CC BY
5
УДК 621.7.09
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-2-460-461
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДИ ПОВЕРХНОСТИ СМАЗОЧНЫХ КАНАВОК ПРИ ПРОЦЕССЕ ФОРМИРОВАНИЯ ЧАСТИЧНО РЕГУЛЯРНОГО МИКРОРЕЛЬЕФА НА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ПОВЕРХНОСТЯХ
А.В. Королев, А.А. Королев, В.В. Жалнин
В статье представлена математическая модель формирования смазочных канавок дискретного микрорельефа с замкнутым контуром на поверхности тела вращения, полученного протягиванием без скольжения абразивной ленты между обрабатываемой поверхностью и прижимным роликом. Использован вероятностный подход к моделированию с учетом случайных значений глубины отпечатка и случайного числа отпечатков от абразивных зерен на обрабатываемой поверхности. Установлена зависимость плотности вероятностей распределения значений площади отпечатков от зерен на обрабатываемой поверхности, математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение этой величины от плотности вероятности распределения глубин и числа смазочных канавок на обрабатываемой поверхности, которые в свою очередь зависят от зернистости абразивной ленты, силы ее прижима к обрабатываемой поверхности, твердости обрабатываемого материала, упругости материала ленты и других факторов.
Ключевые слова: поверхность, микрорельеф, дискретный микрорельеф, абразивная лента, абразивные зерна.
Постановка проблемы. Известны многочисленные методы, способы и устройства для формирования регулярного микрорельефа на поверхности деталей, направленные на удержание в рабочей зоне контактирующих деталей смазки и на уменьшение трения и износа поверхностей [1-18]. Недостатком многих из этих разработок является сложность практической реализации и сложность удержания жидкой или пластичной смазки в рабочей зоне, особенно в случаях, когда контур масляных канавок не является замкнутым и смазка под действием рабочей нагрузки может свободно выдавливаться из масляных канавок. Для решения указанной проблемы авторы предложили простой в реализации способ нанесения дискретного микрорельефа с замкнутыми канавками путем протягивания инструмента в виде абразивной ленты между обрабатываемой поверхностью и прижимным роликом. Способ очень прост в осуществлении, не требует сложного оборудования и оснастки. В результате такой обработки на обрабатываемой поверхности остаются углубления от абразивных зерен, которые затем заполняются твердой смазкой в виде графита или молибдена. Так как поверхность углублений, образованных абразивными зернами, является шероховатой, то твердая смазка прочно удерживается в этих углублениях даже при значительных контактных напряжениях. Это обеспечивает снижение трения и износа контактирующих поверхностей.
В предыдущей статье авторов [19] был подробно описан предложенный способ нанесения дискретного микрорельефа на поверхность тел вращения и рассмотрена вероятностная математическая модель формирования углублений от абразивных зерен в процессе обработки. Однако осталась нерешенной проблема формирования опорной поверхности твердой смазки, заполняющей смазочные канавки, которая возьмет на себя часть внешней нагрузки, воздействующей на зону контакта деталей. На решение это проблемы и направлена данная статья.
Цель статьи. В статье приводится вероятностная математическая модель формирования поверхности смазочных канавок в процессе протягивания инструмента в виде абразивной ленты между обрабатываемой поверхностью и прижимным роликом, что позволяет определить опорную поверхность твердой смазки после заполнения ею смазочных канавок.
Изложение основного материала. На рис. 1 приведена схема углубления, оставленная случайным абразивным зерном на обрабатываемой поверхности после протягивания инструмента между обрабатываемой поверхностью и прижимным роликом.
ъ
11 0 у
X
Рис. 1. Схема смазочной канавки, оставленной на поверхности абразивным зерном
Проведем декартову систему координат. Ось ОХ направим от поверхности в сторону смазочных канавок, ось 01 направим вдоль поверхности. Тогда площадь отпечатка зерна на обрабатываемой поверхности равна:
П,2 П ,2 ,2 5 = — Ь = — к2 • к
4 4 2
(1)
где 5 - площадь отпечатка на обрабатываемой поверхности от абразивного зерна, мм; Ь - ширина смазочной канавки, мм; к - глубина смазочной канавки, мм; к2- коэффициент пропорциональности между шириной смазочных канавки и ее глубиной (к2 = 3,8).
