CC BY
54
УДК 621.822.6; 621.892.09 Жиркин Ю.В., Пузик Е.А.
АНАЛИТИЧЕСКО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭГД-СМАЗКП В ПОДШИПНИКАХ КАЧЕНИЯ ОПОР РАБОЧИХ ВАЛКОВ СТАНА 2000 ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
Известно, что в неконформных парах трения, к которым относятся подшипники качения, возможна реализация эластогидродинамического режима смазки [1].
Целью экспериментального исследования являлось изучение области реализации ЭГД-смазки в подшипниках качения опор рабочих валков стана 2000 горячей прокатки ОАО «ММК».
Исследования проводились на экспериментальной установке (ЭУ), моделирующей процессы, протекающие в реальных объектах, в качестве которых рассматривались подшипники рабочих валков клетей № 5, 6 стана 2000 горячей прокатки ЛИЦ-10 ОАО «ММК» [2].
Схема нагружения роликов экспериментальной установки (ЭУ), моделирующих нагружение подшипников качениярабочих валков, представлена на рис. 1.
На ЭУ во вращение приводился один вал, на который установлен подшипник качения второго ролика. Это позволило фиксировать момент сопротивления в подшипнике от действия смазочного материала при вращении вала, на котором он установлен. Таким образом, была обеспечена идентичность условий нагружения натуры и модели.
В качестве смазочных материалов были использованы масла, применяемые на стане: И100РС и ТНК 460.
На установке имитировалась система смазывания «масло-воздух» за счёт порционной подачи смазочного материала через определённые интервалы времени.
В ходе эксперимента фиксировался момент сопротивления в подшипнике качения вращающегося вала, температура в зоне контакта и уровень вибрации подшипников (виброускорение).
Полученные данные были обработаны посредством Microsoft Excel и представлены в виде графиков на рис. 2-9.
На рис. 2 приведен график изменения момента со -противления от действия смазочного материала.
На графике прямыми линиями обозначены моменты подачи смазочного материала.
На рис. 3 представлено изменение температуры в области контакта за то же время.
В соответствии с графиком изменения температуры (см. рис. 3) для масла ТНК 460 при температуре приблизительно 110°С наблюдается установившийся температурный режим.
На рис. 4 и 5 приведены графики изменения момента сопротивления от действия смазочного материала и температуры для масла И100РС от длительности эксперимента.
Из графиков видно, что подача очередной порции масла И 100Р не оказывает существенного влияния на момент сопротивления и характер изменения темпе-
ратуры на контакте в подшипнике качения в отличие от масла ТНК 460, это связано с условиями реализации ЭГД-смазки.
Основной характеристикой реализации режима ЭГД-смазки является толщина масляной плёнки.
Для определения толщины масляной плёнки при работе на смазочном материале ТНК 460 и И100 РС воспользуемся формулой И.Д. Ратнера [3]
1 о і і/ т т \0,75 0,6 0,4 —0,15
h0 _ 3,17(M)UI) а Рпр Чн
(1)
где Д) - кинематическая вязкость масла при атмосферном давлении и рабочей температуре, Па-с; Ц - суммарная скорость качения в контакте, м/с; р^4 - приведённый радиус кривизны поверхностей трения, м; дн- нагрузка на единицу длины линии контакта, Н/м; а - пьезокоэффициент вязкости смазочного материала, Па-1, который для данныхмасел неизвестен.
Для определения величины пьезокоэффициента вязкости предлагается следующая методика:
- Принимается расчётная формула [4] по определению момента трения от действия смазочного материала
М и = 10-7 f0 (и«)2/3 д3
(2)
где Ц0 - средний диаметр подшипника; /0 - коэффициент, зависящий от типа подшипника и условий смазки; п - частота вращения подшипника, мин-1; V -кинематическая вязкость масла (при пластичной смазке - вязкость базового масла), мм /с.
Іподйшник иё npuÔÛÔHQÙ
2подш0
ПрибодиШ
ГЫ-2
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для проведения экспериментов:
Твз2-1 и Твз1-2 - силы взаимодействия роликов; Мс - момент со противления; Мер - момент вращения; А - величина отклонения тензометрической пластины от исходного положения; - сила упругости
тензометрической пластины; к - коэффициент упругости
- Подставляя в формулу (2) значения измеренного момента МИ, находим значение фактической вязкости конкретного масла:
где к = (Ь10-7 • /0 • п*Ц)"\
Фактическая вязкость расчётная
ар
= г«2” + 40'
”1
Ги1
о2
(5)
(3)
где п = 0,75 + 0,83^г(; и1 и и2 - вязкости масел при
температуре 40°С.
- Определяется пьезокоэффициент вязкости более вязкого масла по зависимости
(4)
где - вязкость смазочного материала при р = 0, Па-с; а - пьезокоэффициент вязкости смазочного материала, МПа-1; р - давление на контакте, МПа.
- Задаваясь температурой /2 для масла с более высокой вязкостью, находится температура t1 менее вязкого масла, при которой их взкости равны, по зависимости
«2 =
1,51п Ыи1 + 1п^
Р
(6)
- Определяется пьезокоэффициент вязкости для менее вязкого масла
а, =а2 +1,5
1п М.,, - 1п Ы„
Р
(7)
О
10
15
20
25
30
35
40
45
Время, мин
Рис. 2. Изменение моменгасопротивления для ТНК 460 от длительности проведения эксперимента
о
10
15
20
25
30
35
40
45
Время,мин
Рис. 3. Изменение температуры в смазочном слое для ТНК 460 от длительности проведения эксперимента
Параметр Л Температура,°С 5 Момент,Н*мм
Время,мин
4. Изменение момента сопротивления в подшипнике качения вращающегося вала от длительности
эксперимента для масла И100Р
Время,мин
Рис. 5. Изменение температуры в смазочном слое для масла И 100Р
Температура, °С
Рис. 6. Изменение параметра Л в зависимости от температуры для масла ТНК 460
Виброускорение, м/t1 Виброускорение, м/с2 Параметр А
20 30 40 50 60 70 80 90 100
Температура, °С
Рис. 7. Изменение параметра Л в зависимости от температуры для масла И100РС
/ \
« *4 Ár 1 ь ** • •ж IM- —♦ ♦ч 4 ш
♦ *
25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125
Температура, °С
Рис. 8. Изменение уровня вибрации подшипников качения на масле ТНК 460 в зависимости от температуры на контакте
3 III,
1.5
1
0.5 ; ■
0
20 30 ¿10 50 60 70 80 30 100
Температура, X
Рис. 9. Изменение уровня вибрации подшипников качения на масле И100РС в зависимости от температуры на контакте
Используя вышеприведенные зависимости, находится величина коэффициента толщины смазочной о К
пленки Л = ______0____ в зависимости от темпера-
■^Ка12 + Ка22
туры на контакте в подшипнике качения.
На рис. 6 и 7 представлено изменение параметра Л использованием исследуемых масел И100РС и ТНК 460.
Согласно [1] при Х<3 реализуется режим ЭГД-смазки, плёнка называется тонкой и исследуется в основном её состояние, потому что в данном случае существенно влияние шерожватости на характер происждящих в плёнке явлений. Такая плёнка встречается наиболее часто.
Таким образом, при использовании смазочного материала с меньшей вязкостью на контакте не происходит реализации режима ЭГД-смазки, а скорее наблюдается граничный режим смазывания. Это связано с малой вязкостью И100РС. Образующаяся плёнка под действием созданных нагрузок разрушается, не обеспечивая полное разделение трущихся поверхностей в контакте.
При использовании смазочного материала с более высокой вязкостью при установившемся температурном режиме на контакте реализуется режим ЭГД-смазки. Это является подтверждением того, что смазочный материал с более высокой вязкость способен создавать масляную плёнку на контакте, выдерживающую нагрузки и обеспечивающую разделение трущихся поверхностей.
Для определения уровня напряжений на контакте виброметром фиксировалось виброускорение.
На рис. 9 представлено изменение уровня вибрации подшипников качения в эксперименте с использованием менее вязкого масла И100РС.
Сравнение уровня значений виброускорения с величиной Л показывает, что они могут являться характеристикой реализации режима ЭГД смазки. Этот факт
характеризует наличие установившегося режима ЭГД-смазки при использовании более высоковязкого смазочного материала и его отсутствие при использовании менее вязкого.
Одновременно по температуре на контакте в подшипнике качения при известном значении пьезокоэффициента вязкости можно устанавливать возможность реализации на контакте режима ЭГД-смазки.
Список литературы
1. Справочник по триботехнике: в 3 т. Т. 2: Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и качения / под общ. ред. М. Хебты, А.В. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 1990. 416 с.: ил.
2. Мироненков Е.И., Жиркин Ю.В., Дудоров Е.А. // Тяжёлое машиностроение. 2007. № 2.
3. Коднир Д.С., Жильников Е.П., Байбородов Ю.И. Эластогидро-динамический расчёт деталей машин. М.: Машиностроение, 1988. 160 с.: ил.
4. Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения: Расчёт, проектирование и обслуживание опор: справочник. 2-е изд., пе-рераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992. 608 с.: ил.
Bibliography
1. Reference book of tri bo-engineering. T. 2: Oil lubricant, technology of lubrication, sliding and rolling bearing / M. Hebda, Chichi-nadze. M.: Mechanical engineering, 1990. 416 p.
2. Rolling mill physical modeling of work roll guide bearing selflubrication regime Zhirkin Yu.V., Mironenkov E.I, Dudorov E.A. // News of highest educational institution. Iron-and-steel industry. 2007. № 4.
3. Kodnir D.S., Zhilnikov E.P., Biborodov Yu.I.. Elastodynamics calculation of machine element. M.: Mechanical engineering, 1988. 160 p.
4. Perel L. Ya. Philatov A.A. Rolling bearing: Calculation, designin and maintenance of suppor: reference book. 2th publication, re-maked and augmented. M.: Mechanical engineering, 1992. 608 p.
