Трибоспектральная идентификация процессов трения ионноплазменных покрытий и сравнительный анализ их диссипации энергии

Цель работы — теоретическое обоснование применения метода трибоспектральной идентификации процессов трения на лабораторном стенде для трибологических испытаний образцов с ионно-плазменными композиционными покрытиями, позволяющего варьировать вибрационное воздействие на трибоконтакт с заданными амплитудами и частотами колебаний, что позволяет реализовать сравнительный анализ диссипации энергии в трибосопряжении.

Проведено математическое моделирование и определены упруго-инерционные и диссипативные параметры трибосистемы (пара трения «образец — контробразец») при варьировании жёсткости и демпфирования композиционного покрытия. Сформулированные требования к стенду заключаются в том, что для большей вероятности идентификации процессов трения и изнашивания во фрикционной паре «образец — контробразец» программно-аппаратный комплекс стенда предусматривает анализ вариаций обобщённых координат в широком диапазоне частот от 0 кГц до 20 кГц и выше как нагрузки на образец, момента сопротивления, так и дополнительного вибратора, обеспечивающего внешнее возбуждение трибоконтакта со стороны механической подсистемы.

В статье приводятся результаты сравнительного анализа композиционных покрытий образцов фрикционного и антифрикционного назначения на базе трибоспектральной идентификации процессов трения и оценки диссипации энергии. Исследование образцов фрикционного применения реализуется при максимальном для лабораторных машин трения моменте сопротивления 20 Н∙м, а исследование образцов антифрикционного применения соответствует граничному и жидкостному трению (соответственно при величине коэффициента трения μ = 0,15 и 0,05). Граничными условиями исследований являются минимальный и максимальный уровень безразмерного коэффициента демпфирования трибосистемы ξ_к: ξ ⁽¹⁾ = 0,001 (граничное трение либо механические характеристики покрытий с малой величиной диссипации энергии) и ξ_к⁽²⁾ = 0,707 (жидкостное трение, либо покрытия с более высокой величиной диссипации энергии), что соответствует декременту затухающих колебаний χ_к⁽¹⁾ = 1,006 и χ_к⁽²⁾ = 535,5 соответственно.

1. О Транспортной стратегии Российской Федерации до 2030 года с прогнозом на период до 2035 года (с изменениями на 6 ноября 2024 года): Распоряжение правительства Российской Федерации от 27 ноября 2021 г. № 3363-р // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. — URL: https://docs.cntd.ru/document/727294161 (дата обращения: 02.04.2026)

2. Maitham Mohammed Al-Asadi and Hamza A. Al-Tameemi. A Review of Tribological Properties and Deposition Methods for Selected Hard Protective Coatings // Tribology International. — 2022 (176), 107919. DOI: 10.1016/j.triboint.2022.107919. URL: https://colab.ws/articles/10.1016%2Fj.tri-boint.2022.107919 (дата обращения: 02.04.2026)

3. Xin Zhang, Xiubo Tian, Chunzhi Gong, Xiangli Liu, Jin Li, Jingchen Zhu, and Hong Lin. Effect of Plasma Nitriding Ion Current Density on Tribological Properties of Composite CrAlN Coatings // Ceramics International. — 2022 (48), no. 3, 3954—3962. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.10.182. URL: https://scholar.hit.edu.cn/en/publications/effect-of-plasma-nitriding-ion-current-density-on-tribo-logical-pr/ (дата обращения: 02.04.2026)

4. Колесников В.И., Кудряков О.В., Мантуров Д.С., Варавка В.Н., Колесников И.В., Новиков Е.С. Механизмы износа и методы регулирования износостойкости нанокомпозиционных покрытий TiN/AlN трибологического назначения // Трение и износ. — 2025 (46), № 3, 211—222. DOI: 10.32864/0202-4977-2025-46-3-211-222

5. Печерская Е.А., Голубков П.Е., Карпанин О.В., Козлов Г.В., Печерский А.В.. Интеллектуальная система управляемого синтеза оксидных покрытий // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. — 2019, № 2(28), 99—107. DOI: 10.21685/2307-5538-2019-2-12

6. Способ оценки толщины и пористости МДО-покрытия в электролитической ванне на основе измерения импеданса: пат. 2817066 Российская Федерация, МПК G01N 27/00 (2006.01). № 2023132200: заявл. 07.12.2023: опубл. 09.04.2024, Бюл. № 10 / Е.А. Печерская, А.А. Максов, О.В. Карпанин, П.Е. Голубков

7. Kopchak B., Kushnir A., and Kopchak M. Approximation of PM DC Micromotor Transfer Function by Fractional Order Transfer Function // 2021 IEEE XVIIth International Conference on the Perspective Technologies and Methods in MEMS Design (MEMSTECH). Polyana (Zakarpattya), Ukraine. — 2021, 20—24. DOI: 10.1109/MEMSTECH53091.2021.9467969

8. Chang H., Lu S., Zheng S., Shi P., and Song B. Integrated Parameter Identification Based on a Topological Structure for Servo Resonance Suppression // IEEE Transactions on Industrial Electronics. — 2024 (71), no. 5, 4541—4550. DOI: 10.1109/TIE.2023.3285972

9. Karabutov Nikolay. Structural Identification of Dynamic Systems with Hysteresis // International Journal of Intelligent Systems and Applications (IJISA). — 2016 (8), no. 7, 1—13. DOI:10.5815/ijisa.2016.07.01

10. Чернышев С.Л., Колесников В.И., Верескун В.Д., Колесников И.В., Мантуров Д.С., Озябкин А.Л. Упруго-диссипативные характеристики тяжело-нагруженных модифицированных пар трения // Трение и износ. — 2023 (44), № 1, 58—67. DOI: 10.32864/0202-4977-2023-44-1-58-67

11. Колесников В.И., Озябкин А.Л., Новиков Е.С. Инновационный подход к изучению процессов трения, износа и мониторинга тяжелонагруженных трибосистем // Трение и износ. — 2019 (40), № 4, 380—388

12. Озябкин А.Л., Харламов П.В., Морозкин И.С., Новакович В.И. Обоснование адекватности метода трибоспектральной идентификации процессов трения применительно к фрикцион-ной системе «колесо – рельс» тягового подвижного состава // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. — 2021, № 4(212), 57—64. DOI: 10.17213/1560-3644-2021-4-57-64

13. Кордикова Е.И. Триботехника. — Триботехника: конспект лекций. — Минск: БГТУ. — 2013