CC BY
64
Список литературы
1. Вершинский А.В., Ряднова Л.В. Оптимальные конструкции в краностроении: Обзор. - М.: ЦНИИТЭИТЯЖ-МАШ. - 1989. - 44 с.
2. Стрельников В.П. Прогнозирование остаточного ресурса изделий электронной техники // Математичш маши-ни i системи. - 2000 - № 2, 3. - С. 163-169.
3. Котельников В.С. и др. Магнитная диагностика и контроль остаточного ресурса металлоконструкций подъемных сооружений. // Подъемные сооружения. Специальная техника - №7. - 2002. - С. 25-27.
Одержано 10.10.2006
Розглянуторозв 'язання 3admi прогнозування залишкового ресурсу вантажотдйомних кратв. За теоретичну модель розподiлу вiдмов запропоновано використати дифузшний монотонний розподiл. У результaтi проведеного aнaлiзу статистичних даних побудовано математичну модель для оцiнки залишкового ресурсу.
The solving of the problem of residual resources prognosis for loading cranes was shown. As theoretical model of refuses distribution the diffusion monotonous one was offered to use. As a result of statistic data analysis the mathematical model for residual resources estimation was proposed.
УДК 669.018.256: 620.22
Канд. техн. наук С. Н. Попов, Д. А. Антонюк Национальный технический университет, г. Запорожье
ВЛИЯНИЕ ТРИБОМАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА
ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ РЕЗЦОВ ДОРОЖНОЙ ФРЕЗЫ В УСЛОВИЯХ ИЗНАШИВАНИЯ ЗАКРЕПЛЕННЫМ АБРАЗИВОМ
В работе рассмотрены вопросы разрушения рабочих органов дорожно-строительной техники, эксплуатирующиеся в условиях абразивного изнашивания закрепленным абразивом. Проведены аналитические исследования влияния трибоматериаловедческих параметров резцов на интенсивность их износа. На основании решения уравнений динамики движения резца в вязко-упругой среде оптимизирована его геометрическая форма. Получены математические зависимости влияния геометрических размеров резца на величину давления и интенсивность износа инструмента.
Введение
Эксплуатация рабочих органов дорожно-строительной, горнодобывающей, почвообрабатывающей техники в условиях абразивного изнашивания закрепленным абразивом с наличием больших скоростей резания твердых пород и покрытий приводит к интенсивному износу режущих частей инструментов. Недостаточный срок службы резцов, лопаток, зубьев и рыхлителей вызывает необходимость постоянной замены режущих элементов, что обусловливает большие материальные затраты и вызывает неплановые ремонты, связанные с установкой новых деталей. При строительстве и ремонте асфальтобетонных дорожных покрытий (удале -ние и измельчение слоя деформированного асфальта) применяют дорожные фрезы. Режущим инструментом в дорожных фрезах является лопатка (отечественные фрезы) или резец (зарубежные фрезы и отечественные после 1993 г. производства). В настоящее время применяются резцы производства фирм "Betek", "Sandvik" и "Caterpillar", состоящие из корпуса (державки), твер-
досплавного наконечника, защитного кольца и прижимной втулки.
Анализ литературных данных
Современные научные и промышленные разработки содержат обширный массив данных, однако не позволяют определить оптимальное соотношение трибоматериаловедческих параметров резцов (форма, материал резца и режимы фрезерования). Это связано с тем, что априорные данные содержат информацию об исследованиях, которые касаются изучения только одного из показателей либо материаловедческих параметров сплава, либо условий изнашивания (температура, скорость относительного перемещения, давление изнашивающей среды).
