CC BY
18
© В.А. Малахов, 2014
УЛК 621.892.5; 62-233.27; 621.867.2 В.А. Малахов
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА НА РАСЧЕТ СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВРАЩЕНИЮ РОЛИКОВ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ, ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК
Рассмотрена методика расчета температурного коэффициента при определении сипы сопротивления вращению роликоопор ленточных конвейеров, и обоснована необходимость его уточнения для современных пластичных смазок.
Ключевые слова: температурный коэффициент, сила сопротивления вращению, пластичная смазка, роликоопора.
Основное направление в улучшении качества современных смазочных материалов состоит в применении синтетических масел в качестве масляной основы при использовании мыльных литиевых загустителей. Большое распространение получило применение различных противоизносных присадок расширяющих область применения и улучшающих антифрикционные свойства смазок. Основные характеристики современных универсальных смазок довольно близки, что усложняет задачу подбора наиболее подходящих из них, в соответствии с требованиями, предъявляемыми к основным эксплуатационным показателям смазок применяемых в роликоопорах ленточных конвейеров горных предприятий.
Исходя из вышеизложенного, в испытательной лаборатории «Топлива и смазочных материалов» кафедры Горной механики и транспорта МГГУ была поставлена задача выбора ряда отечественных и зарубежных пластичных смазок и уточнения для них коэффициентов используемых при определении сил сопротивления движению и определения надежности работы роликоопор ленточных конвейеров.
Ранее отмечалось, что при определенном значении отрицательной температуры в результате застывании смазки момент сопротивления вращению ролика может стать равным или больше момента трения конвейерной ленты о ролик вследствие
чего он застопорится. Это должно учитываться при выборе смазки для таких условий.
Некоторые исследователи [1; 2] считают, что минимальной температурой применения смазок в подшипниках качения следует считать температуру, соответствующую увеличению вязкости дисперсионной среды до 10 дан*сек/м2. Это означает, что для смазки роликов, работающих при температурах до -40 °С, можно использовать почти все отечественные смазки.
Однако такой подход к выбору смазки для конвейерных роликов не может быть приемлемым, так как в этом случае не учитываются существенные особенности их работы, к которым относятся неравномерность распределения нагрузки между роликами в желобчатой роликоопоре и незначительная величина нагрузки на ролики при холостой работе конвейера. В связи с этим, сила сцепления роликов с лентой также будет различной по величине. Минимальное её значение будет при холостой работе конвейера.
В таком случае при неправильном выборе сорта смазки роликов, действующих в условиях низких температур, при холостой работе конвейера в зимнее время может происходить интенсивный износ труб роликов и полная их остановка. Чтобы не допускать этого, выбор смазки роликов, работающих при низких температурах, следует производить исходя из условия обеспечения вращения роликов при холостой работе конвейера при минимальной температуре воздуха для данной климатической зоны. Если принять, что ролики желобчатой роли-коопоры одинаково нагружены весом ленты, то условие вращения бокового ролика при холостой работе конвейера может быть записано в следующем виде
квqлlp cosacos в
7—т О Л L/ /
Fep ^ -М
ПР
где Рвр - сила сопротивления вращению ролика, приложенная к наружному радиусу его оболочки, дан; кв - коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки роликоопор от веса ленты из-за неточности установки их по высоте. По данным работы [3] кв = 0,8; - погонный вес конвейерной ленты, дан; lp - расстояние между роликоопорами, м; ц - коэффициент
трения конвейерной ленты о ролик, ц = 0,3; в - угол наклона ленточного конвейера.
Согласно экспериментальным данным коэффициент FBp зависит от нагрузки, скорости вращения, температуры, диаметра роликов, типа смазки.
Для расчета сопротивления вращению роликов на грузовой ветви предлагается формула [4] :
Fp = np(С + C2V) + С3(дг + дл)l'p кгс, (1)
и на порожняковой ветви:
Fp = «p (Cl + C2V) + С3 q/р кгс, (2)
здесь и выше np - количество роликов в роликоопоре, где определяющими факторами сопротивления роликов на грузовой и порожней ветвях являются:
qF - погонный вес груза, дан/м; С1 - коэффициент статического сопротивления вращения ролика; V - скорость ленты, м/сек; С2, Сз - коэффициенты, учитывающие влияние скорости и нагрузки.
Формулы (1,2) пригодны для расчета сопротивления вращению роликов только при постоянной температуре /+ 20 °С/.
В том случае, если температура среды изменяется, для расчета предлагаются следующие формулы [4]:
Fp (0) = [Q + С2V + AFp (0)]«' + (С3 + С4)(qг + qл Ур кгс,
(3)
FBp = (С + С2v)a(&) + С0F + СрР кгс, (4)
где F, P - радиальная и осевая нагрузки, дан; Ср, C4 - коэффициенты осевой нагрузки; AFP(@) - температурный коэффициент; Со - коэффициент радиальной нагрузки;
= Fp (0)
а(0) = „ ( _„0 - усредненный температурный коэффи-bp(+30 С)
циент.
