Технология повышения износостойкости в парах трения резинотехнических изделий с использованием твёрдых смазок Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.787.539 Д. П. МОРГУНОВ

Н. Д. МДТВЕЕВ С. П. БОБРОВ Д. В. ЛЯМЦЕВ

Омский государственный технический университет, г. Омск

Федеральный на учно-производственный центр «Прогресс», г. Омск

ТЕХНОЛОГИЯ

ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ В ПДРДХ ТРЕНИЯ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТВЁРДЫХ СМАЗОК

Резинотехнические изделия (РТИ) получили широкое применение в качестве амортизаторов и уплотнений в парах трения. Амортизаторы н а основе резинокордных оболочек (РКО), выполняя своё функциональное назначение, работают в экстремальных условиях эксплуатации при повышенных температурах, высоких контактных давлениях, подвергаясь циклической знакопеременной и у дарной н агрузке, а также воздействию агрессивной среды. Ав торами предложен ряд технологических решений повышения триботехнических х арактеристик путём применения различных материалов и покрытий с целью повышения износостойкости резины, а также целесообразности применения твёрдых смазок.

Ключевые слова: резинотехнические изделия, резинокордные оболочки, амортизаторы, уплотнения, износостойкость, твёрдые смазки, поверхность.

Результаты исследований в области повышения Наибольшему внешнему воздействию подверга-

ресурса изделий из металла, пластмасс и металло- ется покровный слой элемента из резины. Кроме

полимеров доказали целесообразность применения воздействий окружающей среды, поверхностный

композиционных электрохимических (КЭП), (покровный) слой подвергается контактному

поликомпозиционных (ПКЭП), самосмазывающихся взаимодействию с поверхностями других деталей,

композиционных электрохимических (СКЭП), что является причиной истирания слоя.

самосмазывающихся поликомпозиционных электро- В рассматриваемой статье авторы предлагают ре-

химических (СПКЭП) и износостойких многослой- зультаты исследований повышения износостойкости

ных композиционных электрохимических (ИКЭП) покровного материала резины в процессе контакт-

покрытий. В том случае, когда конструктивные и ного взаимодействия последнего с металлической

технологические особенности изделия не позволяют поверхностью.

осуществлять электрохимические покрытия, приме- Покровный слой в процессе вулканизации резины

няются механические методы создания микро- принимает все микронеровности поверхности детали

рельефа, удерживающего смазку, нанесение износо- технологической оснастки, являясь её зеркальным

стойких покрытий и ионная имплантация в ваку- отображением.

умной камере легирующих элементов, положительно Уменьшения величины истирания покровного

влияющих на износостойкость поверхностей. слоя можно достичь несколькими способами. Пер- |

Резина является одним из тех материалов, вый способ является наиболее часто применяемым.

свойства которых формируются в процессе создания Сущность его заключается в нанесении на контакти-

самих материалов за счёт рецептуры смеси ингре- рующую поверхность детали, входящей в соприкос-

диентов, входящих в состав получаемого материала, новение с поверхностью резины, защитного анти-

в данном рассматриваемом случае — резины. фрикционного покрытия. Второй способ основан на

В работах [1—3] оценивается возможность по- модифицировании покровного слоя.

вышения долговечности резинотехнических изделий Внимание исследователей привлёк способ соз- о

по результатам статических испытаний усталост- дания микрорельефа металлической поверхности, >

ного ресурса, прогнозирование работоспособности способного удерживать достаточно продолжи-

по изменению их основных функциональных харак- тельное время твёрдую смазку в микровпадинах

теристик. поверхности [4, 5]. Смазка подаётся дозированно

Рис. 1. Схема проникновения твёрдой смазки в зону контакта поверхностей твёрдых тел: а) наличие твёрдой смазки во впадинах при Р0®0; б) проникновение твёрдой смазки в пространство между поверхностями при Р0®Рт

Рис. 2. Схема проникновения твёрдой смазки в зону контакта поверхностей деталей из резины и металла:

а) наличие твёрдой смазки во впадинах при Р0®0; б) проникновение твёрдой смазки в пространство между поверхностями при Р0®Рша1

в зону контакта пропорционально увеличению контактного давления.

