Трибология
Трибология е науката за контакта и триенето между тела, които се движат едно спрямо друго. Изучава същността и приложението на триенето, лубрикацията и износването на елементите. Приложната трибология се нарича триботехника. Съществуват също така трибохимия и трибофизика. Думата идва от гръцки τριβο означаващо трия и λόγος означаващо логика. Леонардо да Винчи (1452-1519) е първият, който се занимава със законите на триенето. ВЪВЕДЕНИЕВТРИБОЛОГИЯТА КАТО СЪВРЕМЕННА ИНТЕРДИСЦИПЛИНАРНА НАУКА Мнозина от Вас ще се запитат, след като всички знаем, че триенето е толкова универсално явление и човекът е бил принуден да се съобразява с него още от най-древни времена, защо науката за триене се появява толкова късно (1966 г.) ? ТозиВашвъпрос е напълно логичен и аргументиран. Действително, случайното запалване на огън чрез гръмотевица по време на буря бива овладяно от човека чрез системнотому предизвикване на основата на триене между две тела, от които едното е масивно дървено трупче, а другото има формата на пръчка. Пръчката е притисната къмтрупчето и се привежда в бързо плъзгане спрямо него. Вследствие на триенето между тях се отделя топлина и при определени условия някой от триещите се партньори се запалва. Затова разбира се изискват умения и сръчности, които хората са натрупвали непрекъснато и усъвършенствали с времето. Този начин за получаване на огън и до сега се използва от нас. Нововъведение при съвременните способи е присъствието в зоната на триене на лесно запалими вещества. Например получаване на огън с кибрит или със запалка. Получаването на огън се свързва с градивното начало в човешката история, възпято чрез подвига на Прометей, който предал на хората огъня. От друга страна, на древните е била известна и съпротивителната страна на триенето при опитите им да преместват тела чрез плъзгане, надхвърлящи собствените им физически възможности за други премествания. Например преместването на големите каменни блокове при строителството на пирамиди и храмове. Творческите постижения на човечеството в борбата му с триенето като съпротивление, свързани с неговата предприемчивост, се изразяват с откриването на колелото, чрез което преместването с плъзгане се заменя със стократно по-лесното преместване чрез търкаляне, с откриването и използването на смазочниматериали и транспортирането на телата по вода и най- накрая - с опитомяването и използването на силата на подкования кон, няколко кратно превишаваща пряко използваната човешка сила. С това приключва първият етап от борбата на човечеството с триенето. Борбата с триенето по въздух, суша и вода се разгаря особено активно през модерната история на човечеството, след неговия средновековен стадий, с въвеждане на локомотива, автомобила, парахода и самолета. Въпреки всичко трибологията като наука се появи едва в наше време, в края на модерната епоха, когато човечеството се изправи пред необходимостта от създаването на информационен и глобализиран свят. Обяснението за това “закъснение” следва да се търси: 1) В дисциплинната организация на науката, характерна за цялата история на индустриалното общество. Според тази организация право на обособяване има само такова знание, което отговаря на изискванията за научна дисциплина. Последното предполага наличие на собствен научен обект (предмет) за изследване, собствени изследователски методи, собствен език, понятия, закони и принципи и не на последно място необходимото по количество и качество логическо организирано знание по проблемите, за които то се отнася.