AFp (0) = K0lKlе а(0) = e(ß-aA),
А - разность температур смазки и внешней среды; е - основание натуральных логарифмов; а, в - коэффициенты, которые определяются из опытных данных.
Формулы (3, 4) являются более совершенными по сравнению с формулами (1, 2), так как они позволяют определить сопротивление Рвр с учетом более полного числа факторов, влияющих на его величину.
Однако, как установлено экспериментальным путем температурные коэффициенты АРр(@) и а(@) существенно зависят от типа смазки. Это ограничивает широкое использование формул (3, 4) для расчета сопротивления вращению роликов, так как значения температурных коэффициентов определены для смазок ограниченного ассортимента в основном зарубежного производства. Именно в связи с этим возникла необходимость уточнения формул для расчета сопротивления вращению роликов с учетом свойств новых существующих сортов долгодей-ствующих смазок отечественного производства.
Из приведенного выше анализа видно, что сопротивление вращению роликов слагается из величин, зависящих от температуры среды и типа смазки, и величин, не зависящих от них. К последним относятся составляющие сопротивления от скорости вращения, осевой и радиальной нагрузки и диаметра ролика.
Принимая во внимание вышесказанное и то, что составляющая сопротивления, зависящая от температуры и типа смазки, достаточно точно может быть аппроксимирована экспоненциальной кривой, формула для расчета сопротивления вращению роликов может быть записана в следующем виде:
Рвр = ае-Ыр + с дан, (5)
где аеЫр - выражение, которое служит для учета влияния температуры на сопротивление; а, Ь - коэффициенты, учитывающие влияние температуры окружающей среды и свойство смазки; 1:н - наружная температура, °С; С - параметр, учитывающий сопротивление вращению роликов от радиальной, осевой нагрузок и скорости вращения ролика при постоянной температуре (+20 °С).
Для практического применения уравнения (5) необходимо выразить коэффициенты а, Ь и параметр С через физические величины, от которых зависит величина сопротивления вращению роликов, т.е. через нагрузку, скорость вращения роликов, и температуру окружающей среды для различных типов смазок.
Однако сложная взаимосвязь факторов, воздействующих на сопротивление вращению, не позволяет с достаточной точностью установить влияние каждого из них на величину сопротивления чисто теоретическим путем. Поэтому определение коэффициентов а, Ь и параметра С, должно производится на основе экспериментальных данных.
Исследования сопротивления вращению будут проводиться на испытательном стенде (рис. 1), который позволяет измерять величину силы сопротивления при различных нагрузках, скоростях вращения и температуре смазочного слоя.
Рис. 1. Схема испытательного стенда
Стенд состоит из конвейерного ролика (1), сбалансированного коромысла (2), двух шарикоподшипниковых узлов (3), соединительной муфты (4), электродвигателя (5), частотного регулятора (6), станины (7), электронных термометров для измерения изменений температуры смазочного материала (8), разновесов (9)
Замер силы сопротивления вращению роликов на стенде будет производится весовым способом, при помощи сбалансированного коромысла и разновесов. Этот способ заключается в уравновешивании момента сопротивления вращению ролика моментом, создаваемым разновесами с помощью сбалансированного коромысла.
Данный способ, учитывая применение такого современного оборудования, как частотный регулятор, позволит в режиме
реального времени передавать на персональный компьютер изменения момента вращения на валу двигателя. Электронные термометры позволят снимать изменения температуры смазочного материала в шарикоподшипниковом узле ролика в режиме реального времени и передавать эти данные значения в ПК. Сопоставление кривых изменения температуры и момента на валу двигателя с параллельным измерением момента, возникающего за счет изменения сил сопротивления вращению, позволит определить экспериментальным путем величину температурного коэффициента, как для различных видов смазок так и для различных температурных режимов.
Испытания будут проводится при различных температурах шарикоподшипниковых узлов с использованием различных пластичных смазок. Охлаждение до низких температур планируется производить в промышленном холодильнике.
Целью изложенных в данной статье исследований явилось установление влияния температурного коэффициента на сопротивление вращению роликов ленточных конвейеров горных предприятий.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- исследование условий эксплуатации и разработка требований к сортам смазок конвейерных роликов;
- исследование долгодействующих смазок в лабораторных условиях;
- исследование и определение показателей применения смазок в условиях низких температур.
При решении поставленных задач очень важно определить: какие условия или определяющие факторы являются решающими и какими свойствами должна обладать смазка для обеспечения надежной работы роликов без ее замены и пополнения в течение всего срока службы.
Скорость вращения роликов. От скорости вращения роликов зависит интенсивность механического разрушения смазки. С увеличением скорости разрушения смазки в результате происходящих в ней тиксотропных явлений возрастает, что снижает объемно-механические свойства смазки (предел прочности, вязкость). Изменение структуры и свойств смазки зависят также от температуры и продолжительности работы [1,2]. Поэтому долгодействующая смазка должна обладать высокой механиче-
ской стабильностью: она не должна допускать существенных изменений объемно-механических свойств и обеспечивать их быстрое восстановление во время остановок конвейера. Наряду с этим смазка должна обладать высокой химической стабильностью: она не должна окисляться, так как при этом возникает опасность коррозии подшипников из-за образования активных соединений. Пластичные смазки при окислении либо разжижаются, либо уплотняются.
