Основные научные результаты и достижения

Федеральное Агентство
Научных Организаций

Российская Академия Наук

Отделение энергетики, машиностроения
механики и процессов управления

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт машиноведения
им. А.А. Благонравова
Российской академии наук

  • русский
  • english
imash.ru » Научные отделы ИМАШ » Трение, износ, смазка. Трибология » Основные научные результаты и достижения

  Основные  научные результаты

Электроприводной
лопастной насос

Проводятся исследования нестационарных трибологических процессов и разработка технологий получения антифрикционных, износостойких покрытий и материалов для экстремальных условий.
 
Разработаны методы испытаний, проектирования и расчёта на трибологический ресурс и потери энергии. Созданы новые износостойкие материалы, в том числе на основе наносистем. С использованием нанотехнологий получены присадки и добавки к смазочным маслам и покрытиям.
 
Активно развивается научное направление, связанное с обеспечением надёжности погружных центробежных насосов для добычи нефти. С участием сотрудников отдела разработан национальный стандарт ГОСТ Р 56830-2015 (введён в действие с 01.07.2016 г.), который впервые в мировой практике ввёл общие требования для установок электроприводных лопастных насосов, которыми оборудовано более 100000 скважин РФ и добывается более 85 % нефти.
 
Создан материал (оксид алюминия + графен) триботехнического назначения на основе композиционной керамики с наноструктурированной формой углерода (графен, фуллерен), обладающий высокими эксплуатационными свойствами применительно к узлам трения, работающим в космосе и других экстремальных условиях. 
                                                   а                                                     б


«Микроструктура композита в растровом электронном микроскопе,
а – Al2O3 без графена; б – с 2% графена»

 

 

Проведён синтез самосмазывающихся керамических композитов на основе халькогенидов для высокотемпературных узлов трения. Керамический материал может быть антифрикционным в условиях высоких температур, если содержит наполнитель, который при нагреве выделяет пар халькогена. Данная технология открывает возможность длительной работы высокотемпературных авиационных узлов трения без смазки. 
 

 
Стенд для насыщения металлокерамики парами селена и теллура


Разработана технология лазерной наплавки микро- и нано-размерных карбидов вольфрама и тантала в порошках на никелевой и железной основе для повышения ресурса работы узлов трения. Новизна разработки подтверждена двумя патентами РФ на изобретение. Установлено повышение износостойкости наплавленной поверхности при абразивном изнашивании после шлифования до 5 раз.

 

 

Автоматизированный технологический комплекс
для упрочняющих и аддитивных лазерных технологий

 Важным направлением научной деятельности отдела является обеспечение трибологической надёжности исполнительных механизмов и систем жизнедеятельности космических аппаратов. Работа включает создание оригинальных научно-исследовательских стендов для модельных и натурных испытаний, а также испытания узлов трения с пластичными смазочными материалами, твёрдыми покрытиями в воздушной среде и в вакууме 10-5 мбар при отрицательных и повышенных температурах.

а б
а) Стенд для испытаний пластичных смазочных материалов на воздухе
б) Стенд для испытаний пластичных смазочных материалов и покрытий в вакууме

Разработаны высокотемпературные (до 800° С) пары трения на основе композиционных материалов с керамической и полимерной матрицей, применение которых перспективно для повышения надёжности шарниров в органах аэродинамического управления ракетной и авиационной техники, созданы уплотнения подвижного расширяющегося стыка, работоспособные при температурах более 1000° С и в условиях больших перегрузок при маневрировании в атмосфере боевых платформ и гиперзвуковых глайдеров (работа выполнена совместно с АО «Композит» по заданию АО «Корпорания М И Т » ) .


Повышение надёжности космической техники 

Разработан прибор для диагностирования наношероховатости, твёрдости и модуля упругости материала внутренних поверхностей опор скольжения НТЭМ-1.


Прибор НТЭМ-1 для измерения шероховатостей внутренних поверхностей тел

Технические характеристики прибора:

НТЭМ-1 обеспечивает измерение: 
Методом полуконтактной сканирующей зондовой микроскопии в соответствии с Г О С Т 2789-73 шероховатости внутренней поверхности отверстия:
- по параметру Rmax (максимальная высота шероховатости) - в диапазоне от 0,03 до 0,2 мкм;
- по параметру Sm (шаг неровности) - в диапазоне от 0,1 до 1 мкм.
• Твёрдости материала внутренней поверхности методом инструментального индентирования в соответствии с ГОСТ Р 8.748 -2011 в диапазоне значений от 0 ,5 до 50 Г П а.
• Модуля упругости (Юнга) материала внутренней поверхности методом инструментального индентирования в соответствии с ГОСТ Р 8.748 -2011 в диапазоне значений от 50 до 500 ГПа.

 

  • Магнитоуправляемые смазочные материалы (МСМ) с наноразмерной феррофазой и повышенной термостабильностью

  • Разработаны научные основы повышения ориентационной способности поверхности трения в присутствии тонких алмазоподобных покрытий. Построена компьютерная модель граничного смазочного слоя, образованного на поверхностях,  имеющих ориентирующие свойства. (Лаборатория исследования износа при граничной смазке ИМАШ РАН совместно с Химфаком МГУ).

  • Проект «Сахалин-2» является, по оценкам, самым крупным комплексным нефтегазовым проектом, когда-либо осуществлявшимся в мире. Беспрецедентным для отрасли также является использование подвижных опор в соединениях между основанием и верхними строениями платформы. Устройство (сейсмоизоляторы) помогают выдерживать сильнейшее землетрясение – во время подземных толчков подвижные опоры позволяют элементам конструкции  плавно  раскачиваться  из стороны в сторону, предохраняя их от разрушения. Одновременно опоры компенсируют  волновые, ледовые и температурные нагрузки на оборудование  верхнего строения.  Центральный  элемент опоры представляет собой тонкую  антифрикционную  композитную  прокладку (~ 3:5 мм), от состояния которой зависит работоспособность всего устройства, рассчитываемого на ресурсе 30 лет.

  • Разработана экспериментально-расчетная методология определения ресурса (с использованием зависимости для определения интенсивности изнашивания, представленной в обобщенных переменных) и коэффициентов трения цилиндрических и сферических опор скольжения сухого трения, работающих в условиях качательного и реверсивного движения. Проведено сравнение результатов, полученных по разработанной методологии и результатов экспериментов, которое показало удовлетворительное согласие. Предложенные формулы можно использовать для расчетов на стадии проектирования трибосопряжений. На основе решения тепловой контактной задачи предложен метод определения закона распределения температуры во вкладыше подшипника скольжения (сейсмоизолятора). Результаты проведенных экспериментов подтвердили правильность выполненных ранее теоретических оценок ресурса маятниковых подшипников, позволяющих достоверно прогнозировать их надежную работу в течение всего срока службы, составляющего 30 лет. Работа проводилась совместно с Лабораторией узлов трения для экстремальных условий. (Грант РФФИ 2007-2009 г.г. № 06 – 08 – 00363а). Руководитель темы проф., д.т.н. Ю.Н.Дроздов.

  • Разработана опытно-промышленная технология механической обработки  кристаллов ЧСЦ для  деталей триботехнического назначения  и изготовлены опытные партии деталей из кристаллов и керамик ЧСЦ: втулки подшипников для работы в экстремальных условиях  эксплуатации;  фильеры для калибровки проволоки различных типоразмеров; изделия медицинского назначения:  хирургические скальпели, зубные имплантаты.