В контакте поверхностей двух металлических тел твёрдая смазка, например, дисульфид молибдена моб2, находящаяся во впадинах микрорельефа одной из поверхностей, подаётся в зону контакта за счёт упругого деформирования приповерхностного слоя и уменьшения объёма микровпадин [6, 7] (рис. 1).

Допуская величину деформации элемента из металла РКО равной нулю, а величину деформации резины увеличивающейся пропорционально увеличению нагрузки, можно предположить, что микровыступы покровной поверхности, образующиеся в результате деформирования резины, частично заполняют микровпадины металлической поверхности и способствуют вытеснению твёрдой смазки в зону контакта поверхностей резины и металла (рис. 2).

Очевидно, как показано в [8, 9], для достаточно продолжительного времени обеспечения наличия смазки между трущимися поверхностями необходимо применить либо накатку роликами, либо вибрационное обкатывание. Суть последнего заключается в том, что инструмент — шариковая головка, совершая возвратно-поступательные движения по поверхности с впадинами, заполненными твёрдой смазкой, деформирует выступы, способствуя удержанию смазки во впадинах.

Предлагаемый метод вибрационного обкатывания позволяет получить многоуровневый микрорельеф благодаря блоку управления, предназначенного для управления работой технологического модуля. Блок управления реализован в виде пульта, принципиальная схема которого приведена на рис. 3. Функциональным назначением пульта является управление реверсом электродвигателя установки.

Пульт состоит из коробки и элементов управления двигателем, расположенным внутри.

На лицевой стороне коробки располагаются три кнопки управления и сигнализирующие элементы.

На тыльной стороне коробки находятся два штекера для подключения трёхфазной сети и кабеля электродвигателя, ручка включения питания (»380 В), три плавких предохранителя, клемма подключения заземления.

На рис. 3 обозначены: М — электродвигатель Р = 0,75 кВт, 3000 об./мин; Шр1, Шр2 — разъёмы типа ШР; Вк — пакетный выключатель; Пр1...Пр4 — плавкие предохранители; Л1...Л4 — сигнальные лампочки; Стоп, ПВ, ЛВ — кнопки «Стоп», «Правое вращение», «Левое вращение»; К1, К2 — контакторы; КП — клеммная планка; Р1 — реле МКУ-48;

— резисторы. Корпус пульта управления подлежит обязательному заземлению.

Управление реверсом осуществляется следующим образом. Сначала включается подача питания к электродвигателю М поворотом выключателя Вк. При этом должна светиться сигнальная лампочка, расположенная на лицевой стороне пульта. Далее, нажатием одной из кнопок ПВ или ЛВ включается электродвигатель. Включение сигнализируется сигнальными лампочками, расположенными около соответствующих кнопок. Кнопка «Стоп» нажимается каждый раз для выключения вращения «вправо» или «влево».

Для проведения профилактических работ внутри коробки располагается клеммная планка КП, позволяющая проверять работоспособность элементов пульта от двухфазной сети 220 В. В этом случае удаляются две перемычки (см. схему рис. 3) и подключается »220 В на элементы пульта управления. При этом выключатель Вк должен находиться в положении «выключено».

Применяя один из предлагаемых методов подготовки микрорельефа металлической поверхности с целью достаточно продолжительного удерживания твёрдой смазки в микровпадинах поверхности, очевидна возможность повышения износостойкости покровного слоя элемента из резины.

Рис. 3. Схема пульта управления

Глубина и количество микровпадин, необходимых для обеспечения требуемого объёма твёрдой смазки, рассчитываются по условиям эксплуатации РТИ.

При известной скорости перемещения ук одного подвижного элемента относительно другого определяется время контактного взаимодействия tк. Зная величину деформации резины и глубину проникновения её в микровпадины, легко определить количество твёрдой смазки, вытесняемой в зону контакта.

