Моделирование технического состояния подшипников дисковых борон по тепловому излучению Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

3. Ковалевская Ж.Г., Хатькова A.B., Белявская О.В. и др. Влияние нагрева на фазовые превращения в геомодификаторе трения на основе слоистого гидросиликата // Обработка металлов. - 2013. - № 1 (58). - С 75-80.

4. Шаркеев Ю.П., Ковалевская Ж.Г., Белявская О.В. и др. Создание металлокерамических защитных слоев на поверхности конструкционных сталей // Физическая мезомеханика, компьютерное конструирование и разработка новых материалов: Тезисы докл. межд. конф. (Томск, 5-9 сентября 2011). - Томск: ИФПМ СО РАН, 2011. - С. 312-314.

5. Абразивная и алмазная обработка материалов: Справочник / Под ред. А.Н. Резникова. -М.: Машиностроение, 1977. - 391с.

УДК 621.822

Канд. техн. наук П.А. ИЛЬИН (СПбГАУ, 92130369@mail.ru)

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОДШИПНИКОВ ДИСКОВЫХ БОРОН ПО ТЕПЛОВОМУ ИЗЛУЧЕНИЮ

Подшипниковый узел, температура, осевой зазор

Комплексным показателем качества и стабильности работы подшипникового узла является его температура. Причиной повышенной температуры может быть малый зазор в подшипнике или чрезмерно большой натяг, недостаток смазки, увеличенный момент трения вследствие износа рабочих поверхностей подшипника или взаимного перекоса колец. Возможны комбинации этих причин. В результате анализа работ И.В. Крагельского, В.Н. Нарышкина, Р.В. Коросташевского, H.A. Спицына, Б.И. Костецкого, Л Я. Переля была получена формула, определяющая температуру подшипника дисковой бороны, учитывающая совместное влияние известных факторов [1].

Для проверки теоретической модели были проведены стендовые испытания по определению зависимости температуры подшипника дисковой бороны от продолжительности работы для каждого технического состояния подшипников.

Для проведения эксперимента были сформированы комплекты подшипниковых узлов со следующей величиной осевого зазора в подшипниках: 1 - 0,00 мм; 2-0,10 мм; 3 -0,17 мм; 4 -0,20 мм; 5-1,00 мм.

Также были сформированы два комплекта подшипниковых узлов, в которые установлены подшипники с осевым натягом: 1 - 0,02 мм; 2 - 0,09 мм.

Графически полученные зависимости представлены на рис. 1.

Функциональные зависимости расчетной температуры подшипника от продолжительности работы для каждого технического состояния подшипников:

1. Подшипники с осевым зазором 0,0 мм:

_£(30,4862+7>)+46007> Tpi-.

4600+t

2. Подшипники с осевым зазором 0,10 мм:

_t(33,3179+7V)+46007V Ip? .

4600+t

3. Подшипники с осевым зазором 0,17 мм:

_£(35,3001+7>)+46007> 1рз •

4600+£

4. Подшипники с осевым зазором 0,20 мм:

_£(36Д497+7>)+46007>

Тр4-.

4600+£

5. Подшипники с осевым зазором 1,0 мм:

_£(58,8033+7>)+46007>

Тр5-.

4боо+£

6. Подшипники с предварительным натягом 0,02 мм:

_£(50,7592+7>)+46007> 4боо+£

7. Подшипники с предварительным натягом 0,09 мм:

_£(137,814+7>)+46007> 4600+£

где Трь Тр2, Трз, Тр4, Тр5, Трб, Тр7 - температура подшипника °С, соответственно при осевых зазорах в подшипниках 0,0 мм; 0,1 мм; 0,17 мм; 0,2 мм; 1,0 мм; и осевых натягах 0,02 мм; 0,09 мм;

I - продолжительность работы, с;

Ту - температура воздуха, °С.

В первые 30 мин. работы может наблюдаться расхождение между экспериментальными данными и теоретическими. Связано это с тем, что подшипниковый узел имеет некоторую массу, а соответственно и тепловую инерцию, и в начальный период времени теоретическая температурная кривая будет лежать выше экспериментальной, но после 30 мин. работы экспериментальные данные повторяют теоретические. Все данные, по которым построены представленные зависимости на рис. 1, прошли обработку по критерию Кочрена и с использованием дисперсионного анализа по критерию Фишера для уровня доверительной вероятности 0,95.

