Мета роботи - підвищення знософрикційних властивостей поверхневих шарів металополімерних пар тертя, які перебувають в процесі механічної, теплової та електричної взаємодії, у фрикційних вузлах гальмівних пристроїв нафтогазового обладнання та технологічного транспорту, з урахуванням трибоелектричних явищ. Для вирішення комплексної проблеми виносяться такі задачі: - дослідити контактно-імпульсну електродинаміку пар тертя гальмівних пристроїв нафтогазового обладнання й технологічного транспорту з урахуванням механічних і теплових градієнтів, що виникають у поверхневих шарах фрикційних пар та через дію генерованих електричних та теплових струмів; - оцінити трибоелектричні процеси в поверхневих шарах металополімерних пар тертя гальм, беручи до уваги розподіл в них електричних зарядів, зарядженості їхніх робочих поверхонь та електричних дипольних моментів; - встановити вплив: - електричних і теплових струмів на знософрикційні властивості поверхонь тертя гальмівних пристроїв нафтогазового обладнання та технологічного транспорту з удосконаленими та новими фрикційними вузлами; - енергетичних рівнів матеріалів пар тертя під час фрикційної взаємодії та процесів термостимульованої поляризації і деполяризації електричними струмами контактних поверхонь на знософрикційні властивості та енергонавантаженість гальмівних пристроїв; - зміни типів контактів поверхонь на напрямки імпульсів струмів в парах тертя гальмівних пристроїв; - з'ясувати природу виникнення та зв'язку температурних градієнтів та імпульсних струмів у поверхневих шарах гальмівних пристроїв нафтогазового обладнання та технологічного транспорту; - запропонувати метод визначення внутрішніх та зовнішніх експлуатаційних параметрів гальм нафтогазового обладнання та технологічного транспорту; - оцінити піддатливість елементів конструкцій фрикційних вузлів і їх стиків у трибоспряженнях та встановити її вплив на динамічний коефіцієнт взаємного перекриття і рівень теплонавантаженостІ гальмівних пар; - запропонувати конструкції удосконалених і нових фрикційних вузлів різних видів гальмівних пристроїв нафтогазового обладнання та технологічного транспорту з покращеними знософрикційними властивостями пар тертя. Об'єкт дослідження. Процеси трибоелектричної взаємодії в парах тертя різних видів гальм нафтогазового обладнання та технологічного транспорту. ЗМІСТ стор. ПЕРЕЛІК ОСНОВНИХ УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ 7 ВСТУП 10 РОЗДІЛ 1 СТАН ПРОБЛЕМИ І ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕНЬ 19 1.1 Загальна характеристика умов експлуатації гальмівних пристроїв нафтогазового обладнання та технологічного транспорту 19 1.2 Аналіз досліджень присвячених трибоелектричних процесам 23 1.3 Вплив температурних полів на знософрикційні властивості металополімерних гальмівних пар 29 1.4 Контактна взаємодія мІкровиступів шорстких поверхонь металополімерних пар тертя 34 1.5 Нанотрибологія робочих поверхонь та підповерхневих шарів фрикційних накладок гальмівних пристроїв 40 1.6 Термокінетична модель взаємодії металевих гальмівних елементів 45 1.6.1 3 рідинним охолодженням 45 1.6.2 3 газовим середовищем 47 1.7 Електродинаміка контактно-імпульсної взаємодії в поверхневому шарі гальмівної накладки 50 1.8 Напружено-деформований стан і зношування поверхонь металополімерних пар тертя гальмівних пристроїв 55 1.9 Задачі досліджень 62 РОЗДІЛ 2 МЕТОДОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ПІДВИЩЕННЯ ЗНОСОФРИКЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ В МЕТАЛОПОЛІМЕРНИХ ГАЛЬМІВНИХ СИСТЕМАХ 64 2.1 Гіпотеза, ідея і наукова проблема роботи 64 2.2 Концепція системного підходу до імпульсного електромеханічного тертя металополімерних пар тертя гальмівних систем 65 2.3 Методологічні основи знософрикційних властивостей в металополімерних парах тертя під час трибоелектричної взаємодії 68 Висновки до розділу 2 74 РОЗДІЛ З КОНТАКТНО-ІМПУЛЬСНА ФРИКЦІЙНА ВЗАЄМОДІЯ МЕТАЛ ОПОЛІМЕРНИХ ГАЛЬМІВНИХ ПАР 75 3.1 Загальні закономірності і мікрогеометрія контактно-імпульсної фрикційної взаємодії гальмівних пар 75 3.2 Природа контактно-імпульсної фрикційної взаємодії мІкровиступів в гальмівній парі "полімер-метал" 81 3.3 Контактно-імпульсна фрикційна взаємодія пар тертя 86 3.3.1 "Метал-метал" 86 3.3.2 "Полімер-полімер" 89 3.3.3 "Метал-напівпровідникова плівка накладки" 93 3.3.4 " Полімер-метал" 97 3.4 Фрикційні зв'язки з імпульсним навантаженням гальмівних пар 101 3.5 Енергетичні характеристики металополімерних пар тертя в залежності