Вибрационное обкатывание позволяет сформировать микрорельеф с дополнительными микровпадинами, аккумулирующими смазку, с параметрами, удовлетворяющим следующим соотношениям [10, 11]:

H < R

(1)

где Н — расстояние между вершиной выступа и нижней точкой впадины; Я — максимальная

' тах

высота микронеровностей исходной поверхности.

Сформированные микровпадины на участках сопряжений выступов и впадин должны соответствовать параметрам:

1 _ 1 2 " 4

R,

(2)

где г — радиус микровпадины; Я — радиус впадин и выступов исходного микрорельефа.

Таким образом, создаваемая поверхность с заданным микрорельефом на детали из металла РТИ, имеющим микровпадины, выполняющие роль аккумуляторов смазки, по результатам экспериментальных исследований обеспечивают нанесение тонкого слоя на поверхности резины и способствуют повышению износостойкости покровного слоя в 1,4—1,5 раза по сравнению с подвижным соединением РТИ без применения смазки.

Библиографический список

1. Корнеев С. А., Корнеев В. С., Пеньков И. А., Трибель-ский М. И. Методика и результаты статических испытаний резинокордного патрубка для соединения трубопроводов // Омский научный вестник. 2014. № 2 (130). С. 139-145.

2. Цысс В. Г., Строков И. М., Сергаева М. Ю. Анализ усталостного ресурса резинометаллического амортизатора с учётом влияния температурной модели эксплуатации // Омский научный вестник. 2014. № 3 (140). С. 44-48.

3. Цысс В. Г., Сергаева М. Ю. Прогнозирование работоспособности резинометаллических виброизоляторов по изменению их основных функциональных характеристик // Динамика систем, механизмов и машин. 2014. № 2. С. 273-277.

4. Моргунов А. П. Повышение износостойкости поверхностей с многоуровневым микрорельефом // Новые материалы и технологии в машиностроении: материалы Регион. науч.-техн. конф., 19-21 ноября. Тюмень, 1997. С. 88-89.

5. Шнейдер Ю. Г. Исследование влияния маслоемкости рабочих поверхностей гильз цилиндров двигателей ЭиЛ-130 на динамику их износа // Автомобильная промышленность. 1973. № 7. С. 7-8.

6. Моргунов А. П. Повышение износостойкости шеек коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания // Развитие оборонно-промышленного комплекса на современном этапе: сб. матер. II Междунар. технол. конгр. / ОмГТУ. Омск, 2003. Ч. 3. С. 224-226.

7. Папшев Д. Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. 152 с.

8. Сорокин В. М., Баер А. А. Повышение вибронакатыванием износостойкости трущихся поверхностей с антифрикционными покрытиями // Вестник машиностроения. 1980. № 10. С. 23-24.

9. Сорокин В. М. Состояние поверхностного слоя и эксплуатационные свойства деталей при совмещении операций упрочняющих обработок // Поверхностный слой, точность и эксплуатационные свойства деталей машин и приборов: материалы конф. М., 1986. С. 56-59.

10. Пат. 2182093 Российская Федерация, МПК В 61 К 3/00. Способ повышения износостойкости рельсов и реборд колёс железнодорожных транспортных средств / Моргунов А. П., Масягин В. Б., Деркач В. В. № 2000121137/28; заявл. 04.08.00; опубл. 10.05.02, Бюл. № 13.

11. Машков Ю. К. Трибология конструкционных материалов. Омск: Изд-во ОмГТУ, 1996. 298 с. ISBN 5-230-13870-Х.

о

03 >

МОРГУНОВ Анатолий Павлович, доктор технических наук, профессор (Россия), главный научный

сотрудник, заведующий кафедрой «Технология машиностроения» Омского государственного технического университета (ОмГТУ). Адрес для переписки: kafedra-tms@mail.ru МАТВЕЕВ Никита Александрович, аспирант кафедры «Технология машиностроения» ОмГТУ; инженер Федерального научно-производственного центра «Прогресс» (ФНПЦ «Прогресс»).