Проверка по критерию Кочрена показала, что наблюдаемое значение критерия меньше критического (табличного), а это означает, что дисперсии выборок однородны.

Проверка с применением дисперсионного анализа по критерию Фишера позволила получить отношение расчетного и экспериментального среднеквадратических отклонений. Их отношение меньше табличного значения критерия Фишера, а значит, расхождение между экспериментальными измерениями не существенно, экспериментальные данные описывают теоретические модели с доверительной вероятностью 0,95.

Зависимости, представленные на рис. 1, получены в результате обработки измерений, произведенных с помощью термопар. Каждая экспериментальная температурная кривая построена по результатам обработки 3600 измерений. Диапазон, в котором находятся данные для всех зависимостей, представленных на рис. 1, составляет ±0,8°С, так как является наибольшим для всех из исследуемых осевых зазоров и натягов подшипников, кроме подшипников с осевым натягом 0,1 мм. Поэтому на рис. 1 диапазон, в котором лежат экспериментальные температуры, составляет ±0,8°С.

На рис. 1 также представлена зависимость температуры поверхности корпуса от продолжительности работы для подшипников с осевым натягом 0,1 мм. Диапазон, в котором лежат экспериментальные значения температур, составляет ±1,5°С, связано это с тем, что температура корпуса подшипника с осевым натягом 0,1 мм в 4 раза выше, чем при остальных величинах осевого зазора или осевого натяга.

Продолжительность стендового испытания, с

А

•оо иоо 1*00 )«СО «ООО мюо

11|»«амашгтмьиостк омиовмо мслытвиия, с

Б

Продолжительность стендового

г

1И», С

Продолжительность тмломп) испытания, с

в

Ипшаегг'^виш I«. СПЯМЯНШ1ШМ Пролопгятыыют апипмго>спытим,с

Д Е

Рис. 1. Зависимость температуры подшипника от продолжительности работы: А - осевой зазор 0,0 мм; Б - осевой зазор 0,1 мм; В - осевой зазор 0,17 мм; Г - осевой зазор 0,2 мм;

Д - осевой натяг 0,02 мм; Е - осевой натяг 0,09 мм: • - экспериментальные данные;---теоретическая модель; - доверительный интервал

Измерения температуры подшипникового узла проводились термопарами в течение первого часа работы. Тепловизором проводились измерения температуры поверхности подшипникового узла на протяжении двух часов работы. Параллельное измерение термопарами и тепловизором проведено для определения адекватности данных, полученных контактным и бесконтактным методами. Для проведения тепловизионной съемки использовался тепловизор Тез1:о-881-1.

Результаты инфракрасной съемки представлены на рис. 2,3. Инфракрасная съемка проводилась в течение первого часа работы подшипниковых узлов через каждые 15 мин., а в течение второго часа работы через каждые 30 минут. Результаты, полученные при проведении инфракрасной съемки, находятся в диапазоне экспериментальных данных, полученных с помощью термопар.

Продолжительность испытания, с

Рис. 2. Зависимость температуры подшипника от продолжительности работы. Линиями обозначены варианты теоретической модели, а точками обозначены результаты

тепловизионной съемки

ЭО

О 900 1ВОО 2700 ЭбОО 4500 5400 6ЭОО 7 2 ОО

П рололжитеи1ьность исш>|1 цнны, с

Рис. 3. Зависимость температуры подшипника от продолжительности работы. Линиями обозначены варианты теоретической модели, а точками обозначены результаты

тепловизионной съемки

Проведенные лабораторные испытания подтвердили результаты теоретических исследований. Полученные теоретические зависимости температуры подшипники от продолжительности работы описываются экспериментальными данными.

Нагрев подшипника дисковой бороны при зазоре от 0,0 мм до 0,17 мм после часа работы составляет соответственно 13,3°С и 15,5°С, то есть находится в диапазоне 2,2°С. Точность определения температуры поверхности подшипникового узла составляет 0,1°С. При диагностике сложно определить величину осевого зазора или осевого натяга с точностью, которая обеспечивается при сборке подшипниковых узлов для стендовых испытаний в 0,01 мм. Поэтому при диагностировании необходимо различать четыре технических состояния подшипников (рис. 4: 1. Осевой зазор номинальный. 2. Осевой допустимый зазор. 3. Осевой зазор выше допустимого. 4. Осевой натяг).

