Методика и результаты исследований температуры трения в шарнирах лесных манипуляторов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

DOI: 10.12737/3368 УДК 630.323.113

МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ТРЕНИЯ В ШАРНИРАХ ЛЕСНЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ

кандидат технических наук, доцент кафедры лесной промышленности, метрологии,

стандартизации и сертификации А. И. Серебрянский кандидат технических наук, доцент кафедры лесной промышленности, метрологии,

стандартизации и сертификации В. В. Абрамов студент Д. А. Канищев ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая акад aleksey@serebryanskiy.com, уйаН 1980a@mail.ru, с1уопсе@

В лесной промышленности широко используются машины манипуляторного типа. В конструкцию манипуляторов входят шарнирные соединения, которые являются слабым местом технологического оборудования, так как при наработке до 3000 моточасов выходят из строя [1]. Одним из факторов, объясняющих низкую из носостойкость этих узлов трения, являед^я несовершенство процесса смазки тршцш поверхностей. В случае смазываяиь тдо-щихся поверхностей шарниро^манипуляторов пластичной смазкоГутау дщствием высоких нагрузок происхошчс выдавливание смазки из зоны треиЙЙ^цлто приводит к повышенному изжюЛфюлнительным нагрузкам, удараЛ^шфациям и преждевременному вы£&м^зла трения из строя.

трения оказывает существеннее <^лияние на износостойкость п^Ц^и ко в скольжения. При повыше-утемпературы, выше допустимой для т^х или иных материалов, в последних роисходят физические, химические и механические изменения, особенно в поверхностных и приповерхностных слоях. Такие изменения приводят к повышенному износу, появляются очаги микросваривания,

заедания, задире^ проявляются виды изнашивания, могло бы не быть при допустимых "^щ^ениях температуры трения. Йовь\иается износ, доходящий до кр^иресТиИго. При экстремальных значе-тературы может полностью останься работа узла трения, что ведет к го разрушению.

Для исключения указанных недостатков предлагается использовать в качестве антифрикционного материала в подшипниках скольжения манипуляторов самосмазывающиеся антифрикционные пластики типа АМАН. Чтобы адекватно судить о работоспособности предлагаемых пластиков в данных узлах трения, необходимо теоретически и экспериментально проанализировать величины температуры трения, возникающие при работе шарниров манипуляторов лесных машин.

Целью данной работы является определение степени влияния температуры трения на работоспособность пластиков типа АМАН (ЭСТЕРАН - 29, АМАН - 13) в качестве антифрикционного материала в шарнирных соединениях манипуляторов. В качестве примера рассматривались манипуляторы лесозаготовительных машин.

Теоретические исследования температуры трения проводились по следующей методике:

Определяется фактор PV. 100 х R

Р =

ё х I

(1)

где R, Н - нагрузка на подшипник сколь-

жения;<1, мм - диаметр вала;

1, мм - длина подшипника. Ж X X п

об

где п,

V = ■

60000

скорость скольжения;

(2)

(1, мм - диаметр вала.

По условию [2] подшипник должен работать без смазки, что и имеет место в данном случае.

Затем устанавливается температурное поле в подшипнике. Вначале определяем мощность теплового потока в единицу времени на поверхности контакта вал втулка по формуле

2,3x10 хРУ

Ч = п

х/

в

где Л, кН - нагрузка на подщда с?

Определяется темп£ на внут-

ренней поверхности вг ^ [2]

I =кх В х р\ п

— х1п —+ 2Л к

(4)

)х10 Ъ +t

п® р\= 0,17 - коэффициент разделения потоков тепла, определяемый с помощью экспериментальных графиков; Вт

Х = 0,29-

0 г

м х С

- коэффициент теп-

лопроводности; коэффициент к=0,7 учитывает прерывистый цикл работы шарнирных соединений лесных манипуляторов; Вт

Л = 7,5-

м

2

- коэффициент теплооб-

мена от стали к воздуху в зависимости от влажности; . Ч.Д

Бь мм - наружный диаметр ко&цус^^ ко - коэффициент взаимга'в^тже-крытия. I/

*о =

(5)

где Б, мм - внутренжгадиЛметр корпуса.