Так, например, в работе [1] предлагается упрочнять лопатку дорожной фрезы Д-530 однопроходной автоматической наплавкой порошковой лентой ПЛ-У40Х38Г2 (4,25 % С; 38,5 % Сг; 2,2 % Мп; 0,20 % 81) под флюсом АН-28. Микроструктура наплавленного
© С. Н. Попов, Д. А. Антонюк, 2006
металла которого состоит из большого количества карбидов хрома и эвтектики, представляющей смесь мелких карбидов и твердого железохромового раствора. Микротвердость карбидов составляла 13,5-14,9 ГПа, твердого раствора - 4,3-6,3 ГПа. Испытания показали, что износостойкость лопаток, наплавленных данным материалом в 4,5 раза выше, чем износостойкость лопаток, наплавленных электродами ЦН-11 (2,4 % С; 11,0 % Сг; 11,0 % Мп; твердость - 41 ИЯС; структура состоит из карбидной эвтектики и остаточного аусте-нита с ледебуритом) и в 1,5 раза - сплавами КБХ (2,5 % С; 25,0 % Сг; 1,0 %В; 0,5 % Мп; твердость - 58 ИЯС с микроструктурой из 50-70 % крупных (50-65 мкм) ромбовидных и иглообразных карбидов, расположенных в ледебурите). Однако, значительное количество твердой фазы больших размеров вызывает существенное снижение эксплуатационной надежности, вследствие высокой хрупкости сплава. Поэтому применение данной группы материалов для эксплуатации в условиях резцов дорожной фрезы практически нецелесообразно.
Анализ внешних условий эксплуатации рабочих органов земснарядов (фрезерные рыхлители с зубьями, ножи и черпаки) указывает на частичное сходство с дорожными фрезами: интенсивное абразивное изнашивание с наличием локальных ударных нагрузок; скорости относительного перемещения абразива (V. , = 12-22 м/мин; V = 14,5 м/мин); твердо-
у дор. фрез. 7 зем.снар. 7 А
сти абразивных частиц (И50 [8Ю2] = 13,5-16,0 ГПа, И50 [Гранита] = 13,9 - 16,8 ГПа). В тоже время, расхождение в пределах прочности частиц на сжатие (стВ [8Ю2] = 4,8 ГПа, аВ [Гранита] = 10-30 ГПа), степени закрепленности абразива и наличие гидроабразивной среды обусловливает необходимость уточнения механизма изнашивания рабочей поверхности резца фрезы. Авторы [2] предлагают использовать опытные электроды типа ЭН-130Х10Н2ФБ (45-53 ИЯС), с доэвтекти-ческой микроструктурой аустенита и сеткой карбидной эвтектики. Для упрочнения деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания в воде (зубья, фрезы, черпаки земснарядов), разработан сплав типа 140Х10С2Г2БНФ [3]. Комплексное легирование редкими дорогостоящими добавками - №, V и N1 - хромоуглеродистого сплава позволяет получить основу сплава, состоящую из аустенита, который в процессе эксплуатации претерпевает неполное у^-а превращение. При этом часть энергии разрушения, затрачиваемой на изнашивание, расходуется на процесс фазового превращения, что приводит к общему повышению износостойкости. Однако, следует отметить, что использование данного материала, даже при образовании мартенсита деформации (Нмд = 8,0-11,0 ГПа) в условиях работы резцов дорожных фрез не обеспечит значительного увеличения износостойкости, поскольку микротвердость материала уступает твердости абразивной среды (На >12-16 ГПа), а коэффициент Н /Н составляет порядка 1,1-2,0.
В результате испытаний [2] при резании со скоро-
стью 14,5 м/мин, путь резания 50 м, толщина срезаемого слоя 0,6 мм, установлено, что наибольшей износостойкостью при "сухом" трении обладает наплавленный металл типа 350Х15Г3Р1 и 320Х23С2ГТР со структурой, состоящей из избыточных карбидов и ледебурита, в состав которого входят и карбобориды. Большое содержание углерода (3,2-3,5 %) и ледебу-ритная матрица обусловливает хрупкость наплавленного слоя и невозможность удержания карбидов и кар-боборидов. При резании под водой, особенно при значительных локальных нагрузках, по данным работы [2] рекомендован сплав с доэвтектической структурой, состоящей из аустенитной матрицы и карбидной эвтектики типа 130Х10Н2ФБ (е = 3,9), а самую низкую -100Х6Г6С3РАФ (электроды ОЗН-7, е = 1,3, заэвтекти-ческая структура).
