Zmniejszanie tarcia, zużywanie łożysk

Tarcie i zużywanie się powodowane przez ruch elementów maszyny są nieuniknione. Istnieją jednak sposoby na ograniczenie tarcia i zwiększenie żywotności części i maszyn, a także skrócenie przerw w działaniu potrzebnych na konserwację. Najczęściej stosuje się smarowanie maszyn, a obciążenie przenoszone jest zarówno przez smar, jak i przez chropowatości.

Smary zawierają dodatki, które zmniejszają tarcie, chemicznie wiążąc się z powierzchnią metalu. Zespół projektu "Advanced lubrication modelling" (ALM) przeprowadził obszerne badania nad tworzeniem na powierzchni części warstw, które zapewniałyby ochronę w przypadku ich niedostatecznego nasmarowania. Naukowcy zbadali możliwość modelowania skutków chemicznych w skali nano oraz skutków mechanicznych w skali mikro.

Do obliczenia rozkładu ciśnienia na styku części maszyny w różnych warunkach nasmarowania użyto równań Reynoldsa. Podczas rozwiązywania równań opisujących ciśnienie w przypadku cienkich warstw ważne było uwzględnienie wpływu nierówności powierzchni (chropowatości). Naukowcy biorący udział w projekcie ALM zaadaptowali metodę homogenizacji, by uchwycić wpływ chropowatości w odniesieniu do małych charakterystycznych skal długości.

Istnieją różne metody homogenizacji, od czysto abstrakcyjnych, po przeznaczone do zastosowań przemysłowych. Tak zwana metoda wieloskalowa została opracowana do użytku z zestawem równań opisujących wzajemne oddziaływanie dwóch ślizgających po sobie powierzchni ciała stałego w obecności cienkiej warstwy smaru.

Dzięki lepszemu zrozumieniu zjawiska zużywania się w różnych skalach długości i czasu, naukowcy biorący udział w projekcie ALM zbadali możliwość aktywnego kontrolowania dynamiki przepływu smarów. Wraz z partnerami branżowymi zastosowano wieloskalowe platformy modelowania w celu zmniejszenia utraty mocy na skutek tarcia w nowo opracowanym silniku hydraulicznym.

Na przykładzie projektu siłownika tłokowego do przemysłowych silników diesla wykazano również wszechstronność narzędzi do symulacji obliczeniowych opracowanych przez zespół projektu ALM. Dzięki zmniejszeniu ilości energii traconej w wyniku tarcia w postaci ciepła wydajność mechaniczna siłownika zwiększyła się, co miało znaczący wpływ na zużycie paliwa i oleju.

Prace prowadzone w ramach projektu ALM zaowocowały powstaniem wszechstronnego portfolio narzędzi do modelowania procesu smarowania w zastosowaniach przemysłowych, co zapewniło wgląd w możliwości optymalizacji smarowania i osiągnięcia zadowalających wyników przy niewielkich kosztach. Te informacje staną się prawdopodobnie "lekturą obowiązkową" dla producentów sprzętu.