CC BY
11Механика специальных систем
УДК 621:541.182.6
Ю. Г. Барабанщиков, С. Г. Чулкин Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Россия, Санкт-Петербург
УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ ПРИ АБРАЗИВНОМ ИЗНАШИВАНИИ
Приведена конструкция экспериментальной установки для исследования процессов трения и абразивного изнашивания рабочих органов машин под действием влажных вязко-пластичных материалов (бетонной смеси, керамической массы, глинистых грунтов), содержащих абразивные компоненты в виде песка и щебня.
Испытания на абразивное изнашивание материалов при трении проводились многими исследователями. Многочисленные работы М. М. Хрущова и М. А. Бабичева и других исследователей посвящены обстоятельному изучению методических вопросов, исследованию влияния характеристик абразива, твердости и упругих свойств изнашиваемых материалов, а также их структуры. Нами предложена установка, позволяющая изучать трение металлов по влажным вязко-пластичным материалам, содержащим абразивные компоненты. Такими материалами являются бетонная смесь, керамическая масса, глинистые грунты и др. При переработке этих материалов, земляных работах, бурении скважин и тому подобное имеет место быстрый износ рабочих органов машин.
Цель работы - установить закономерности трения и изнашивания металлической поверхности в зависимости от трибо-реологических свойств указанных водосодержащих дисперсных смесей (ВДС), а также исследовать электрические явления в таких трибоси-стемах.
Конструкция трибометра приведена на рисунке.
Устройство трибометра
Образец пасты 2 помещается в цилиндрический корпус 1, выполненный из оргстекла, и приводится во вращение электродвигателем постоянного тока 12. Частота вращения регулируется ступенчато редуктором 13 и плавным изменением напряжения, подаваемого на двигатель. Поверхность образца ВДС приводится во фрикционный контакт с контртелом 4, пред-
ставляющим собой плоское металлическое кольцо, толщиной 0,5 мм, приклеенное к держателю 3, выполненному из оргстекла. Вал держателя располагается в подшипниках 14 соосно с корпусом образца 1 и может свободно перемещаться вдоль вертикальной оси. От вращения держатель 3 удерживается с помощью упругой пластины 9, жестко скрепленной с валом и упирающейся своими концами в упоры 11 . Контртело 4 прижимается к поверхности образца весом перемещающейся части прибора и набора сменных грузов 15. Крутящий момент, передаваемый ползуну 3 за счет трения, регистрируется силоизмерите-лем, состоящим из упругого элемента 9 с наклеенными на него проволочными тензодатчиками 10. Для отвода выделяемой теплоты и поддержания постоянной температуры в контртеле предусмотрен кольцевой канал 6, по которому пропускается термостати-рующая жидкость. Температура на поверхности трения измеряется медь-константановым термоэлектрическим преобразователем 7 (термопарой), впаянным в контртело в непосредственной близости от поверхности трения. Электрические сигналы от силоизмерите-ля и термопары через усилители постоянного тока У3, У4 подаются на гальванометры Г3, Г4 светолучевого осциллографа и записываются на диаграммной ленте.
Контртело 4 используется в качестве скользящего электрода для электрических измерений. Электродом сравнения служит нижний, неподвижный относительно пасты электрод 5, по форме и природе металла полностью идентичный рабочему электроду 4. Сигнал с него снимается через скользящий контакт 16. Через отверстия в боковой стенке корпуса 1 в ДС вводятся при необходимости вспомогательные (неподвижные относительно пасты) электроды 8, представляющие собой стержни диаметром 1 мм, выполненные из того же металла, что и основные электроды.
Измерительная схема подключается к клеммам А и К или по выбору к любой другой паре электродов и работает как в режиме генерации трибо-ЭДС, так и при поляризации электродов от внешнего источника, подключаемого к тем же клеммам, где г - внутреннее сопротивление ячейки трения (сопротивление образца ДС).
