Научная статья на тему 'Методика и результаты исследований температуры трения в шарнирах лесных манипуляторов'

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

CC BY
169
41
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Лесотехнический журнал
ВАК
AGRIS
RSCI
Ключевые слова
ШАРНИРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ / ТЕМПЕРАТУРА ТРЕНИЯ / ПЛАСТИКИ / ЛЕСНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ / ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ / ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ / МАНИПУЛЯТОР / HINGED JOINTS / FRICTION TEMPERATURE / PLASTICS / TIMBER INDUSTRY / WEAR RESISTANCE / SLIDING BEARING / MANIPULATOR / ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО / ЛЕСНЫЕ МАШИНЫ / МАНИПУЛЯТОРЫ / ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Серебрянский Алексей Иванович, Абрамов Виталий Викторович, Канищев Денис Александрович

Определена область применения манипуляторного технологического оборудования лесозаготовительных машин и шарнирных соединений, входящих в их конструкцию. Установлено, что трущиеся поверхности деталей шарнирных соединений подвержены повышенному износу из-за несовершенного подбора смазочных и конструкционных материалов. Предлагается в качестве антифрикционных материалов в шарнирах манипуляторов использовать самосмазывающиеся антифрикционные пластики. На износостойкость таких пластиков существенное влияние оказывает температура трения. Чтобы судить о возможности их применения с точки зрения рабочих температур были проведены теоретические исследования температуры трения некоторых шарнирных соединений. На основе уже имеющейся методики расчета рабочих температур была разработана методика определения температуры трения для самосмазывающихся неметаллических антифрикционных пластиков с точки зрения возможности их применения в шарнирных соединениях манипуляторов лесозаготовительных машин. В этой методике учитывается коэффициент разделения потоков тепла, обусловленный конструктивными особенностями шарниров манипуляторов. Для уточнения результатов расчетов вводится коэффициент, учитывающий прерывистый цикл работы шарнирных соединений манипуляторов лесозаготовительных машин. Основным рабочим фактором, определяющим температурный режим узла трения является фактор PV, то есть взаимодействие удельного давления и скорости скольжения. С учетом введенных коэффициентов и фактора PV были определены рабочая температура антифрикционной втулки, рабочая температура корпуса и средняя температура втулки, на основе которых были определены рабочие температуры шарнирных соединений в целом. Температуры определялись для двух пластиков АМАН-13 и ЭСТЕРАН-29. С теми же антифрикционными пластиками были проведены экспериментальные исследования температуры трения на лабораторном стенде. При экспериментальных исследованиях использовался принцип подобия. Результаты исследований показывают, что экспериментальные значения температуры несколько выше, чем теоретические. Основываясь на определенном диапазоне температур трения антифрикционных пластиков, был сделан вывод, что они вполне работоспособны в качестве антифрикционного материала в шарнирных соединениях манипуляторов лесозаготовительных машин.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Серебрянский Алексей Иванович, Абрамов Виталий Викторович, Канищев Денис Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The methodology and results of studies of friction temperature in hinges of forestry manipulators

Scope of manipulator technological equipment of harvesting machines and joints within their structure is defined. It was found that the friction surfaces of the parts of hinged connections are at increased wear due to imperfect selection of lubricants and construction materials. We offered to use self-lubricating antifriction plastics as antifriction material in the joints of the manipulators. The durability of such plastics is significantly affected by the temperature of friction. To judge the possibility of their use in terms of operating temperatures theoretical studies of friction temperature of some hinged connections have been carried out. On the basis of the already existing methods of calculation of operating temperatures methodology for determining the temperature of friction for self-lubricating non-metallic antifriction plastics was developed in terms of their possible application in the hinged joints of forest machines manipulators. In this procedure, the separation factor of heat fluxes is taken into account due to the design of the hinges of manipulators. To verify the results of the calculations coefficient reflecting the intermittent cycle of operation of hinged connections of manipulators of forest machines is introduced. The main working factor determining temperature regime of friction unit is the factor of PV, i.e. the interaction of the specific pressure and sliding velocity. Taking into account input coefficients and PV factors operating temperature of anti-friction sleeve, operating temperature of the housing and the average temperature of sleeve were identified, based on which operating temperature of hinged connections in general were defined. Temperatures were determined for two plastics AMAН-13-29 and ЭСТЕРАН. With the same antifriction plastics experimental studies of friction temperature at laboratory bench have been made. In experimental studies the similarity principle was used. The results show that the experimental values of temperature are slightly higher than the theoretical ones. Based on a certain temperature range of antifriction plastics friction, it was concluded that they are quite efficient as an anti-friction material in the hinged joints of manipulators of harvesting machines.

Текст научной работы на тему «Методика и результаты исследований температуры трения в шарнирах лесных манипуляторов»

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 [email protected], уйаН [email protected], 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

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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» [email protected], уйаН [email protected], [email protected]

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

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.