Многообразие конструкций резцов и модификаций дорожных фрез, разработанных для работы в различных режимах резания (скорость, величина подачи, угол атаки и др.), а также наличие большого количества стандартных износостойких сплавов не позволяет однозначно определить их оптимальное сочетание.
Анализ формы и конструкции резцов показал, что до настоящего момента применяются режущие ножи Т-образной формы, закрепляемые клиновым способом, с помощью закладных планок и болтов. Фирма ""МА^еп" предложила конусообразную форму режущего инструмента. Данные [4] о влиянии геометрии режущего инструмента (рис. 1) на интенсивность его износа показывают, что при обработке фельзитового туфа (содержащего не менее 67,78 % 8Ю2; 13,27 % А1203; асж = 2-8 ГПа) и базальта (51,0 % 8Ю2; 16,5 % А1203; 1270 % Бе203; 9,0 % М^; асж = 5-18 ГПа), с увеличением заднего угла а (рис. 1) интенсивность износа инструмента по высоте фаски существенно уменьшается.
Рис. 1. Схема взаимодействия режущего инструмента с каменной породой: 1 - порода; 2 - отделившиеся абразивные частицы; 3 - режущий инструмент; а - главный задний угол; р - передний угол; у - угол заострения резца
Увеличение заднего угла а (с 5 ° до 20 °) при значении переднего угла р в пределах 10-20 ° приводит к уменьшению угла заострения режущей кромки у. Износ резцов с увеличением заднего угла а до значения 9 ° уменьшается. Дальнейшее увеличение заднего угла а свыше значения (9-13° ), при постоянном значении переднего угла, приводит к ослаблению режущей кромки, и износ по весовому признаку растет [4]. Это объяс-
няется ростом нагрузки на более тонкую рабочую кромку, а также влиянием высокой температуры трения. Таким образом, применение резцов формы рис. 1 нецелесообразно, поскольку в результате износа передней грани наконечника дальнейшее его применение невозможно. Решение задачи поиска оптимальной геометрии резца необходимо за счет геометрической формы режущего инструмента таким образом, чтобы давление изнашивающей среды распространялось равномерно по всей поверхности резца, что обеспечит равномерный износ всей поверхности и увеличит срок службы инструмента.
Авторы [5] исследовали влияние режимов резания и количества резцов основных типов исполнительных органов камнерезных и камнеобрабатывающих машин и станков. Анализ зависимостей мощности распиловки от скорости резания V рез. свидетельствует о наличии оптимальной скорости резания для каждого значения подачи, определяемой минимумом мощности и величины износа инструмента. В существующем диапазоне подач (от 0,5 до 0,7 м/мин) оптимальные скорости распиловки находятся в пределах от 2,9 м/с (45 об/мин) до 3,9 м/с (60 об/мин). Однако приведенные в работе [5] результаты исследований не позволяют получить корреляционную связь со структурно-фазовым состоянием сплава и его физико-механическими характеристиками, что не позволяет определить основные трибоматериаловедческие критерии оценки износостойкости.
А. К. Рейш [6] изучал скорость изнашивания зубьев рыхлителей из стали 110Г13Л, подвергающиеся интенсивному абразивному изнашиванию в процессе разработки скальных грунтов, в зависимости от скорости движения зуба. В результате исследований было определено, что с увеличением скорости движения повышается скорость изнашивания. Для рабочих органов дорожных фрез автор также доказал, что с повышением его скорости движения увеличивается скорость изнашивания зуба, причем это увеличение для разных сталей различно. Так для сталей с временным сопротивлением разрыву аВ = 150 МПа при повышении скорости движения в 2 раза скорость изнашивания зуба увеличивается на 12,5 %, а для сталей с временным сопротивлением разрыву аВ = 300 МПа - на 34 %. Однако, автором не было учтено влияние структурно-фазового состояния металла, давление и температуры изнашивающей среды, а также показателей абразивной среды на интенсивность изнашивания режущего инструмента. Также в ходе исследований не учитывалось влияние формы рабочего органа, что не позволяет применить полученные данные для выбора оптимальных параметров при эксплуатации резцов дорожной фрезы. Кроме того, физико-механические показатели временного сопротивления разрыву аВ без учета соотношения Н /Н не могут в полной мере отразить истинные свойства материала к сопротивлению абразивному разрушению.
