Корундовый щит

Железная дорога признала эффективность технологии, изобретенной специалистами по двигателям внутреннего сгорания из Харьковского политехнического института. Частникам же она, похоже, ни к чему…

В следующем году поршни с корундовым покрытием начнут ставить на двигателях маневровых тепловозов ЧМЭ3 Южной железной дороги. Применение подобной технологии значительно увеличивает ресурс поршневой группы, а также улучшает эксплуатационные показатели локомотивных моторов. На эти цели проектом финансового плана на 2011 год предусмотрено 250 тыс. грн. Этого должно хватить на оснащение двигателей 10 тепловозов. Однако, как рассказал один из авторов разработки старший научный сотрудник ХПИ Василий Гарькавый, есть вероятность того, что уже в этом году с ее применением отремонтируют первые два десятка локомотивов. Но в главном управлении локомотивного хозяйства «Укрзалізниці» такой возможности не подтвердили.

20 лет гарантии

Харьковский политехнический институт разработал способ уменьшения коэффициента трения поршня и поршневой втулки с применением корунда еще в 2005 году. Тогда же ученые предложили его железнодорожникам. Но только в прошлом году после проведения ряда испытаний было дано официальное заключение о практической целесообразности использования корунда в отрасли.

В экспериментах принимали участие 4 маневровых локомотива ЧМЭ3. Выяснилось, что интенсивность износа поршней с корундовым слоем в среднем в 7 раз ниже (!), чем в серийных изделиях. То есть, поставив корундовые поршни, можно забыть об их замене на ближайшие 20 лет. Кроме того, снижение силы трения влечет за собой и уменьшение количества энергии, необходимого для его преодоления. Отсюда экономия горючего. Хотя во время испытаний на железной дороге не замерялся расход топлива, но такие исследования проводились в Харькове. Они показали, что среднеэксплуатационный расход горючего на кВт∙час выработанной энергии, определенный по действующей методике, двигателем, оснащенным поршнями с корундовым слоем, меньше на 40%, чем двигателем со стандартными деталями.

Но главное — это все-таки защита от износа. Результата удалось добиться за счет упрочения поверхностного слоя трущихся поверхностей методом так называемого микродугового оксидирования. Именно этот способ позволил решить главную проблему — закрепление на поверхности алюминиевого сплава самого корунда. Основные элементы этой химической реакции — алюминий и кислород. Собственно корунд — это и есть оксид алюминия с химической формулой Al2O3. Полученный синтетическим путем — это абразивный материал, который обычно используют в качестве оснастки инструментов, которым нужна особая твердость. Например, режущие диски «болгарок».

Новация харьковских инженеров заключается в том, что окисление алюминия происходит под воздействием электричества напряжением 600—1000 В и плотностью тока 50—100 А/дм2.

— Технология сводится к разложению воды на кислород и водород в микроплазменной дуге на поверхности изделия и принудительному внедрению атомарного кислорода. Глубина проникновения зависит от параметров тока. Разработанные технология и оборудование позволили преобразовывать рабочие поверхности поршней в пористый корундовый слой высокой прочности без изменения их размеров, — поделился техническим секретом Василий Гарькавый. При этом в порах корунда накапливается масло, что еще более уменьшает коэффициент трения.

Когда качество… бьет по карману

В Украине права на это изобретение не защищены патентом. Как ни странно, интеллектуальная собственность охраняется соответствующим документом… США. Это связано с тем, что в свое время данным ноу-хау заинтересовались крупные машиностроительные компании США, такие как «Дженерал Моторс». Однако до настоящего времени они так и не приобрели патент.

«Укрзалізниці» тратиться на авторское вознаграждение не нужно. Оплачиваться будут только работы по нанесению корундового слоя на установке, изготовленной специалистами ХПИ. К слову, «Укрзалізниця» будет первой железнодорожной администрацией стран СНГ, которая возьмет на вооружение подобную технологию.

Тем не менее разработка тяжело пробивала себе дорогу на железнодорожный транспорт. Кроме того, ученые уверены, что ее распространение ударит по коммерческим интересам производителей запасных частей — поршней и поршневых втулок.

— Мы предлагали изобретение ОАО «АвтоВАЗ», но нам ответили: «Зачем? Мы же только открыли СТО!» Они ведь имеют на замене деталей прибыль, — рассказал Василий Гарькавый.

Однако отечественные изготовители поршней не видят в этом серьезной угрозы сокращения рынка. Как сообщили в харьковском АО «Автрамат» (производитель поршней, в том числе и для тепловозов), предприятие не ожидает каких-либо изменений в рыночной конъюнктуре в связи с началом промышленной эксплуатации корундовых поршней. «Производить их пока никто не собирается, наносить корундовое напыление будут во время капитальных ремонтов только на детали, уже бывшие в употреблении. К тому же того, что собирается оплатить «Укрзалізниця», очень мало для изменения ситуации. Мы же не планируем внедрять такую технологию у себя. Нагрузка на поршни дизельных двигателей не настолько большая, чтобы их дополнительно укреплять», — отметили в «Автрамате».

В общем, судьба изобретения пока неизвестна. С одной стороны, опытным путем доказано, что оно таки полезно, с другой — очевидно, что до использования его в промышленных объемах еще очень далеко. Также очевидно, что налицо конфликт интересов. Изобретателям нужны заказы, а производителям запасных частей и дизельного топлива — рынки сбыта своей продукции. Похоже, что только государственной «Укрзалізниці» корундовые поршни нужны по их прямому назначению — для увеличения межремонтных периодов дизельных двигателей маневровых тепловозов.

Справка «УТГ»

Корунд. Кристаллическая форма окиси алюминия — минерал, следующий по твердости за алмазом. Это соединение встречается в природе в виде рубина и сапфира. Кроме того, натуральный корунд обнаруживается в виде зернистых вкраплений в других породах. В чистом виде встречается редко. В настоящее время основные потребности науки и техники в корунде обеспечиваются за счет производства искусственного вещества, которое получают из алюминиесодержащих минералов. Полученный таким путем и затем сильно прокаленный материал отличается большой твердостью и нерастворимостью в кислотах.