від їхнього фазового стану та електропровідності 108 Висновки до розділу 3 113 РОЗДІЛ 4 ЕЛЕКТРОТЕРМОМЕХАНІЧНА ВЗАЄМОДІЯ МЕТАЛОПОЛІМЕРНИХ ГАЛЬМІВНИХ ВУЗЛІВ 116 4.1 Електричні струми в поверхневих шарах полімерної гальмівної накладки 116 4.2 Зарядно-розрядні процеси в дво- та тришарових структурах металополімерних гальмівних пар 120 4.3 Енергетичні поля поверхневих і підповерхневих зон металополімерних гальмівних пар 129 4.3.1 Заряджених шарів 129 4.3.2 Розподілених об'ємних зарядів 132 4.4 Енергетичні рівні під час електротермомеханічної фрикційної взаємодії мікровиступів пар тертя під час контакту 135 4.4.1 Інжектованого 135 4.4.2 Нейтрального 139 4.4.3 Інжектуючого 141 4.5 Потенційні бар'єри термоелементів мікротермобатарей в металополімерних гальмівних парах під час контактно-імпульсної фрикційної взаємодії 145 4.6 Електротермостимульовані поляризаційні і деполяризаційні процеси в поверхневих шарах гальмівних накладок 151 4.7 Взаємозв'язок між градієнтами електричного потенціалу і температури на поверхнях взаємодії та по товщині металополімерних гальмівних пар 157 Висновки до розділу 4 161 РОЗДІЛ 5 ПІДДАТЛИВІСТЬ ЕЛЕМЕНТІВ КОНСТРУКЦІЙ ГАЛЬМІВНИХ ПРИСТРОЇВ ПІД ЧАС ЕЛЕКТРОТЕРМОМЕХАНІЧНОЇ ФРИКЦІЙНОЇ ВЗАЄМОДІЇ В МЕТАЛОПОЛІМЕРНИХ ПАРАХ ТЕРТЯ 163 5.1 Напружено-деформований стан елементів трибоспряження 163 5.1.1 Фрикційної накладки 163 5.1.2 Обода гальмівного шківа 165 5.2 Піддатливість стиків металополімерних гальмівних пар 168 5.3 Розподіл сил в парі тертя та імпульсних питомих навантажень у фрикційних вузлах у процесі гальмування 170 5.3.1 На етапі припрацювання 171 5.3.2 В режимі нормальної роботи 177 5.4 Піддатливість елементів гальмівних вузлів 181 5.5 Вплив піддатливості пар тертя стрічково-колодкових гальм на їхній коефіцієнт взаємного перекриття 186 5.6 Піддатливість поверхневих шарів елементів тертя під час електротермомеханічної взаємодії металополімерних пар 190 5.7 Вплив піддатливості на теплонавантаженІсть металополімерних гальмівних пар 196 Висновки до розділу 5 204 РОЗДІЛ 6 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ЗНОСОФРИКЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ МЕТАЛОПОЛІМЕРНИХ ПАР ТЕРТЯ ГАЛЬМІВНИХ ПРИСТРОЇВ 206 6.1 Задачі та об'єкти досліджень 206 6.2 Засоби експериментальних досліджень знософрикційних властивостей пар тертя гальмівних пристроїв 209 6.2.1 Машина тертя і зношування 209 6.2.2 Гальмівні стенди 210 6.2.3 Пристрої і давачі 217 6.3 Результати експериментальних досліджень знософрикційних властивостей пар тертя гальмівних пристроїв в лабораторних і експлуатаційних умовах на різних рівнях 225 6.3.1 Нано- і мікротрибологічному 225 6.3.2 Мілітрибологічному 233 6.4 Оцінка зношування пар тертя гальмівних пристроїв 245 Висновки до розділу 6 250 РОЗДІЛ 7 МЕТАЛОПОЛІМЕРНІ ГАЛЬМІВНІ ВУЗЛИ З ПОКРАЩЕНИМИ ЗНОСОФРИКЦІЙНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ 252 7.1 Шляхи підвищення ефективності металополімерних гальмівних пристроїв 252 7.2 Конструкція нових типів фрикційних вузлів в гальмах 7.2.1 Стрічково-колодковому з комбінованою стрічкою 256 7.2.2 Стрічково-колодковому з вирівнюванням питомих навантажень в парах тертя 259 7.2.3 Барабанно-колодковому з високоефективним охолоджуванням 262 7.3 Термоелектрична поляризація фрикційних накладок гальмівних пристроїв 268 7.4 Електротермостимульована деполяризація металополімерних пар тертя стрічково-колодкового гальма бурової лебідки 276 7.5 Енергоємні пари тертя та їхня робота у фрикційних вузлах стрічково-колодкових гальм лебідок нафтогазового технологічного транспорту 285 Висновки до розділу 7 291 РОЗДІЛ 8 ЕНЕРГОНАВАНТАЖЕНІСТЬ ТА ЕНЕРГОЄМНІСТЬ ПАР ТЕРТЯ РІЗНИХ ВИДІВ ГАЛЬМІВНИХ ПРИСТРОЇВ 292 8.1 Визначення енергонавантаженості різних видів гальмівних пристроїв 292 8.2 Трибологічні підсистеми різних видів гальмівних пристроїв та їхній енергетичний баланс 295 8.3 Вимоги до матеріалів для енергоємних пар тертя важконавантажених фрикційних вузлів гальм 309 8.4 Структура енергетичних зон поверхневих та підповерхневих шарів металополімерних пар тертя гальмівних пристроїв 311 8.5 Метод визначення внутрішніх та зовнішніх параметрів металополімерних пар тертя трибосистем з врахуванням їх поверхневих і об'ємних температурних градієнтів 315 8.6 Оцінювання знософрикційних властивостей та енергоефективності фрикційних вузлів гальмівних систем 324 Висновки до розділу 8 329 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 331 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 335 ДОДАТКИ 366