CC BY
10УДК 621.436
ДИАГНОСТИКА ПАР ТРЕНИЯ В ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ
Хараев Г.И. ФГБОУ ВО «ВСГУТУ»
Аннотация. В данной работе дано описание установки для диагностики пар трения в технических средствах. Приведена методика выполнения экспериментов. Определены характеристики, которые можно обнаружить с помощью метода диагностики. Представлены результаты исследования акустических сигналов пар трения. Установлено, что метод позволяет исключать сигналы технологических шумов, не относящихся к функционированию пар трения, а также определять сигналы наиболее актуальной пары трения путем установки датчиков в непосредственной близости к интересуемому участку. В том числе, монтаж оборудования не сложен и предполагает возможность автоматического контроля процесса диагностики. Таким образом, в настоящее время этот метод можно рассматривать как перспективное и приемлемое средство определения фрикционных процессов. Исследования проведены на основе изучения и анализа материалов, опубликованных в открытых информационных источниках.
Ключевые слова: агроинженерные системы, подвижные сопряжения, результаты исследования, графические зависимости.
Введение
Надежное функционирование агроинженерных систем на современном этапе развития сельскохозяйственного производства имеет ключевое значение [2, 4, 5, 10]. Решение этой задачи предусматривает, в том числе создание технических средств и технологий, работающих на инновационных принципах [1, 3, 9, 11]. Особую важную роль при этом имеет корректная работа деталей с подвижным сопряжением. Это наиболее уязвимые составляющие энергонагруженных механизмов. Изменение внешних, а также внутренних условий, является причиной повреждений с последующим выходом из работы других элементов технических устройств.
Распространенные методы постоянного контроля подвижных сопряжений (измерение сил трения, а также износа, значений температуры, феррография и т.д.), обычно определяют только интегральные показатели фрикционных процессов, информируя о факте появлении патологических явлений как о свершившемся событии. Способ контроля, использующий анализ сигналов акустического излучения (АИ) позволяет исключить эти недостатки.
Цель данной работы — расширить рамки использования акустического способа для исследования пар трения.
Материалы и методы
Эксперименты выполняли на установке [8], представляющей собой машину торцевого трения, а также комплект аппаратуры аналогово-цифрового типа для определения фрикционных показателей сопряжений.
Сигнал АИ передается пьезопреобразователю (пьезокерамика ЦТС-19), вмонтированным в держатель образца на определенном удалении, а также параллельно
исследуемой поверхности трения. В ходе проведения опытов, регистрировалась величина силы трения, включая мгновенные значения переходного электросопротивления контакта.
Результаты и обсуждение
Анализ графических зависимостей (экспериментальные графики) амплитудно-частотных показателей сигналов АИ в диапазоне 30 кГц...1 МГц показал, что при выполнении экспериментов в условиях трения смазываемых стальных поверхностей, был выявлен существенный подъем амплитуды в области частот 80...100 кГц (рис.1). Эта часть представляет собой среднюю частоту контактирования микронеровностей. Кроме того, увеличение скорости скольжения не вызывает смещение максимума амплитуд сигналов АИ в соответствующую сторону.
а) б)
Рисунок 1 - Амплитудно-частотная характеристика (а) и характерный вид (б) осциллограммы
сигналов АИ (длительность развертки 2-10-4 с)
На рис. 2 отражена корреляция средней амплитуды АИ в функции времени приработки. Здесь выделяются два периода. В периоде один (участок I), при значительной величине амплитуд АИ, видны их существенные колебания. Это происходит по причине того, что в области фрикционного контактирования из-за влияния локальных начальных давлений осуществляются процессы упругопластического деформирования. После упрочнения поверхностного слоя, а также образования вторичных структур, спустя некоторый временной отрезок осуществляется второй период (участок II), при котором происходит уменьшение амплитуды с несущественным варьированием их значений.
I
С
Рисунок 2 - Зависимость средней амплитуды АИ от времени приработки и внешний вид осциллограмм на соответствующих участках (длительность развертки 2.10-3 с)
При выполнении опытов также изучены состояния действующих сопряжений, близкие к развитию заедания так называемые предзадирные. Они определяются образованием некоторых пиков на осциллограмме (рис.3а). Далее происходит необратимый процесс скомкования (заедания) поверхностей, отраженный на осциллограмме (рис.3б).
Рисунок 3 - Осциллограмма, начальной фазы, развития (а) и собственно процесса (б)
заедания
Заедание отражается на спектральном составе АИ. На рис.4 проиллюстрированы относительные уровни диапазонов частотных компонентов АИ, выделенных посредством острорезонансных фильтров на значениях частот 50, в том числе 100 и 350 кГц при корректном функционировании сопряжения, а также при заедании. Некорректная работа сопряжения связана с тем, что основная энергия излучения переходит в область низких частот. Это происходит из-за значительного увеличения шероховатости, в том числе падения количества пятен фактического контакта. Аналогичные показатели получены также в работах [7, 6].
Безразмерное отношение К=А 50*/ А100* применяется как диагностический параметр В случае когда К<1 - процесс происходит в пределах нормального граничного трения. При К>1- осуществляется процесс нежелательного заедания.
Начальная фаза образования заедания определяется безразмерным параметром -К1 =Апик/ Аср . Этот параметр больше 1. И чем больше это значение, тем процесс развития заедания становится больше. Эти параметры безразмерные.
а) б)
Рисунок 4 - Спектральный состав АИ при нормальном функционировании (а) и при
заедании (б)
Выводы.
1. Метод позволяет исключить сигналы технологических шумов, не относящихся к функционированию пар трения.
2. Метод способен определять сигналы наиболее актуальной пары трения путем установки датчиков в непосредственной близости к интересуемому участку.
3. Монтаж не сложен.
4. Автоматический контроль не затруднителен.
Таким образом, в настоящее время этот метод представляет собой практичный, перспективный и приемлемый инструмент определения фрикционных процессов.
Библиография
1. Алтухов С.В. и др. Анализ теплового состояния распылителей форсунок // Аграрная наука. 2018. № 5. С. 56-57.
2. Алтухова Т.А. и др. Анализ работ по надежности технологических систем в исследованиях функционирования машинно-тракторных агрегатов АПК // Известия Международной академии аграрного образования. 2020. № 50. С. 5- 7.
3. Алтухова Т.А. и др. Обзор и анализ исследований охладителей зерна как основа для создания более совершенных машин // Аграрная наука. 2018. № 3. С. 68-69.
4. Аносова А.И. и др. Методика определения безотказности и поиска неисправностей при диагностировании технических средств // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6 (92). С. 181-183.
5. Аносова А.И. и др. Функциональная диагностика двигателей внутреннего сгорания // Известия Международной академии аграрного образования. 2022. № 58. С. 10-13.
6. Баранов, А.В. Высокочастотная акустическая диагностика работы пар трения / А.В. Баранов, В.А. Вагнер // Расчет, диагностика и повышение надежности элементов машин. -Барнаул.: АГТУ. - 2000. - № 2. - С. 87-89.
7. Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Крагельский, М.Н. До-бычин, B.C. Комбалов. -М.: Машиностроение. - 1977. -526 с.
8. Лебедев, В.М. Акустические исследования работы трибосопряжений смазываемых пластичными смазочными материалами / В.М. Лебедев, А.В. Баранов // Долговечность трущихся деталей машин. -М.: Машиностроение. - 1988.- №3.- С. 234-243.
9. Степанов Н.В. и др. Новая защитная смазка для хранения сельскохозяйственной техники // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2019. № 1 (53). С. 352-358.
10. Шуханов С.Н., Кузьмин А.В., Болоев П.А. Надежность работы машинно-тракторного агрегата // Инженерные технологии и системы. 2020. Т. 30. № 1. С. 8-20.
11. Shukhanov S.N., Ovchinnikova N.I., Kosareva A.V., Dorzhiev A.C Determination of the optimal incline angle of the incision of the cutting machine of the tuber grinder of potatoes // В сборнике: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. III International Scientific Conference: AGRITECH-III-2020: Agribusiness, Environmental Engineering and Biotechnologies. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. 2020. С. 52026.
Хараев Геннадий Иринчеевич, доктор технических наук, доцент, kharaev.g@yandex.ru, Россия, Улан-Удэ, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и
управления
DIAGNOSIS OF FRICTION COUPLES IN TECHNICAL FACILITIES Kharaev Gennady Irincheevich
Annotation. The paper gives a description of the installation for diagnosing friction pairs in technical equipment. The technique for performing experiments is given. The characteristics that can be found using the diagnostic method are determined. The results of the study of acoustic signals of friction pairs are presented. It has been established that the method makes it possible to eliminate the signals of technological noises that are not related to the functioning of friction pairs, as well as to determine the signals of the most relevant friction pair by installing sensors in close proximity to the area of interest. In particular, the installation of equipment is not complicated and automatic control of the diagnostic process is possible. Thus, at present, this method is a fairly acceptable means of determining frictional processes. The research is based on the study and analysis of materials published in open information sources.
Key words: agro-engineering systems, mobile interfaces, research results, graphic dependencies.
Kharaev Gennady Irincheevich, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, kharaev.g@yandex.ru , Russia, Ulan-Ude, East Siberian State University of Technology and
Management