Нагрузка на подшипники роликов. Нагрузка подшипников роликов зависит от производительности конвейеров, от расположения роликов в желобчатой роликоопоре и на конвейере. Так, например, на подшипниковые узла боковых роликов приходится значительно меньшая нагрузка, чем на подшипниковые узлы среднего ролика; нагрузка на подшипниковые узлы роликов под местом загрузки конвейера в несколько раз выше по сравнению с нагрузкой подшипниковых узлов роликов линейной части конвейера. При работе нагруженных подшипников, для предотвращения повышенного износа сепараторов, тел качения и других деталей требуется применение смазки.
Уплотнительная способность смазки. Уплотнение подшипникового узла должно обеспечить надежную защиту подшипников от засорения инородными телами и удерживать в них смазку. Важная роль в обеспечении уплотнения подшипниковых узлов принадлежит также и самой смазке. С точки зрения уплотнитель-ной способности долгодействующая смазка должна иметь следующие свойства: высокую коллоидную стабильность, хорошо удерживаться в зазорах уплотнения и обеспечивать более полное их заполнение, обладать способностью улавливать и связывать инородные частицы при прохождении их через зазоры.
Таким образом, исходя из приведенного выше анализа влияющих факторов и приведенного в предыдущей статье анализа условий эксплуатации роликов, к долгодействующим смазкам для роликов должны предъявляться следующие основные требования. Смазка должна:
- обладать высоким постоянством свойств: предела прочности, температуры каплепадения, коллоидной стабильности;
- иметь высокие противозадирные и противоизносные свойства;
- не изменять существенно вязкость в пределах рабочих температур;
- быть влагостойкой: не растворяться и не уплотняться при непосредственном контакте с водой и не поглощать воду из воздуха;
- быть стойкой против окисления кислородом воздуха; не разжижаться и не уплотняться при частичном окислении;
- обеспечивать защиту металлических деталей от коррозии;
- обладать высокими уплотнительными свойствами;
- иметь низкую испаряемость;
- не оказывать высокого сопротивления вращению подшипников;
- иметь долговечность не ниже долговечности ролика (810 лет).
Подробный анализ влияния отдельных факторов, связанных с условиями эксплуатации роликов, на работоспособность используемых смазок рассматривалась в предыдущих работах [5].
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Синицын В.В. Подбор и применение пластичных смазок, М., "Химия", 1969.
2. Синицын В.В. Исследование и оценка эксплуатационных свойств пластичных смазок. Доклад на соискание ученой степени доктора технических наук. М., МИНХ и ГП, 1963.
3. Создание унифицированных роликов с герметичным уплотнением и долгодействующей смазкой. - Отчет/шифр 10.07.35.043, Донгипроуглемаш, Донецк, 1971.
4. Шахмейстер Ё.Г., Дмитриев В.Г. Расчет ленточных конвейеров для шахт и карьеров. М., МГИ, 1972.
5. Малахов В.А., Галкин А.В., Материалы 7 Международной научной школы молодых ученых и специалистов, «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых», - М.: ИПКОН РАН, 2010, с. 261-264. ВШИ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Малахов Валерий Алексеевич - кандидат технических наук, доцент, [email protected], МГИ НИТУ МИСиС
Malahov V.A., Candidate of Engineering Sciences,
Moscow mining Institute National University of Science and Technology "MISIS" (MISIS)
REFERENCES
1. Sinitsyn V.V. Podbor i primenenie plastichnykh smazok (Selection and use of greases). Moscow, Khimiya, 1969.
2. Sinitsyn V.V. Issledovanie i otsenka ekspluatatsionnykh svoistv plastichnykh smazok (Investigation and evaluation of operational properties of greases.). Doklad na soiskanie uchenoi stepeni doktora tekhnicheskikh nauk. Moscow, MINKh i GP, 1963.
3. Sozdanie unifitsirovannykh rolikov s germetichnym uplotneniem i dolgodeist-vuyushchei smazkoi (The creation of unified rollers pressure seal and long-term grease). Otchet,shifr 10.07.35.043, Dongiprouglemash, Donetsk, 1971.
4. Shakhmeister L.G., Dmitriev V.G. Raschet lentochnykh konveierov dlya shakht i kar'erov (Calculation of belt conveyors for mines and quarries). M., MGI., 1972.
5. Malakhov V.A., Galkin A.V. Materialy 7 Mezhdunarodnoi nauchnoi shkoly molodykh uchenykh i spetsialistov, «Problemy osvoeniya nedr v XXI veke glazami molodykh» (Materials from the 7th International scientific school for young scientists and specialists ' problems of development of mineral resources in the XXI veke eyes of the young"), Moscow IPKON RAN, 2010, p. 261-264.