Плотность вероятностей случайной величины к, как показано в [19], соответствует равенству:
ё (к) =
У (к)
(у(к)-йо )2
2п*а 7
л/2Пст2 • ^(ёк, )
(2)
где ё (к) - плотность вероятностей распределения значений глубин смазочных канавок к, оставленных абразивными зернами на обрабатываемой поверхности, мм-1; ф(К)- функция, обратная по отношению к к(й)\
к(ё) =-
ё - с + Х
1 + к • П'Ш (1 V )
у 13,64 • Е • кХгх '
а 7
среднее квадратическое отклонение рассеивания размеров, абразивных зерен, находящихся на поверх-
ности инструмента, мм; ¥((с + Л), йт) - вероятность появления на обрабатываемой поверхности углублений от абразивных зерен, численно равная доли абразивных зерен, находящихся на рабочей поверхности абразивной инструмента, оставивших свой след на обрабатываемой поверхности; йк, йт - соответственно минимальный и максимальный размер абразивных зерен, которые могут вступить в контакт с обрабатываемой поверхностью, мм (йк = (с + Я)); с - расстояние между рабочей поверхностью накатного ролика и обрабатываемой поверхностью детали, мм; X - толщина подложки абразивной ленты, мм; Е - модуль упругости связки, МПа; ^ -коэффициент Пуассона материала связки; НУ - твердость материала детали НУ, МПа; к-кг - коэффициент, зависящий
от соотношения толщины слоя связки X и радиуса режущей кромки абразивного зерна ^^ (к\г = 20).
Плотность вероятностей распределения случайной величины 5 определяется равенством:
¡5 (5) = ё (у(5))-|У(5)|, мм-2, где ё (у(х)) - плотность вероятностей распределения величины у(5) , определяемой из (1);
2
(3)
у(5) =
А iх
к7\ п ,
а УМ =-^Л—.
к7
Тогда
Л (5) = —
к7
1 1
%• 5
2 к
(4)
(5)
Математическое ожидание площади смазочных канавок от абразивных зерен на обрабатываемой поверхности равно:
кт кт 1 П (
а дисперсия:
кт кт Г 1 Ц | 2 [У
5о = | * • /5 (0^ = Н^Д-ё -1-Л-
0 0 кЛ П ^ кЛ П
"т/П) К,
v п
Ж
2 = Ц 5 кЛ П ^
т (г—0)2 _ (_2
7 & V 7
(6)
(7)
где / - текущее значение величины 5, мм2; кт - максимальная глубина смазочных канавок, мм.
Как видно из выражений (5) - (7), распределение площади смазочных канавок от зерен зависит от максимальной глубины смазочных канавок и от плотности вероятностей распределения абразивных зерен на поверхности инструмента.
Предположим, что на единице обрабатываемой поверхности находится ъ смазочных канавок. Тогда с учетом (1) площадь всех смазочных канавок, находящихся на единице поверхности, будет равна:
П = 5 • 2 = -4^ \к,¥ • 2 . (8)
После заполнения смазочных канавок твердой смазкой величина г) будет представлять собой относительную площадь опорной поверхности твердой смазки.
Но величины 5 и г являются случайными величинами. Плотность вероятностей величины 5, как было показано выше, соответствует выражению (5). Распределение числа смазочных канавок по обрабатываемой поверхности, по всей вероятности, соответствует закону Пуассона. Как известно, математическое выражение закона Пуассона имеет вид:
72 1 (9)
7 (2 -1)!
461
где Hz - вероятность того, что на единице поверхности детали имеется z смазочных канавок (z=1,2,3,...); z0
2
- математическое ожидание числа смазочных канавок на единице обрабатываемой поверхности, шт./мм , равное
z0 = zd0 •F((c + X), dm),
zd0 - математическое ожидание числа абразивных зерен на единице поверхности инструмента, шт./мм 2 .
На основе формулы полной вероятности и равенств (5) и (9) вероятность осуществления события, состоящего в появлении на единице обрабатываемой поверхности числа смазочных канавок, имеющих суммарную относительную площадь г/, равна:
f (п) = Ъ. W-H. = ïlj^l f Д l/Cz» = -^Jlîlgf f JT h-o 2 -4, (Ю)
1 z=1 n=1kz\. f Mn)(z —1 Ji Mn-s fkzV n) и=0 (z -1)
где zm - максимально возможное число смазочных канавок на единице обрабатываемой поверхности, шт./мм 2 .