БОБРОВ Сергей Петрович, первый заместитель генерального директора ФНПЦ «Прогресс». Адрес для переписки: info@progress-omsk.ru ЛЯМЦЕВ Алексей Владимирович, инженер ФНПЦ «Прогресс».

Адрес для переписки: info@progress-omsk.ru

Статья поступила в редакцию 25.07.2017 г.

©А. П. Моргунов, Н. А. Матвеев, С. П. Бобров, А. В. Лямцев

УДК 62-272.82:621.873.127

В. Н. ТАРАСОВ И. В. БОЯРКИНА М. В. КОВАЛЕНКО

Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет,

г. Омск

ТЕОРИЯ УРАВНОВЕШИВАНИЯ ПРИ ПОМОЩИ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ПРУЖИНЫ СИЛ ТЯЖЕСТИ ТЕЛ, ПЕРЕМЕЩАЕМЫХ СТРЕЛОЙ_

Пневматические пружины малых и средних размеров я в ляются универсальными и долговечными, имеют малый вес, малые размеры и габариты и применяются в тех случаях, когда требуется комфортное плавное перемещение тел с безударной фиксацией н а упоре. Практическая реализация пневматических пружин в на стоящее время ограничена пружинами малых размеров и сил. В св язи с ог раниченными теоретическими св едениями по использованию и совершенствованию конструкций пневматических пружин для уравновешивания сил тяжести тел в механических системах рассматривается серийная пневматическая пружина с усилием 2000 ньютонов, в которой активная сила на штоке создается сечением штока, так как объем поршневой и штоковой полостей пружины соединены между собой отверстиями в поршне. Внутренний объем пружины заполнен сжатым воздухом под давлением. Рассмотрены теоретические положения, с в язанные с приведением сил тяжести к штоку пневматической пружины и уравновешивании равнодействующей этих сил силой давления сжатого воздуха н а штоке пневматической пружины. Установлено, что для снижения неравномерности изменения давления сжатого воздуха и снижения силы на штоке необходимо стремиться к уменьшению расширения сжатого воздуха в пневмопружине. Приведена методика уравновешивания пневматической пружиной груза при вертикальном перемещении стрелой.

Ключевые слова: пневматическая пружина, сила тяжести, уравновешивание.

В статье рассмотрена методика уравновешивания пневматической пружиной груза при вертикальном перемещении стрелой.

Груз весом О при помощи стрелы совершает криволинейное поступательное движение и в результате уравновешивания пневмопружиной может легко < перемещаться в пределах указанной высоты с малым о сопротивлением. При вертикальном перемещении уравновешенного груза возникают силы сопротивления в виде сил инерции, сил трения в шарнирах и сил трения в пневматической пружине [1 —5].

На рис. 1 показан стреловой механизм, обеспечивающий вертикальное перемещение тела массой т = 30 кг на высоту Н=0,6 м. Силы тяжести тел механизма имеют значения: С1= 14,7 Н; С2 = 5,9 Н; С3 = 13,7 Н. Уравновешиваемый груз в данном случае равен 0 = 294,3 Н. Силы тяжести и груза О уравновешиваются силой Т пневматической пружины.

На рис. 1 показана основная система координат Оух с началом в точке О — вращения стрелы; со стрелой 1 связана относительная система координат О(1)у, стрела поворачивается вниз на угол а1 = -57,5° и вверх на угол а2 = 50°. С основанием механизма связана система координат О(6)у (6)х(6).

Для определения уравновешивающей силы Т на штоке пневмопружины мысленно освободимся от этой механической связи и заменим ее силой Т на штоке, зададим штоку пневмопружины возможное перемещение 85 [4, 5]. В результате этого все силы тяжести совершают угловое возможное перемещение 8ф вместе со стрелой.

Используя принцип возможных перемещений, запишем уравнение равновесия статики в форме суммы элементарных работ

£8АГ = 0; Т85 -X Су,8Ф = 0,

(1)

I=1