, г.Иваново, ул. Советская, 45

Алексей Иванович Герасимов

ФГБОУ ВПО Ивановская ГСХА им. академика Д. К. Беляева

Email: rektorat@ivgsha.ru
канд. техн. наук, доцент кафедры «Тракторы и сельскохозяйственные машины» 153012, г. Иваново, ул. Советская, 45

Игорь Михайлович Телегин

ФГБОУ ВПО Ивановская ГСХА им. академика Д. К. Беляева

Email: rektorat@ivgsha.ru
аспирант кафедры «Технический сервис» 153012, г. Иваново, ул. Советская, 45

Список литературы

Дополнительные файлы