Потери от трения и износа

Каждый день мы становимся свидетелями различных явлений происходящих в природе и одно из них - трение. Трение возникает, когда тела, перемещающиеся относительно друг друга, соприкасаются своими внешними поверхностями (внешнее трение) или когда элементы структуры тела (атомы, молекулы) перемещаются относительно друг друга (внутреннее трение). В настоящее время, когда повышаются нагрузки и скорости в механизмах и узлах, трудно переоценить роль трения. Это явление преследует нас повсюду, иногда играя положительную, а иногда отрицательную роль. С трением приходится мириться, а порой устраивать многочисленные мероприятия для преодоления трения. А, как известно из закона сохранения, энергия никуда не исчезает, а переходит из одного вида в другой. Поэтому при внешнем и внутреннем трении всегда происходит преобразование механической энергии в тепловую. Доля такого преобразования при сухом трении может достигать 98 %. Например, 50…55% мощности, вырабатываемой двигателем, расходуется на преодоление трения и разрушение материалов (у отлаженного современного автомобильного двигателя - 20…25% энергии). В процессе эксплуатации эти потери возрастают. Их уровень во многом определяет эффективность в работе, а также материальные и энергетические затраты.

В развитых государствах 2…6% внутреннего национального продукта идет на потери на трение и изнашивание (в США потери составляют 20%).

По данным ООН 30% всей энергии, вырабатываемой в мире, идет на преодоление сил трения, а 20% материалов, изготавливаемых в мире, идет на восстановление машин после изнашивания. Проблема трения приводит к тому, что приходится использовать различные смазки, но её применение должно быть четко обоснованным, так как неграмотное употребление смазки сказывается не только на затратах энергии, но также может негативно влиять на окружающую среду и здоровье человека. Для сравнения, к 1980 году СССР и США выпускали примерно одинаковое количество смазочных материалов, но в США этим количеством обслуживалось машин в десятки раз больше, нежели в СССР.

Поэтому, в настоящее время важными проблемами являются создание композитных материалов, ничем не уступающих металлам, и поиск новых видов топлив и смазочных материалов.

Результаты внедрения новых технологий (современных смазочных материалов):

- снижение потребления энергии за счет уменьшения трения;

- сокращение ручного труда;

- снижение затрат на смазочные материалы;

- снижение затрат на ТО и ремонт;

- исключение потерь, связанных с поломками;

- экономия вложений за счет более интенсивного использования оборудования и большего КПД;

- экономия вложений за счет повышения долговечности машин.

В результате использования новых технологий и материалов, в США на изготовление детали расходуется в два раза меньше энергии, чем в России.

Трибология и триботехника

Трибология – это учение о трении, износе и смазочном действии в машинах и механизмах. Основной задачей трибологии является изучение взаимодействия твердых и жидких тел под воздействием трения и окружающей среды. Трибология изучает природу фрикционного взаимодействия, а также процессы, происходящие в зоне контакте тел.

Триботехника – это наука о практическом прикладном использовании результатов исследований в области трибологии. Работы в области триботехники направлены на совершенствование работы машин в условиях эксплуатации, сокращение затрат энергии на работу машин, сокращение вредных выбросов в окружающую среду, а также использование современных материалов и технологий для разработки и создания машин и оборудования.

До тех пор пока машины были нефорсированы и тихоходны, совершенствование их осуществлялось исключительно с позиции законов классической механики. У форсированных и скоростных машин в зоне трения выделяется большое количество энергии, и образуются высокие концентраторы напряжений, которые приводят к ускорению физических и химических процессов, происходящих в зоне трения, и изменению свойств поверхности трущихся тел, которые зачастую существенно отличаются от исходных свойств материалов. Поэтому результаты трения и изнашивания могут существенно отличатся от рассчитанных по законам классической механики. Здесь используется учение о механике фрикционного взаимодействия твердых тел, разработанное П.А.Ребиндером.