Математическое ожидание и СКО случайной суммы площадей г) смазочных канавок на единице обрабатываемой поверхности:
П( x) = s( x)■ zo
(11)
стл =CT.(x)- zo
Фактически равенство (11) представляет собой математическое ожидание и СКО относительной опорной поверхности твердой смазки, которая появится после заполнения смазочных канавок твердой смазкой. Как видно из равенства (11), характер распределения площади смазочных канавок от зерен на поверхности дискретного микрорельефа, довольно сложный. Он зависит от максимальной глубины смазочных канавок hm, от функции y(h) , которая, в свою очередь, зависит от модуля упругости связки E , твердости Hv, коэффициента Пуассона ^ материала обрабатываемой поверхности, коэффициента формы зерен kz. от силы прижима ролика к абразивной ленте и других факторов. Поэтому численный анализ влияния различных факторов на относительную опорную поверхность твердой смазки требует специального рассмотрения.
Список литературы
1. Колыбенко, Е. Н. Принципы подхода к определению технологической элементной базы средств автоматизации для подготовки производства механообработки по всему ее циклу / Е. Н. Колыбенко // Справочник. Инженерный журнал. - 2021. - № 11(296). - С. 43-51. - DOI 10.14489/hb.2021.11 .pp.043-051.
2. Danilov V. Laser technologies in the formation of harmonie lenses microreliefs//Journal of Physics Conférence Series, 1368(2):022081, 2019, рр 1-7. D0I:10.1088/1742-6596/1368/2/022081
3. Burov, V. G. Technological Aspects of Forming the Surface Microrelief of Low-Wear Coatings after Electro-Diamond Grinding / V. G. Burov, V. V. Yanpolskiy, K. Kh. Rakhimyanov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering : 7, Kemerovo, 23-25 сентября 2015 года. - Kemerovo, 2016. - P. 012018. - DOI 10.1088/1757-899X/126/1/012018.
4. Кудинов, Е. А. Оптимизация параметров вибрационного точения при формировании регулярного микрорельефа поверхности / Е. А. Кудинов, А. А. Владимиров // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии : Материалы Международной научно-технической конференции, Могилев, 20-21 апреля 2023 года. - Могилев: Межгосударственное образовательное учреждение высшего образования "Белорусско-Российский университет", 2023. - С. 137-138.
5. Влияние условий многоконтактной виброударной обработки на формирование микрорельефа поверхности обрабатываемой детали / Г. А. Прокопец, Е. П. Мельникова, П. В. Даценко, А. Буров // Современные тенденции развития инструментальных систем и металлообрабатывающих комплексов : Сборник трудов научно-технической конференции, посвященной памяти заслуженного деятеля науки и техники Российской Федерации, доктора технических наук, профессора А.А. Рыжкина, Ростов-на-Дону, 21 января 2021 года. - Ростов-на-Дону: Донской государственный технический университет, 2022. - С. 141-145.
6. Формирование регулярного микрорельефа на поверхности деталей выглаживанием с наложением низкочастотных маятниковых колебаний / А. А. Владимиров, А. Н. Афонин, А. В. Макаров, Е. Г. Кабулова // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2020. - № 6(344). - С. 45-50. - DOI 10.33979/2073-74082020-344-6-45-50.
7. Данилов В.А. Лазерные технологии в формировании микрорельефов гармонических линз / В.А. Данилов // Сборник трудов ИТНТ-2019 [Текст] : V междунар. конф. и молодеж. шк. "Информ. технологии и нанотехнологии" : 21-24 мая : в 4 т. / Самар. нац.-исслед. ун-т им. С. П. Королева (Самар. ун-т), Ин-т систем. обраб. изобр. РАН-фил. ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН ; [под ред. Р. В. Скиданова]. - Самара: Новая техника, 2019. - Т. 1 : Компьютерная оптика и нанофотоника. - 2019. - С. 714-722.
8. Пегашкин, В. Ф. Образование регулярного микрорельефа поверхностного слоя детали при УЗВК / В. Ф. Пегашкин, Г. А. Осипенкова // Сварка. Реновация. Триботехника : Материалы IX Уральской научно-практической конференции, Нижний Тагил, 21 января 2019 года / Министерство науки и высшего образования РФ; Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»; Нижнетагильский технологический институт (филиал); Редколлегия: В. А. Коротков, В. Ф. Пегашкин, Е. Н. Сафонов. - Нижний Тагил: Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2019. - С. 166-170.
462
9. Технология нанесения регулярного микрорельефа на поверхность отверстия / А. А. Киселев, Л. Р. Мило-ванова, М. В. Стекольников, И. А. Челышева // Молодежь и XXI век - 2019 : материалы IX Международной молодежной научной конференции, Курск, 21-22 февраля 2019 года. Том 5. - Курск: Закрытое акционерное общество "Университетская книга", 2019. - С. 117-120.