Установлены основные закономерности процесса трения и характер влияния скорости, нормального давления, влажности и других факторов: чем выше влажность, тем сильнее проявляется нелинейный характер зависимости силы трения от нормального давления.
Решетневскце чтения
Предложено математическое выражение, учитывающее нелинейный характер трения металла по ВДС. При этом процесс трения характеризуется тремя параметрами: коэффициентом трения при нулевом нормальном давлении, пределом напряжений трения и параметром р, который отражает структурно-механическое состояние ВДС. В случае абсолютно твердых тел, и р = 0 экспоненциальный закон трения переходит в линейный закон Кулона. В случае идеальной жидкости и р = да - коэффициент трения обращается в нуль и в силу вступает закон вязкости Ньютона.
Для ВДС установлено два характерных значения влажности Wf и При влажности Wf и ниже система проявляет свойства твердого тела и скользит по кон-
такту как единое целое. При влажности и выше скольжение по контакту прекращается, заменяясь течением в объеме материала. При промежуточных значениях влажности имеют место оба процесса одновременно. Установлено, что источником трибо-ЭДС является только внешнее трение.
Разработана математическая модель интенсивности изнашивания в виде уравнения, параметры которого ] и характеризуют изнашивающую способность пасты и могут быть использованы для минимизации износа оборудования.
При влажности Wf интенсивность изнашивания максимальна. При увеличении влажности интенсивность изнашивания снижается и достигает практически нулевого значения при влажности
U. G. Barabanschikov, S. G. Chulkin Saint-Petersburg State Polytechnical University, Russia, Saint-Petersburg
EXPERIMENTAL DEVICE FOR TRIBOCOUPLING AT ABRASIVE WEAR PROCESS RESEARCH
The authors describe a construction of an experimental device for research of wear and dragging of working body of machines against viscoplastic materials (concrete mix, ceramic mixture, clay ground) with rubbing components like sand and broken stone.
© Барабанщиков Ю. Г., Чулкин С. Г., 2011
УДК 62.752
С. В. Барсуков, А. И. Воротынов, И. А. Зусман, А. Н. Трофимов Иркутский государственный университет путей сообщения, Россия, Иркутск
РЫЧАЖНЫЕ СВЯЗИ В КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
Предлагается методика построения математических моделей для виброзащитных систем с рычажными динамическими гасителями колебаний. Рассматриваются особенности динамических свойств и возможности выбора параметров.
Вопросам теоретического обоснования особенностей режимов динамического гашения колебаний в задачах виброзащиты и виброизоляции технических объектов посвящен ряд работ [1-3]. В них основное внимание уделяется взаимодействию массоинерцион-ного элемента (гасителя), присоединяемого упругим элементом к объекту. Вместе с тем многие конструктивные решения все чаще ориентируются на использование эффектов от сочленения твердых тел. Обычно встречаются сочленения в виде вращательных кинематических пар, а также рычажных связей, привносимых рычажными соединениями элементов виброзащитных систем. Упомянутая группа проблем представляет интерес для исследования, в рамках которого могли бы быть изучены возможности настроечных механизмов, учет влияния упругих свойств рычагов и сочленений [4].
Рассмотрим один из наиболее известных вариантов построения системы с динамическим гасителем
колебаний на основе применения рычага второго рода (рис. 1). Схема виброзащитной системы с объектом защиты массой М, рычагом с плечами 11 и 12, присоединенным гасителем с массой т представлена на рис. 1, а. Объект защиты через упругий элемент с коэффициентом жесткости к опирается на вибрирующее основание; у и у1 - координаты инерционных элементов в неподвижной системе координат.
Уравнение движения механической системы:
(М + т1г)у + ку = '¿тг(г +1) + ку.
Структурная схема эквивалентной в динамическом отношении системы автоматического управления показана на рис. 1, б.
Передаточная функция системы может быть определена по структурной схеме:
ж ( = у=(т) р+к. г (М + тг) р + к
