ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ТРЕНИЕ И ИЗНАШИВАНИЕ

Триботехнические испытания каждого узла трения включают широкий спектр исследований, различающихся этапом жизненного цикла изделия. На начальном этапе проектирования узла трения актуальным является вопрос о выборе оптимальных конструкционных и смазочных материалов[1]. Эта проблема решается проведением серии лабораторных триботехнических испытаний с использованием доступных на рынке машин трения (см. приложение 1) и, по большей части, стандартизованных методик (см. приложение 2). Лабораторные испытания заключаются в последовательном экспериментальном изучении антифрикционных, антизадирных и противоизносных свойств ряда, предварительно отобранных по каким-либо критериям, трибоматериалов (либо одного материала, подвергнутого различным технологиям ресурсоповышающей обработки). Выбор машины трения при этом основан на идентичности вида трения (качение, скольжение, при предварительном смещении и т.п.) и схемы трения (кольцо-кольцо, палец-диск, шар-диск, диск-колодка и т.п.), а также (по возможности) условий нагружения, нагрева и др. факторов. Характерные особенности лабораторных испытаний, такие как: малая длительность, не превышающая нескольких часов; упрощенная форма и уменьшенные габариты испытываемых образцов материалов (шарик, ролик, пластина и т.п.) служат для максимального снижения стоимости исследований. В результате, удается не только достаточно быстро оценить работоспособность исследованных материалов в различных условиях трения, но также отобрать из них наиболее перспективные, показавшие наилучшие результаты, что и является целью лабораторных испытаний.

Следующими по степени сложности являются стендовые испытания. Для их проведения изготавливаются специализированные достаточно сложные и дорогие стенды, проектируемые под испытания готовых деталей (упорных шайб, колец синхронизаторов, зубчатых колес и т.п.) конкретных пар трения[2]. Таким образом, в качестве объектов испытаний берутся уже не упрощенные модели, а натурные образцы деталей. Условия испытаний максимально приближают к эксплуатационным (включая даже такие нюансы, как теплоотвод, динамичность нагружения и т.д.), а длительность испытаний делают идентичной или соизмеримой с техническим ресурсом проектируемой пары трения (до нескольких дней). Следовательно, стендовые испытания являются более точными (хотя и не исчерпывающими) в плане оценки надежности деталей пар трения, но и существенно более дорогими. Главная цель стендовых испытаний – оценка правильности технических решений по выбору трибоматериалов, геометрии детали и технологии ее изготовления. Данный этап испытаний очень важен, так как неудачные макрогеометрия (фаски, галтели, выпуклость, вогнутость и т.п.) и микрогеометрия (волнистость, шероховатость) деталей пар трения способны привести к быстрому выходу узла трения из строя, даже при использовании высококачественных материалов.

Наиболее точными в заводских условиях являются натурные испытания узлов трения. В качестве объекта испытания берется опытный образец готового узла трения (собранный подшипник, редуктор, секция бурового долота и т.п.) и проводятся его ресурсные испытания (дни, недели и месяцы) при нормальных или форсированных режимах по заданной программе. Испытуемый узел трения устанавливается либо непосредственно в машину или агрегат, для которой он предназначен, либо в ее имитатор, позволяющий воспроизводить все условия эксплуатации. Для натурных испытаний предприятие должно быть оборудовано полигонами, участками для доводки, имитаторами, симуляторами, аэродинамической трубой и т.п. Таким образом, при натурных испытаниях узел трения работает так же, как и при эксплуатации. Это позволяет получить достоверные данные о триботехнических и других характеристиках узла трения, необходимые, в том числе, для его доводки. Недостаток натурных испытаний – более высокая стоимость по сравнению со стендовыми и, тем более, лабораторными испытаниями.

Несмотря на все попытки адекватно смоделировать условия эксплуатации узлов трения в ходе предыдущих испытаний все равно остаются неучтенными такие важные факторы, как «человеческий фактор», влияющий на «культуру» транспортировки, хранения и эксплуатации технических систем, поставляемых заводами на рынок, а также климатических особенностей (низкие температуры в арктической зоне, коррозионное воздействие морского климата, песчаные бури в южных регионах, динамические нагрузки при езде по проселочным дорогам в сельской местности и т.п.). Поэтому самую объективную информацию о надежности узлов трения машин можно получить только в ходе эксплуатационных испытаний (т.н. подконтрольная эксплуатация). Объектами наблюдения здесь являются опытные партии технической продукции. Обратная связь может быть организована в форме сбора статистики из ремонтных предприятий. Это самый длительный вид испытаний (до нескольких лет) и исправление ошибок, выявленных на данном этапе, обходятся дороже всего (отзыв бракованных партий).

Далее будут рассматриваться только машины трения для проведения лабораторных испытаний, поскольку они используются в трибологической практике наиболее часто. Лабораторные трибометры по роду выполняемых задач можно разделить на четыре группы: демонстрационные, стандартные, универсальные и специализированные. Рассмотрим их подробнее.