10. Авдеев, Д. О. К вопросу о влиянии регулярного микрорельефа (РМР) рабочей поверхности инструмента на качество обработанной поверхности детали / Д. О. Авдеев, Д. В. Евсеев, А. А. Бекаев // XXX Международная инновационная конференция молодых ученых и студентов (МИКМУС - 2018) : Сборник трудов конференции, Москва, 20-23 ноября 2018 года. - Москва: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук, 2019. - С. 232-235.
11. Кузнецов В.П. Финишная технология формирования износостойких поверхностей выглаживанием и деформирующим профилированием при многоцелевой обработке деталей : учебное пособие / В.П. Кузнецов, О.В. Дмитриева, В.Г. Горгоц ; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Курганский государственный университет. - Курган : Издательство Курганского государственного университета, 2022. - 89, [1] с.: ил., табл. - Библиогр. с. 81-88. - ISBN 978-5-4217-0630-4.
12. Довгалев А.М., Тарадейко И.А., Тарадейко М.В. Получение регулярного микрорельефа на поверхности деталей при совмещенном магнитно-динамическом накатывании//Сборник трудов конференции: «Актуальные проблемы науки и техники» : Материалы I Международной научно-технической конференции. Ижевск, 2021. С. 147-151.
13. Башмур К.А. Технологии микрорельефа для опор скольжения нефтегазового оборудования [Текст]. / К.А. Башмур, Ю.Н. Шадчина. // Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых: сб. статей. - Пермь, 2019. 78-80 с.
14. Авторское свидетельство № 1466917 A1 СССР, МПК B24B 39/04. Устройство для виброобкатывания : № 4176246 : заявл. 05.01.1987 : опубл. 23.03.1989 / А. П. Бородин, Б. Н. Букин, Ю. Г. Шнейдер ; заявитель Ленинградский институт точной механики и оптики.
15. Авторское свидетельство № 1493444 A1 СССР, МПК B24B 39/00. Способ образования поверхности трения : № 4284417 : заявл. 15.07.1987 : опубл. 15.07.1989 / Ю. Г. Шнейдер, А.В. Радионенко, Я.С. Фельдман, А.П. Бородин; заявитель Ленинградский институт точной механики и оптики.
16. Патент на полезную модель № 24410 U1 Российская Федерация, МПК B24B 39/00. Устройство для чистовой обработки поверхностным пластическим деформированием сложно-фасонных поверхностей : № 2002103891/20 : заявл. 11.02.2002 : опубл. 10.08.2002 / В. М. Сорокин, В. В. Берглезов, Е. А. Тарасова, С. С. Танчук.
17. Патент на полезную модель № 64126 U1 Российская Федерация, МПК B24B 39/00. Устройство для отделочно-упрочняющей обработки трущихся поверхностей деталей машин : № 2007105532/22 : заявл. 13.02.2007 : опубл. 27.06.2007 / В. М. Сорокин, А. В. Михеев, С. С. Танчук [и др.].
18. Патент на полезную модель № 113686 U1 Российская Федерация, МПК B24B 39/00. устройство для вибрационной обработки поверхностей : № 2011133805/02 : заявл. 11.08.2011 : опубл. 27.02.2012 / Н. В. Ермольчева, Б. С. Орлов, А. В. Королев ; заявитель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ).
19. Королев, А.А. Определение числовых параметров процесса формирования дискретного микрорельефа на поверхностях коллектора / А. А. Королев, А. В. Королев, В. В. Жалнин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2023. - № 7. - С. 415-420. - DOI 10.24412/2071-6168-2023-7-415-416.
Королев Альберт Викторович, д-р техн. наук, профессор, reсtorat@sstu. ru, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.,
Королев Андрей Альбертович, д-р техн. наук, профессор, Россия, Саратов, Саратовская государственная юридическая академия,
Жалнин Владислав Валерьевич, аспирант, [email protected], Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
DETERMINATION OF THE SURFACE AREA OF DEPRESSIONS DURING THE FORMATION OF A PARTIALLY REGULAR MICRORELIEF ON CYLINDRICAL SURFACES
A.V. Korolev, A.A. Korolev, V. V. Zhalnin
The article presents a mathematical model for the formation of lubrication grooves of a discrete microrelief with a closed contour on the surface of a body of rotation, obtained by pulling an abrasive belt without sliding between the treated surface and the pressure roller. A probabilistic approach to modeling was used, taking into account random values of the indentation depth and a random number of indentations from abrasive grains on the surface being processed. The dependence of the probability density of the distribution of values of the area of imprints from grains on the treated surface, the mathematical expectation and standard deviation of this value from the probability density of the distribution of depths and the number of lubrication grooves on the treated surface, which in turn depend on the grain size of the abrasive tape, the force of its pressing to the treated surface, have been established. surface, hardness of the material being processed, elasticity of the tape material and other factors.