Рабочая те^фатура корпуса устанавливается лСРфор муле

+ 1

0'

(6)

77 х^

С (Средняя температура втулки будет

I = Р

1 , +t п р\ р2

2

(7)

Для определения рабочей температуры шарнирных соединений с антифрикционными втулками из пластика АМАН - 13 исходные данные будут такими же, что и в случае с ЭСТЕРАНом - 29, за исключением коэффициента разделения потоков тепла Р =0,23 и коэффициента теплопровод-Вт

ности А = 0,21-.

Л1Х С

Результаты расчета рабочей температуры рассматриваемых шарнирных соединений с антифрикционными пластиками ЭСТЕРАН - 29 и АМАН - 13 представлены, соответственно, в табл. 1 и 2.

Как видно из табл. 1 и 2, рабочая тем-

с

Таблица 1

Рабочая температура шарнирных соединений с пластиком ЭСТЕР АН - 29

пература ш^арирных соединении с анти-фрикцидннЬши^ пластиками ЭСТЕР АН -- 13 находится в пределах Это не превышает критического ¿ения температуры для этих пластиков, ри которой они начинают плавиться.

Экспериментальные исследования температуры трения были проведены на стенде и по методике, представленной в работах [3, 4, 5]. В данных исследованиях определялась температура трения при раз-

личных значениях нагрузки и скорости скольжения. Исходя из нагрузочно-скоро-стных режимов работы реальных шарнирных соединений манипуляторов, были выбраны следующие нагрузочно - скоростные режимы экспериментов: У=0,08... 0,13 м/с; Р = 0,8...2,65 МПа; в случае динамического нагружения частота действия динамической нагрузки принимается ф = 10 Гц. Кроме того, для сравнения представлены результаты исследований

пластика ВИЛАН - 9. Графическое изображение зависимости температуры трения от скорости скольжения и удельной нагрузки при статическом и динамическом нагружении представлено на рис. 1, 2.

Как показывают данные исследований, увеличение скорости скольжения и удельной нагрузки приводит к возрастанию температуры вблизи поверхности трения. Из рис. 1 и 2 видно, что кривые, характеризующие температуру вблизи поверхности трения, при динамическом на-гружении на несколько градусов выше, чем при статическом нагружении, это говорит о том, что динамическое нагружение интенсифицирует процессы, повышающие рабочую температуру узла трения.

Характер изменения температуры, при динамическом и статическом нагру-

жении, в принципе, одинаков. С увеличением нагрузки и скорости скольжения -увеличивается температура вблизи поверхности трения. Кривые температуры при скорости скольжения 0,8 м/с лежат ниже, чем при скорости скольжения 0,13 м/с, причем во всех случаях криваяТ"]К характеризующая температуру трейц^ ^ ВИЛАНа - 9, располагается вы:

С

кривая, характеризующая темпЕшТуру трения ЭСТЕРАНа - 29, а ^СЫс^ою очередь, выше кривой, харате^иэующей температуру трения А1\/ЬШа -Н^!. Это объясняется индивидуайКыряуй особенностями состава пластикоЧу^Д марка связующего, процентное^тняпение связующего и на-полните^^В\?елом же, при повышении скор^б™ яюльжения температура вблизи ■——ости трения увеличивается.

Р, МПа

4

—О—ВИЛАН-9Л=,13 м/с; -

-О- ВИЛАН-9^=0,08 м/с; -

—Ж— АМАН-13, V=0,08 м/с; -

Рис. 1. Зависимость температуры вблизи поверхности трения t от удельной нагрузки и

- ЭСТЕРАН-29, V=0,13 м/с; -АМАН-13, V=0,13 м/с; ЭСТЕРАН-29, V=0,08 м/с.

