Исследование износостойкости шарнирных подшипников скольжения из стеклоэпоксидного композиционного материала

Разработка надёжных и экологичных подшипников, не требующие внешней смазки, наиболее важна для энергетической отрасли, где повышение эффективности работы гидротурбин напрямую влияет на выработку электроэнергии и экономические показатели. Цель работы — оценка влияния различных антифрикционных добавок на триботехнические характеристики шарнирных подшипников скольжения из стеклоэпоксидного композиционного материала в условиях, приближенных к эксплуатационным. Трибологические испытания проводили на машине трения шарнирного типа «ИМАШ-ШАРНИР» по схеме «вал—втулка» при возвратно-вращательном движении с углом поворота 52° и частотой до 0,5 Гц в воздушной и водной средах при удельных давлениях 2,7—8,3 МПа. Результаты испытаний показали, что добавка в стеклокомпозит ПТФЭ в виде измельчённого порошка Фторопласт-4 в объёме 30 г смеси благоприятно сказывается на коэффициенте трения шарнирного подшипника скольжения при работе на воздухе в диапазоне нагрузок 2,7—8,3 МПа и частоте колебаний 0,25 Гц. Использование добавки в виде порошка Фторопласт-4 по ГОСТ 10007–72 приводит к снижению коэффициента трения и повышению износостойкости при длительных испытаниях в воде. Коэффициент трения указанного материала при испытаниях в воде при р = 8,3 МПа не превышает значения 0,24 после 4 ч работы. Минимальное значение скорости изнашивания шарнирного сопряжения в воде наблюдалось у образца добавки в виде порошка Фторопласт-4 по ГОСТ 10007–72 и составляло 3,34×10^–6 мм/цикл. В результате исследований выявлено влияние добавок ПТФЭ и графита в исследуемых объёмах на кинетику коэффициента трения шарнирного подшипника при длительных испытаниях. Полученные результаты позволяют рекомендовать оптимальную рецептуру для изготовления подшипников из стеклоэпоксидного композиционного материала для работы в гидротурбинных узлах.

1. Yangyang Hu, Lijie Zhang, Xiaobing Liu, Yongzhong Zeng, Jiayang Pang, Tianlin Li, Yuanjiang Ma, Zhongquan Wang, Longchao Gan and Dong Huang Wear Testing and Anti-Wear Performance Analysis of Surface Coating Materials for Stay Vanes of a Francis Turbine // Water. — 2025 (17), no. 671, 1—15 https://doi.org/10.3390/w17111671

2. Guo L., Liu J., Wang L., Qin D., and Wei X. Load Rejection Transient Process Simulation of a Kaplan Turbine Model by Co-Adjusting Guide Vanes and Runner Blades // Energies. — 2018 (11), no. 12,3354. DOI: 10.3390/en11123354

3. Litwin W. and Dymarski C. Tribological and Vibration Properties of Three Different Polymer Materials for Water-Lubricated Bearings // Materials. — 2020 (13), no. 24, 5849. DOI: 10.3390/ma13245849

4. Dupont P. An Analysis of the Superficial Fatigue Failure of the Main Plain Bearing of a 250 [kW] KAPLAN‘s Water plant Turbine // Proceedings of the Materials Science & Technology Conference (MS&T‘13). Montreal, Quebec, Canada, October 27-31. — 2013, 1—22

5. Veen R. Optimization of the Tribological Properties of Epoxy-PTFE-Glass Composites for Dry Sliding Bearings: Master‘s Thesis. — University of Groningen. — 2015