2) Трибологичните изследвания по своя характер са мултидисциплинарни и като такива
се разпределят между различни добре обособени дисциплини на индустриалната наука: механика, физика, химия, различни технологии имашинни науки. 3) Едва през ХХ век с появата на общи (глобални) за човечеството проблеми с природо- екологично, социално и техническо естество, чието решаване не търпеше отлагане, стана възможно появата на интердисциплинарните науки, една от които е трибологията. Действително триенето на телата по своята същност се изявява с различни за дисциплиннотомислене явления: топлинни, механични, химични, електрични, енергетични, термодинамични, биологични и др. Непрекъснатото формиране и разрушаване на адхезионни връзки между телата при триене поражда трептения в тях от различен характер и с широк диапазон (от инфразвукови до ултразвукови), което е съпроводено не само с емисия на енергия и деструкция на материали, но така също и сформиране на вторични дисипативни структури. 4) Три са по-конкретно предпоставките заформирането на трибологията. На първо място рязко нарасналата социална и икономическа значимост на процесите свързани с триенето, мазането и износването на телата. Това се обяснява с необходимостта от повишаване на сложността, мощността и ефективността на техническите системи. Само в една такава система могат да се включат стотици и хиляди фрикционни съединения. Чрез механизмите на триене в тях се губи под формата на топлина от 20 до 80% от цялата енергия, с която тези системи се захранват. Износването, като неизбежен резултат от триенето, води до огромни разходи на труд и материали. Възстановяването на износената продукция поглъща над 20% от всички материали, машини и работна ръка в производството. Огромни са загубите на горива, смазочни материали, течности и газове от лошата херметичност на уплътнителните съединения в техническите съоръжения. Особено остро се чувства това в химическата промишленост и транспорта, т.к. там то води много често до аварии и бедствия, свързани с надеждността на съоръженията и замърсяването на околната среда. Като фундаментална интердисциплинарна наука трибологията, преди да се появи официално в края на ХХ век, събираше сили чрез историческите си корени в механиката, физиката, химията, метрологията, енергетиката и други дисциплини и области на научното знание. Натрупаните до нейната поява частно-научни постижения в областта на триенето, износването имазането са втората предпоставка за нейното появяване. Трибологията изучава комплексно фрикционната зона и процеси на телата с цялото им многообразие на състав, състояния и процеси. Тя е израз на качествено нов етап в развитието на представите и подходите към проблемите на триенето, износването и мазането, при които частно-научните представи и постижения се разглеждат в органическо единство. По такъв начин интердисциплинарният характер на формирането, състоянието и развитието на взаимодействията на телата при допиране и приплъзване, които не могат да бъдат адекватно изучени и описани комплексно от никоя друга наука, са третата по ред, но не по важност, предпоставка за появата на трибологията. Трибологията като наука за триенето, износването и мазането на телата се появява през 1966 г. на територията на Европа. Родното й место е град Лондон, а нейният основател е проф. ПитърДжост. Появата на трибологията се свързва с огромните загуби на английската и световна икономика под формата на материали и енергия, предизвикани от триенето и износването на телата. От позициите на механиката явленията на триене и износване се пораждат при релативното преместване на допиращите се тела едно спрямо друго и са неизбежни при експлоатацията на технически съоръжения, машини и съединения. Триенето като процес поражда загуби на енергия и влошава коефициента на полезно действие на машините, а износването при триене води до загуби на материал и текуща подмяна на елементи в съединенията, т.е. до необходимостта от производство на резервни части. Въпросните загуби на материали и енергия са от порядъка на няколко процента от брутния национален доход за Англия и развитите страни. За кратко време идеята на трибологията завладява света и се превръща в световен феномен. За начало на трибологията в България се приема 1 декамври 1974 г., а за нейн основател – проф. дтн Н. Манолов. На тази дата по негова инициатива е създаденаЛаборатория по трибология на територията на катедра „Механика” при Техническия университет – София. Лабораторията прераства в национален координационен център по трибология (КЦТ) през 1986 г. в съответствие с разработена и утвърдена на държавно ниво Концепция за развитие на трибологията вБългария. В изпълнение на Националната концепция по трибология през 1993г. са учередени национално гражданско сдружение „Общество на триболозите в България” и регионална организация „Балканска Трибологична Асоциация” по инициатива на КЦТ под председателството на проф. дтн НяголМанолов. Обект на инженерната трибология се явяват контактите, контактните взаимодействия и контактните мрежи в инженерните съоръжения и системи. Инженерната трибология включва в състава си гравитационни, електродинамични и микромеханични взаимодействия в условия на покой, предварително приплъзване и релативно движение между елементите на контактни системи (КС). Койе обектът на трибологията? Под научен обект следва да се разбира всяко пространствено, времево илифункционално образувание с трайно и значимо социално битие. Например, обектът на металознанието са металите, обектът на почвознанието е почвата, на човекознанието – човека, на машинознанието – машините и т.