скорости скольжения при статическом нагружении

65

60

55

50

45

40

35

✓

ж

О- " . »» - V/ У ж'

•- ■ _ ^тг / X ж* У

У/Г ' (

ск

0.5

1

♦ ВИЛАН-9,У=0ЛЗ м/с; — ВИЛАН-9,У=0,08 м/с; -Ж— АМАН-13, У=0,08 м/с

Рис. 2. Зависимость температуры вблизи пове скорости скольжения при д

В ходе проведенных исследовани: был получен диапазон рабочих темпе вблизи поверхности трения ант онных пластиков ВИЛАН - 9,Э£ТЕ?ЧН -29 и АМАН - 13, сост<ш«|йС^ 37... 61 °С. Такие значения те'^^рат'уры находятся в зоне допустимЙ"*ша6очих температур для этих пласти^ед находятся далеко от верхней грашшьКэтого диапазона, который для нввннрпластиков составляет

170...30Ач>С5

¿нощ|ваясь на проведенных теорети-чае их экспериментальных исследовани-. ях,>можно сделать вывод, что антифрикционные пластики типа АМАН, с точки зрения рабочих температур вблизи поверхности трения, вполне работоспособны в качестве антифрикционного материала в шарнирных соединениях манипуляторов [6].

'Р. МПа

Ф

рения I от удельной нагрузки и ском нагружении

Библиографический список

1. Шевченко, В. П. Восстановление шарнирных соединений лесосечных машин электродуговой металлизацией [Текст] : автореф. дис. канд. техн. наук / В. П. Шевченко. - Химки, 1986. - 20 с.

2. Ремизов, Д. Д. Пластмассовые подшипниковые узлы [Текст] : учебник / Д. Д. Ремизов. - Харьков, 1982. - 176 с.

3. Смогунов, Н. С. Экспериментальная установка для исследования подшипников скольжения, работающих в условиях реверсивного трения [Текст] / Н. С. Смогунов, А. И. Серебрянский, В. И. Рубахин. - ВИНИТИ, 1998. - № 3576 - И98. - 6 с.

4. Смогунов, Н. С. Установка для исследования шарниров манипуляторов [Текст] / Н. С. Смогунов, А. И. Серебрян-

\

о

ский. // Рациональное использование ресурсного потенциала в агропромышленном комплексе. Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции. - Воронеж, 1998. - С. 41-45.

5. Смогунов, Н. С. Лабораторный стенд для исследования подшипников скольжения [Текст] / Н. С. Смогунов, Н. И. Милых, А. И. Серебрянский // Теория и практика машиностроительного оборудования. Тезисы докладов Четвертой

региональной межвузовской конференции.

- Воронеж, 1999. - Вып. 4. - С. 75-79.

6. Серебрянский, А. И. Повышение износостойкости шарнирных соединений манипуляторов при ремонте [Текст] / А. И. Серебрянский, Д. Н. Афоничев, А. В. Во-рохобин // Вестник Воронежского аграрного государственного университета. Теоретический и научно-практический журнал.

- 2012. - Вып. 2 (33). - С. 107-111.

DOI: 10.12737/3369 УДК 630.323.113

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА АНТИФРИКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ

МАШИН

кандидат технических наук, доцент кафедры лесной промышленности, метрологии,

стандартизации и сертификации А. И. Серебрянский кандидат технических наук, доцент кафедры лесной промышленности, метрологии, стандартизации и сертификации В. В. Абрамов студент Д. А. Канищев ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» aleksey@serebryanskiy.com, уйаН 1980a@mail.ru, dyonce@mail.ru

В лесной промышленности широко применяется технологическое оборудование манипуляторного типа. Рабочий ресурс оборудования такого типа в значительной мере определяют шарнирные соединения. Однако детали трущихся пар имеют значительно меньший рабочий ресурс по сравнению с ресурсом металлоконструкций и базовых машин.

Одним из путей повышения износостойкости пар трения является применение смазок. Однако вопросу смазки шарнирных соединений технологического оборудования лесных машин необходимо уделить

особое внимание. Под влиянием больших удельных нагрузок и реверсивности трения смазка выдавливается из зоны контакта, и смазывание трущихся поверхностей шарнира происходит в граничном, сухом, редко, полужидкостном режиме. Это отрицательно влияет на износостойкость шарниров, так как возникают такие явления как схватывание и заедание. К тому же жидкая смазка без соответствующих присадок интенсифицирует водородное и окислительное изнашивания. Очевидно, что для смазки шарниров манипуляторов наиболее рационально было бы предположить твердую