Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В 2022 году в рамках проекта были выполнены следующие работы: 1. Обоснованы и разработаны реологические модели полимолекулярного адсорбционного слоя смазывающей жидкости на поверхности твердого тела, отражающие влияние на параметры слоя температуры, контактного давления и напряжений сдвига. 2. Обоснован выбор перспективных для исследований нетоксичных биоразлагаемых противоизносных компонентов, не содержащих серу, фосфор, хлор и токсичные металлы. 3. Синтезированы варианты перспективных противоизносных компонентов для растительных базовых масел. 4. Выполнены трибологические испытания вариантов нетоксичных биоразлагаемых противоизносных присадок с различной структурой полярной группы и различными параметрами углеводородных радикалов. 5. Выбран наиболее перспективный вариант противоизносного компонента для введения в растительные масла; проведены сравнительные трибологические испытания противоизносного компонента при введении в растительное и углеводородное базовые масла; выполнено сравнение влияния ПАВ на параметры адсорбции жидкостей с различной полярностью молекул. 6. Разработан метода гидродинамического расчета радиального подшипника скольжения, с использованием реологических моделей граничного слоя, включающих зависимости от температуры, скорости скольжения и контактного давления. 7. Выполнены гидродинамические расчеты модели радиального подшипника скольжения, с использованием реологических моделей граничного слоя, включающих зависимости от температуры, скорости скольжения и контактного давления. Получены следующие научные результаты: 1. Предложены две модели граничного слоя, описывающие реологическое поведение смазывающей жидкости в результате адсорбции на поверхности твердого тела и включающие зависимости параметров слоя от температуры, контактного давления и скорости смещения поверхностей. 2. На основе современных представлений о механизме противоизносного действия смазочных материалов и предлагаемых моделей граничного адсорбционного смазочного слоя предложена методика расчёта радиальных гидродинамических подшипников скольжения с учётом физико-химического взаимодействия смазочных материалов с поверхностями трения, включающая наиболее часто встречающиеся в машинах режимы смазки (гидродинамический, смешанный и граничный), допускающая корректное включение реологических параметров граничного слоя. Методика предполагает совместное решение гидродинамической и контактной задач в подшипнике скольжение хорошо апробированными методами, в том числе расчёт усталостной долговечности вкладышей и интенсивности абразивного изнашивания. Рассмотрена также возможность применения степенной зависимости для описания явление разрушения адсорбционного слоя под действием сдвига и путём параметрических исследований при решении тестовых задач обоснованы входящие в неё параметры, в частности, степень устойчивости адсорбционных слоёв к сдвигу (принимает значение от 0,5 до 0,99). Применение разработанной методики позволяет на ранней стадии проектирования машин с подшипниками скольжения обосновывать выбор смазочных материалов, класс шероховатости и материал поверхностей трения, геометрических параметров подшипников скольжения с учётом их влияния на ресурс. Это значительно повышает достоверность моделирования и вносит существенный вклад в развитие методов оценки показателей долговечности (ресурса) и безотказности подшипников скольжения. Также разработан алгоритм оценки предотказного состояния сложнонагруженных подшипников скольжения с учётом изменения геометрии поверхностей шейки вала и вкладышей. Алгоритм предусматривает решение гидродинамической задачи сложнонагруженного подшипника скольжения на заданных режимах работы, определение зон контактного взаимодействия и величин износа шейки вала и вкладышей (по угловой координате подшипника) в течении заданного шага износа, последующую корректировку геометрии шейки вала и вкладышей. Таким образом вычисляется кривая износа сложнонагруженного подшипника. В рамках разработки методики доработан многосеточный алгоритм интегрирования уравнения Рейнольдса для гидродинамических давлений в смазочной пленке тяжелонагруженного подшипника скольжения. Это уравнение является основным при решении задач проектирования узлов трения поршневых и роторных машин. Учитывались источники смазки различной конфигурации в виде канавок и отверстий, расположенных на поверхностях трения. Разработанный авторами вариант многосеточного алгоритма основан на работе Брандта. На каждом уровне сеток контролируется не только сходимость решения, но и скорость сходимости. Уравнение давления аппроксимировалось конечными разностями методом контрольных объемов и переходило в систему алгебраических уравнений, которая решалась методом Зейделя. В качестве оператора интерполяции использовались формулы Бесселя. Функция учета неньютоновских свойств смазки основана на степенном законе. Сравнение разработанного алгоритма с другими версиями показало высокую эффективность. Использование многосеточных алгоритмов позволяет выполнять многовариантные расчеты динамики тяжелонагруженных подшипников. В результате расчетов представлены характеристики шатунного подшипника теплового двигателя, а также многослойного подшипника турбокомпрессора. 3. Получен лабораторный образец нетоксичного противоизносного компонента (гексадециламид), эффективного при введении в растительные масла.