н. Има ли обект трибологията? Трибологията като научен термин се появи в доклада на П. Джост като наука за триенето, износването и мазането на телата. Но представата за нея непрекъснато се променя. Някои я определят като мултидисциплинарна наука, други я разглеждат като раздел на техническите науки, трети - като комплекснамеханика, четвърти – като обща технология, пети – като изкуство и начин на мислене и т.н. Най-много са тези обаче, които се задоволяват с буквалния превод на термина “трибология” като наука за триенето. Представата за триенето от своя страна също претърпя еволюция. Тръгна се от механичната интерпретация на триенето като тангенциална реакция на телата при релативното им преместване. След това триенето се свърза с необратимите термодинамични процеси, преобразуващи механичната енергия в топлина, а в по- ново време то се разглежда като комплекс от съпътстващи контактното взаимодействие явления в условия на покой и движение. При това се имат предвид взаимодействията не само на твърди тела, но и на течни и газообразни, и не само механичните, но и всички видове контактни взаимодействия между тях. Стандартното определение за трибологията е “наука за взаимодействащите си повърхнини при относителното имдвижение”. Характерно за тези представи и определения за трибологията е, че те поставят акцент върху явленията и процесите, които изследва, изучава и описва трибологията. При тях се изпуска пространственото функционално образувание, където се разиграват тези процеси, т.е. изпуска се въпроса за обекта на трибологията. С направената констатация може да се обясни и сравнително дългият период, през който трибологията доказваше правото си на собствен статут като самостоятелна наука. За щастие на нейните изследователи и последователи този период на обособяване отмина, но авторитетът на трибологията като научна парадигма продължава да не съответства на потенциалните й научно-методологични и технологични възможности и ценности. Това несъответствие лесно може да се преодолее, ако акцентът от контактните процеси в нейното определение се прехвърли върху контакта като пространствено и функционално образувание, където се разиграват тези процеси, с което се обявява, че трибологията има за обект “контакта” на телата, или трибологията е наука за контакта на телата. Самостоятелното място, функции и роля на контактите в сложното взаимодействие на телата, при цялото тяхно многообразие, определя и самостоятелното място и роля на трибологията в научното пространство, като наука за контактите в природата, техниката и обществото. Онези читатели, които от по-рано и от по-близо следят развитието на трибологията, вероятно ще се запитат, какво принципно ново има в направената по-горе трактовка. Нима понятието контакт под формата на трето тяло не се използва и до сега от триболозите и не е в постоянно обръщение от много години в специализираните учебници, справочници и ръководства в тази област? Разбира се, че да, но важно в случая е какво съдържание се влага в тези понятия и в техните отношения. Господстваща е представата на триболозите за третото тяло като “зона на фрикционното взаимодействие на телата”, т.е. базово е понятието триене, а контактът е само негов придатък. Предлаганата метаморфоза се състои в смяна на местата на тези понятия, като понятието за контакта, като обект на трибологията, се издига в ранг на общо интердисциплинарно понятие, а понятието триене става вторично, като контактенфеномен и придатък. Метаморфозата, която налага контактният подход в трибологията, е свързана с промяната на техните места, т.е. подходът изнася на преден план контактите като научен обект и предмет, а триенето и износването се разглеждат като генерирани от него феномени. Според контактния подход инженерната трибология се определя като наука за контактите, контактните мрежи и контактните взаимодействия в техническите системи и технологии. В общонаучен план направената метаморфоза определя централната роля на контактите като трето начало в структурата на всяко елементарно контактно съединение по символичнатаформула „тяло-контакт-противотяло”. Замяната на двуполюсната формула „тяло-противотяло” с отчитане на контакта като трето начало между тях променя онтологичния базис на трибологията като фундаментална интердисциплинарна наука. Разбира се, контактът не е самостоятелно тяло във физическия смисъл на това понятие, но то има за учените и инженерите самостоятелен функционален смисъл. Функционалният смисъл на контактите като трето начало в техническите системи не омаловажава, а увеличава неговата роля за всяко контактно съединение и за всеки конкретен случай. Двата физически партньора „тяло” и „противотяло”, определяни като алтернативи на съединението, не изчерпват поведението на контактното съединение. Например съединението „плъзгащ лагер” с двете си алтернативи „плъзгач” и „направляваща” не са в състояние да изчерпат функционалното поведение на лагера, докато не се отчете централната роля на контакта между тях като трето негово начало. Нещо повече, контактът със своите метаморфози и функции определя практически работоспособността на плъзгача и направляващата като физически партньори на контактното съединение.