о

О МО 1300 1М0 !М0 ухо >мо

Bfim. с

Рис. 4. Зависимость температуры подшипника от продолжительности работы: 1 - подшипники с номинальным осевым зазором 0,0 мм; 2 - подшипники с допустимым осевым зазором 0,17 мм; 3 - подшипники с осевым зазором более 0,17 мм; 4 - подшипники с осевым натягом

Часть области, которая характеризует осевой зазор более 0,17 мм, накладывается на область, которая определяет осевой натяг. При определении технического состояния подшипника возникает сложность, для разрешения которой разработан второй диагностический параметр: зависимость разницы между температурой поверхности корпуса подшипникового узла и областью контакта манжета-вал от продолжительности работы [1].

Во время лабораторных испытаний производилась инфракрасная съемка поверхностей подшипниковых узлов и области контакта манжета-вал. При осевом зазоре от 0,0 до 0,17 мм температура поверхности подшипникового узла выше температуры области контакта манжета-вал на 1±0,5°С.

При осевом натяге температура поверхности подшипникового узла выше температуры области контакта манжета-вал от 1°С и более.

При осевом зазоре от 0,17 до 1,00 мм температура поверхности подшипникового узла выше температуры области контакта манжета-вал в диапазоне от 0°С до 1°С или ниже 0°С.

В результате проведенной работы сформулированы следующие выводы. Функциональные зависимости расчетной температуры подшипников дисковых борон на примере дисковой бороны БДТ-7, полученные с помощью теоретической модели, адекватны с уровнем доверительной вероятности, достаточной для практического применения.

В качестве диагностических параметров подшипников дисковых борон возможно использование изменения температуры поверхности подшипникового узла, а также отношения между температурами корпуса подшипникового узла и вала в области контакта манжета-вал.

Литература

1. Тишкин Л.В., Ильин М.А., Ильин П.А. Теоретическое обоснование диагностических параметров оценки работоспособности подшипника дисковой бороны// Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2012. - №26. - С. 372-377.

УДК 62-97Л98

Канд. техн. наук Д.С. АГАПОВ

(СПбГАУ, &1Тегеп176(й!list.ru)

ИССЛЕДОВАНИЕ ВНУТРИЦИЛИНДРОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПОДВОДА ТЕПЛОТЫ К РАБОЧЕМУ ТЕЛУ В ЦИКЛЕ ДВС НА ОСНОВЕ НЕРАВНОВЕСНОЙ

ТЕРМОДИНАМИКИ

Потери эксергии, анергия, производство энтропии, ДВС

В процессе работы ДВС теплота к рабочему телу может подводиться или отводиться в различных устройствах. Так, например, в промежуточном воздухоохладителе (интеркулере) отводится теплота 0ОХл, в камере сгорания подводится теплота от сгорания топлива Осг, а также отводится теплота от газов в стенки цилиндра Ост• Наибольшая деструкция энергии (скорость производства энтропии) наблюдается в цилиндре двигателя, поэтому наши дальнейшие исследования были направлены на внутрицилиндровые процессы.

Внутри цилиндра наряду с теплообменными процессами протекают и химические реакции, которые в свою очередь также приводят к росту производства энтропии [1]. Кроме того, в процессе этих теплообменов количество рабочего тела в цилиндре двигателя не остается постоянным. За время ¿/г оно изменяется на величину ¿¡п:

(Ы = дпвп+дпсг+& 1аын, (1)

где дпвп, 5пс.., 5ппшъ — соответственно изменения количества рабочего тела в процессе впуска, сгорания и выпуска, моль.

Запишем первое начало термодинамики в молярной форме:

«/« =-=- (2)

п п

Тогда изменение молярной энтропии для идеального рабочего тела запишется следующим образом:

, _ 5дт _ -Т с!Т-п-/исрт п-Я-Т-ф Дж

— — "I" . (3)

111 ГГ1 ГГ1 ГТ1 ГТ1 X Г \ ^

1 п-1 п-1 р-1 МОЛЬ • К

При этом уравнение внешнего энергообмена рабочего тела с окружающей его средой будет следующим:

= - &1п,.а„ + ~ ^пиеып , (4)

где qm, хим и С1„ь ст — теплоты, приходящиеся на один моль рабочего тела соответственно за счёт химической реакции тепловыделения и потерь теплоты в стенки цилиндра, Дж/моль;

Ъш вп и Ъш вып — молярные энтальпии рабочего тела соответственно на впуске и выпуске из цилиндра, Дж/моль.

Выражение (3) для рабочего тела представлено в развёрнутом виде: