Патент на изобретение №2199609

(54) СПОСОБ БЕЗРАЗБОРНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПАР ТРЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способам обработки поверхностей узлов трения и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и на транспорте при ремонте и профилактике механического износа различного оборудования. Задачей изобретения является усовершенствование состава ремонтно-восстановительной смеси для того, чтобы добиться снижения эксплуатационных расходов и расширения технологических возможностей при обработке различных деталей и узлов трения. Данный способ включает способ безразборного восстановления эксплуатационных параметров пар трения, включающий предварительную подготовку ремонтно-восстановительного состава, содержащего базовое масло и порошок, содержащий аморфную двуокись кремния, катализатор, подачу ремонтно-восстановительного состава в зону трения и формирование на поверхности трения покрытия в режиме штатной работы механизма, причем используют порошок, полученный химическим путем из промышленно производимых реактивов, дополнительно содержащий магниевые силикаты, ферросиликаты и алюмосиликаты при следующих соотношениях компонентов, мас.%: аморфная двуокись кремния 20-70; магниевые силикаты 10-50; ферросиликаты 5-25; алюмосиликаты 2-15; катализатор остальное. Количество катализатора составляет от 0,01%. В качестве катализатора используют промышленно производимые видоизменения углерода или смесь промышленно производимых видоизменений углерода: графита и черного углерода. Дисперсность порошка для ремонтно-восстановительного состава имеет значение до 40 мкм. Порошок составляет до 30 мас.% ремонтно-восстановительного состава, базовое масло – остальное. Техническим результатом данного изобретения является снижение эксплуатационных расходов и расширение технологических возможностей при обработке различных деталей и узлов трения. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способам обработки поверхностей узлов трения и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и на транспорте при ремонте и профилактике механического износа различного оборудования.

Проблемы трения и износа оборудования решаются, как правило, путем применения различного рода смазок, а также путем усовершенствования способов обработки поверхностей узлов трения.

Известна среда для комплексного насыщения поверхности металлов (см. патент 2133298, МКИ 6 С 23 С 8/00, 10/00, 12/02, опубл. БИ 20 от 20.07.99, РФ), содержащая активные компоненты и инертную составляющую, в качестве которой применяют углеграфитовые материалы при следующем соотношении компонентов, об. %:
Активные компоненты – 30 – 45
Углеграфитовые материалы – Остальное
В качестве активных компонентов среда содержит бор и алюминий, взятые в соотношении 1: 2, либо кремний и ферротитан, взятые в соотношении 1: 4.

Недостатком известного технического решения является ограниченная область применения и недостаточная эффективность обработки.

Известна твердосмазочная композиция для металлических узлов трения (см. патент 2127299, MKИ 6 С 10 М 125/10, опубл. БИ 7 10.03.99, РФ), состоящая из связующего и абразивоподобного компонента на основе природного гидросиликата магния. Абразивоподобный компонент дополнительно содержит оксиды металлов, имеющие меньшее сродство к кислороду, чем железо, а также магнитный твердый раствор этих оксидов со структурой шпинели и/или граната при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Природный гидросиликат магния – 65 – 95
Оксиды металлов с меньшим сродством к кислороду, относительно железа (в равных количествах) – 0,5 – 10
Твердый раствор этих оксидов со структурой шпинели и/или граната – 4,5 – 25
В качестве оксидов металлов с меньшим сродством к кислороду, чем железо используются оксиды марганца, цинка, кобальта, алюминия, кадмия, германия. В известной композиции в качестве магнитных твердых растворов оксидов используются шпинели, отвечающие формуле
Mn^1-xMe^xFe₂О₄,
где Me – Zn²⁺, Co²⁺, Al³⁺, Cd²⁺, Ge^{4 +}, при х – 0,01 – 0,6.

Используемые в известной композиции твердые растворы оксидов представлены синтезированными гранатами следующего состава
Y³Fe^5-xMe^xO₁₂,
где Me – Со²⁺, Аl³⁺, Gе⁴⁺, Мn³⁺, при х – 0,01 – 1,5. Недостатком известной композиции является то, что при ее использовании не происходит восстановления эксплуатационных параметров трущихся поверхностей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является способ безразборного восстановления трущихся соединений (см. патент 24442, МКИ 6, С 23 С 26/00, С 10 М 125/40, Украина). Способ осуществляется путем подачи в зону трения технологической среды, содержащей ремонтно-восстановительный состав, и формирования покрытия при эксплуатационной нагрузке. Перед подачей в зону трения предварительно подготовленный ремонтно-восстановительный состав смешивают с базовым маслом. Готовится ремонтно-восстановительный состав на основе порошка из природных минералов или смеси природных минералов, содержащих аморфную двуокись кремния, и катализаторов на основе шунгита и редкоземельных материалов. Содержание аморфной двуокиси кремния в природном минерале должно составлять 40-55 мас.%. Дисперсность порошка должна быть не более 10-30 мкм. Количество катализатора составляет 0,02-2 мас.% от веса порошка ремонтно-восстановительного состава. Ремонтно-восстановительный состав составляет 0,15-20 мас. %, остальное – базовое масло. Основной недостаток известного способа заключается в том, что из-за применения в ремонтно-восстановительном составе природного минерала или смеси на основе природных минералов, обладающих нестабильными параметрами, невозможно сделать процесс подготовки ремонтно-восстановительного состава полностью управляемым и контролируемым. Сложно добиться соответствия состава ремонтно-восстановительной смеси решению конкретной задачи по восстановлению основных эксплуатационных параметров различных пар трения.

В основу изобретения способа безразборного восстановления эксплуатационных параметров пар трения поставлена задача путем усовершенствования состава ремонтно-восстановительной смеси добиться снижения эксплуатационных расходов и расширения технологических возможностей при обработке различных деталей и узлов трения.

Поставленная задача достигается тем, что в способе безразборного восстановления эксплуатационных параметров пар трения, включающем предварительную подготовку ремонтно-восстановительного состава путем смешивания с базовым маслом порошка из природных минералов и катализаторов, подачу ремонтно-восстановительного состава в зону трения, формирование на поверхности трения в местах максимальных напряжений и интенсивного износа металлокерамического покрытия в режиме штатной работы механизма, порошок из природных минералов заменяется порошком, полученным искусственным путем из промышленно производимых химических реактивов. Основу порошка составляет аморфная двуокись кремния в сочетании с магниевыми силикатами, ферросиликатами и алюмосиликатами при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Аморфная двуокись кремния – 20-70
Магниевые силикаты – 10-50
Ферросиликаты – 5-25
Алюмосиликаты – 1-15
Катализатор – Остальное
Катализатор на основе природного минерала шунгита заменяется промышленно производимыми видоизменениями углерода или смесью промышленно производимых видоизменений углерода: графита и черного углерода. Количество катализатора выбирают от 0,01%.

Дисперсность порошка для ремонтно-восстановительного состава допускается до 40 мкм. Ремонтно-восстановительный состав содержит до 30 мас.% технологического сырья, базовое масло – остальное.

Получение аморфной двуокиси кремния путем химического синтеза позволяет создать любую необходимую концентрацию аморфной двуокиси кремния в зависимости от типа пары трения и характера задачи по ее восстановлению.

Использование в качестве катализатора промышленно производимых видоизменений углерода или смеси промышленно производимых видоизменений углерода: графита и черного углерода – активированного угля способствует образованию кристаллической структуры, стойкой к износу.

Комбинация аморфной двуокиси кремния с магниевыми силикатами, ферросиликатами, алюмосиликатами и катализатором в определенных соотношениях обладает свойством образовывать на поверхности пар трения металлокерамическое покрытие в режиме штатной эксплуатации. Оно обладает высокой адгезией, имеет монокристаллическую структуру, способно частично восстанавливать первоначальную геометрию пар трения в местах максимальных механических напряжений и интенсивного износа, оптимизировать величины технологических зазоров, образовывать “зеркала скольжения”, обеспечивающие аномально низкий коэффициент трения.

Возможность подбора состава ремонтно-восстановительной смеси делает процесс обработки полностью контролируемым и управляемым, а результат более прогнозируемым.

Примеры реализации способа
ПРИМЕР 1.

Для восстановления величины компрессии в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания автомобиля “Ford Sierra” 1983 г, выпуска с объемом двигателя 1600 см³ использовали технологическую среду, содержащую 3 г металлокерамического порошка на 80 мл базового масла. До обработки на станции ТО производили замеры величины компрессии в цилиндрах двигателя. Замеры производились персоналом ТО с использованием штатного комрессометра с ценой деления 0,5 кг/см². Величины компрессии составляли соответственно по цилиндрам (кг/см²):
I-й – 8,5; II-й – 9,5; III – 9,0; IV – 9,5.