Key words: surface, microrelief, discrete microrelief, abrasive belt, abrasive grains.
Korolev Albert Victorovich, doctor of technical sciences, professor, reсtorat@sstu. ru, Russia, Saratov, Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin,
Korolev Andrey Albertovich, doctor of technical sciences, professor, Russia, Saratov, Saratov State Law
Academy,
Zhalnin Vladislav Valerievich, postgraduate, [email protected], Russia, Saratov, Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin
УДК 629.488.27
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-2-464-465
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
А.Н. Шмойлов, А.Л. Золкин
Настоящая статья посвящена вопросам совершенствования процесса технической диагностики электрических машин железнодорожного подвижного состава: электрогенераторов пассажирских вагонов, тяговых электродвигателей локомотивов, моторвагонов электропоездов. В работе выделены важнейшие факторы, оказывающие значительное влияние на появление неисправностей электрических машин в эксплуатации. Предложена структурная схема нового стенда для испытания электрических машин подвижного состава. Было проведено исследование влияния температуры поверхности электрической машины на возникновение предотказного состояния всего технического устройства. Составлен график зависимости температуры поверхности электрической машины подвижного состава и ее технического состояния.
Ключевые слова: техническая диагностика, стенд для испытания электрических машин, электрический двигатель, вибрационные воздействия, температура поверхности.
Повышение надежности электрических машин подвижного состава - является важной задачей эксплуатационного и ремонтного комплекса железнодорожного транспорта. Установлено, что увеличение срока службы и повышение надежности дают относительно больший экономический эффект, чем снижение удельного расхода материалов при изготовлении электрических машин [1].
В процессе эксплуатации подвижного состава, под действием разных факторов выходят из строя различные электрические машины: электрогенераторы пассажирских вагонов, тяговые электродвигатели локомотивов и мото-рвагонов электропоездов.
В пассажирском вагонном депо выполняется большой перечень работ по поддержанию работоспособного и исправного состояния узлов вагона [2].
Важнейшим фактором, оказывающим значительное влияние на появление неисправностей электрических машин в эксплуатации является некачественный ремонт и послеремонтные испытания без учета внешних фактором, в частности вибраций, возникающих от неровностей пути при движении подвижного состава.
Решением данной проблемы является разработка установок и стендов для испытания высокооборотных электрических машин подвижного состава при воздействии регулируемых динамичных нагрузок и вибраций, изменяющихся по заданному закону.
С целью разработки стенда для испытания электрических машин подвижного состава были рассмотрены различные технические решения.
Наиболее близким техническим решением является стенд для испытаний высокооборотных электрических
машин [3].
Недостатком данного стенда является то, что он не предоставляет возможности проведения динамических вибрационных испытаний электрических машин, имитирующих воздействие динамических сил, возникающих при движении подвижного состава железнодорожного транспорта.
Данные недостатки были устранены в ходе разработки стенда для испытания электрических машин подвижного состава.
Техническим результатом данного стенда является расширение функциональных возможностей существующего испытательного стенда, за счет введения в конструкцию исполнительных устройств дополнительного вибрационного воздействия, имитирующих динамическое воздействие неровностей пути на электрические машины при эксплуатации подвижного состава.
Следует отметить, что в стенд для испытания высокооборотных электрических машин дополнительно введены датчик скорости вращения вала, две группы клемм, опорная станина с датчиком перемещения, который соединен с блоком диагностики и защиты, синусный механизм, электропривод с датчиком частот, блок управления и питания, блок преобразования сигналов, причем на опорной станине размещены испытуемая высокооборотная электрическая машина, нагрузочный генератор, и дополнительно установлена опорная станина, которая соединена с блоком вынужденных колебаний для динамических нагрузок стенда, который соединен с синусным механизмом, который установлен на валу электропривода, на котором так же установлен и датчик скорости электропривода, причем блок преобразования сигналов, блок управления и питания соединен с устройством ввода и вывода информационных и управляющих сигналов [4].
В конструкцию нового стенда предлагается внедрить датчик температуры силовой обмотки, датчик температуры переднего подшипника, датчик температуры заднего подшипника и датчик температуры корпуса.
Общий вид структурной схемы данного стенда приведен на рисунке 1.
464