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Выполнен анализ влияния температуры, контактного давления и напряжения сдвига на параметры полимолекулярного адсорбционного слоя, описываемого базовой моделью. Анализ выполнен применительно к условиям работы наиболее распространенных гидродинамических узлов трения – опорных и опорно-упорных подшипников жидкостного трения (ПЖТ). Получено, что влияние температуры в интервалах рабочих температур ПЖТ может быть учтено путем введения обычных закономерностей зависимости вязкости от температуры, установленных для базового масла. Такое предположение оправданно вследствие отсутствия смещения равновесия адсорбции и десорбции противоизносных присадок при штатных эксплуатационных температурах, что следует из проявления противоизносного и антифрикционного действия при этих температурах. Анализ возможного влияния контактного давления на параметры слоя показал, что в типичном эксплуатационном интервале максимальных контактных давлений ПЖТ, составляющем 5…50 МПа, повышение текущих значений вязкости, рассчитанное по формуле Баруса, крайне слабо влияет на распределение скоростей смещения по толщине слоя и на конечные значения расчетных трибологических параметров. В ходе выполнения анализа учтены два обстоятельства. Первое: описание параметров путем введения градиента значения динамической вязкости не отражает возможность фазовых переходов в адсорбированном слое смазочного материала. Второе: при экстремально высоких контактных напряжениях, возникающих при контактном взаимодействии поверхностей по вершинах шероховатостей, повышение вязкости может быть существенным. Оба этих фактора важны для построения моделей контактного взаимодействия, разработка которых выходит за рамки данной работы. Преобладающим фактором, влияющим на параметры разделяющего слоя смазки в ПЖТ, является напряжение сдвига. Разработаны три предварительные модели, включающие различные виды указанной зависимости (прил. 1) и приводящие к модели жесткого срезаемого слоя (ЖСС). Выполнены сравнительные противоизносные испытания ряда перспективных компонентов. Из них - три эфира гексадецилового спирта с карбоновыми кислотами: двухосновной малеиновой, трехосновной лимонной и четырехосновной этилендиаминтетрауксусной (ЭДТА). Моноэфир малеиновой кислоты предложен впервые. Получено, что введение достаточно эффективной противоизносной присадки в растительное масло не влияет на параметры жидкостного режима трения вплоть до достижения минимума на диаграмме Герси (зависимость коэффициента трения от величины, обратной контактному давлению) для базового масла. Эффект от введения присадки заключается в реализации жидкостного режима при значительно больших контактных давлениях, чем при смазке базовым маслом. Обращает на себя внимание относительно постоянное значение коэффициента трения в диапазоне контактных давлений, в котором, в случае базового масла, наблюдается возрастание коэффициента трения, характерное для режима граничного трения. Полученный результат не соответствует реологической модели разделяющего слоя, разработанной для смазочных масел на углеводородной основе. На основании результатов трибологических испытаний наиболее перспективным противоизносным компонентом для применения в смазочных маслах на основе растительных триглицеридов, являются моногексадециловый и монооктадециловый эфиры малеиновой кислоты (МЭМК). Выполнены сравнительные трибологические испытания углеводородного и растительного базовых масел, содержащих МЭМК. Для данных типов масел выявлено существенное различие влияния противоизносной присадки на параметры гидродинамического режима и сходное влияние присадки на граничный режим трения. Основные результаты работы опубликованы. На основании результатов трибологических испытаний определено отличие параметров полимолекулярного адсорбционного слоя, образуемого растительными триглицеридами в присутствии противоизносной присадки от параметров аналогичного слоя, образуемого углеводородными маслами. Разработан метод гидродинамических расчетов, позволяющий реализовать модели ЖСС применительно к различным базовым маслам. Выполнены гидродинамические расчеты нестационарно нагруженного радиального подшипника скольжения с учетом тепло- и массопереноса. Выполнено экспериментальное построение зависимости коэффициента трения от контактного давления в модели ПЖТ, позволяющей включить параметры модельного узла в гидродинамические расчеты. Выполнены расчеты по разработанному методу; результаты сопоставлены с экспериментальными данными. Результаты опубликованы. Получено совпадение расчетных и экспериментальных результатов при использовании модели ЖСС. Разработан метод расчета режима граничной смазки, представляющий модификацию метода Гринвуда-Триппа с включением параметров адсорбционного слоя. Синтезирован ряд полных и неполных эфиров технически доступных двух- и трехосновных органических кислот: адипиновой, малеиновой, янтарной, винной, щавелевой, лимонной. Выполнены измерения растворимости и сравнительные трибологические испытания синтезированных веществ при введении в растительное масло. Получено, что оптимальное соотношение растворимости и противоизносной эффективности достигается для моноэфиров малеиновой кислоты с гексадециловым и октадециловым спиртами. Выполнен анализ полученных результатов. Сделаны выводы о наиболее перспективных направлениях разработки противоизносных присадок для биоразлагаемых смазочных масел, особенностях проявления противоизносного действия присадок в растительных маслах и, следующих из этого, технически целесообразных областях применения смазочных масел на растительной основе, опубликованы.