Визуально отмечали закопченность свечных контактов и повышенную дымность при работе двигателя. Проанализировав степень изношенности, подобрали ремонтно-восстановительная смесь следующего состава: аморфная двуокись кремния 35%; магниевые силикаты 40%, ферросиликаты 20%; алюмосиликаты 4%; катализатор на основе графита 1%, Размерность зернового состава порошка не более 40 мкм. Обработку цилиндро-поршневой группы осуществляли путем введения в свечные отверстия каждого цилиндра по 10 мл хорошо размешанной взвеси металлокерамического порошка в базовом масле. Затем, приподняв домкратом одно из ведущих колес, тщательно распределяли смесь по цилиндрам, прокрутив колесо вручную на прямой передаче около 100 оборотов. Далее стартером, кратковременными пусками: 5 пусков по 1-2 с и 5 пусков по 3-4 с. После этого запускали двигатель на холостых оборотах при 600 – 700 об/мин на 30 мин. Далее автомобиль проехал 25 км при оборотах не выше 2500 об/мин. После этого произвели повторную обработку по вышеприведенной схеме, затем эксплуатировали в обычном режиме.

Визуально отметили, что контакты свечей очистились и приобрели светло-коричневый цвет, дымность существенно снизилась. После пробега 300 км производили повторный замер величины компрессии на той же станции ТО и прежним компрессометром. Величины компрессии после обработки составили соответственно по цилиндрам (кг/см²);
I-й – 11,0; II-й – 11,0; III – 11,0; IV – 11,0.

Визуально отмечали, что свечные контакты чистые, без копоти, дымность в норме. Кроме того, заметно возросла мощность, снизился шум и вибрация двигателя. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в результате триботехнической обработки цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания, проведенной без разборки и замены колец, восстановились технологические зазоры в цилиндрах, поднялись до номинала и выравнились по цилиндрам величины компрессии, повысилась мощность и продлился моторесурс двигателя.

ПРИМЕР 2.

Проводили триботехническую обработку шарикового радиально-опорного подшипника, который тщательно промывали керосином, высушивали и замеряли выбег (время до полной остановки при фиксированном раскручивающем моменте). По результатам замеров усредненная величина выбега составляла 5,4 с. Сепаратор подшипника заполняли технологической средой, состоящей из 95% консистентной смазки литол и 5% металлокерамического порошка. Оценив степень изношенности, подобрали смесь, содержащую аморфную двуокись кремния 40%; магниевые силикаты 35%, ферросиликаты 15%; алюмосиликаты 5%; катализатор на основе смеси графита и черного углерода 5%. Обработку подшипника производили на токарном станке. После обработки подшипник промыли и высушили. Произведя замеры величины выбега, установили, что усредненная величина выбега по результатам 10 замеров составила 26,5 с. Увеличение величины выбега в 5 раз свидетельствует о существенном улучшении трибологических (антифрикционных) характеристик подшипника и снижении энергетических потерь на преодоление силы трения.

Приведенные примеры свидетельствуют о том, что в результате использования предлагаемого технического решения обеспечивается восстановление основных эксплуатационных параметров пар трения при одновременном улучшении антифрикционных показателей и снижении энергетических потерь.

Преимущества предложенного способа заключаются в том, что состав порошка, получаемого искусственным путем, можно изменять и подбирать для каждой конкретной задачи по восстановлению основных эксплуатационных параметров различных пар трения. Себестоимость порошка, приготовленного искусственным путем, ниже себестоимости порошка из природных материалов.

Формула изобретения

1. Способ безразборного восстановления эксплуатационных параметров пар трения, включающий предварительную подготовку ремонтно-восстановительного состава, содержащего базовое масло и порошок, содержащий аморфную двуокись кремния, катализатор, подачу ремонтно-восстановительного состава в зону трения и формирование на поверхности трения покрытия в режиме штатной работы механизма, отличающийся тем, что используют порошок, полученный химическим путем из промышленно производимых реактивов, дополнительно содержащий магниевые силикаты, ферросиликаты и алюмосиликаты при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Аморфная двуокись кремния – 20-70
Магниевые силикаты – 10-50
Ферросиликаты – 5-25
Алюмосиликаты – 2-15
Катализатор – Остальное
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество катализатора составляет от 0,01%.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют промышленно производимые видоизменения углерода или смесь промышленно производимых видоизменений углерода: графита и черного углерода.

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что используют порошок для ремонтно-восстановительного состава с дисперсностью не более 40 мкм.

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что порошок составляет до 30 мас. % ремонтно-восстановительного состава, базовое масло – остальное.

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 30.06.2008

Извещение опубликовано: 27.06.2010 БИ: 18/2010