Р.В. Акопов [7] установил оптимальную скорость резания артикского туфа (стсж = 12.. .14 МПа) резцами из твердого материала ВК8, которая составила в пределах 4,17-4,5 м/с. С.С. Левин рекомендовал для обработки материалов из ячеистых бетонов инструментом ВК8 оптимальную скорость фрезерования 12,0.15,3 м/с [8]. Полученные в работах [6-8] данные показывают противоречивость результатов о влиянии скорости относительного перемещения на интенсивность изнашивания рабочих органов, что можно объяснить отсутствием учета других не менее важных параметров изнашивания - давления и температуры абразивной среды.
Таким образом, разрозненность и противоречивость данных относительно влияния режимов контактного взаимодействия, а также структуры и свойств твердых сплавов рабочих органов дорожно-строительной техники на интенсивность изнашивания не позволяет определить оптимальное сочетание формы и материала резца для работы в конкретных условиях эксплуатации (физико-механические свойства абразива, скорость относительного перемещения, давление изнашивающей среды, температура).
Следует также отметить, что резцы, изготовленные в Германии, Англии, Швеции, Голландии предусмотрены для эксплуатации на высококачественных дорожных покрытиях в условиях строгой технологической и эксплуатационной дисциплины. Условия работы отечественного оборудования не всегда обеспечивают строгое выполнение границ технологических режимов, что обуславливает значительное расхождения в интенсивности и характере изнашивания. Таким образом, необходимо обозначить основные факторы, определяющие ресурс работы режущего инструмента:
1. Геометрия резца: форма, размеры наконечника и корпуса. Влияние динамических нагрузок. Энергетическое воздействие ударного контактирования.
2. Физико-механические свойства, химический состав и структурно-фазовое состояние твердосплавного наконечника и корпуса резца.
3. Режимы резания: скорость (V), глубина подачи (5), угол атаки (а) и др.
Каждый из этих аспектов имеет важное значение, однако для наиболее эффективного решения поставленной задачи необходимо рассматривать проблему в общей системе влияния материаловедческих, технологических и эксплуатационных характеристик на износостойкость детали.
Цель исследований - определить взаимное влияние геометрических показателей и формы резца, а также химического состава и физико-механических свойств материала и условий эксплуатации на интенсивность изнашивания и работоспособность резцов дорожной фрезы.
Для достижения цели предлагается решить следующие задачи:
- определить оптимальную форму резца;
- исследовать эпюры скоростей, давлений и износа на поверхности резца при взаимодействии конической поверхности с абразивным материалом;
- определить интенсивность износа резца.
Методика проведения исследований
Промышленные исследования проводились на предприятиях ЭЛУАД и Облавтодор г. Запорожья. Наблюдения и измерение размеров рабочих органов осуществлялось на дорожной фрезе "500, применяющихся для снятия слоя деформированного асфальтобетонного покрытия, толщина удаляемого слоя составляла 100 мм. Изучавшиеся резцы фирмы - "6 №128302 представляют собой: наконечник из твердого сплава ВК-8 и корпус (державку) из конструкционной углеродистой стали 35Г2. Измерения линейного износа (АЬ) резцов осуществляли непосредственно без их снятия в момент остановки дорожного агрегата с помощью шаблона и микрометра гладкого (МК) по высоте (Н) резца с точностью ±0,25 мм. В процессе исследований использованы методы математического моделирования и статистической обработки экспериментальных данных [9].
Результаты исследований
Движение рабочего органа дорожной фрезы представляет собой движение твердого тела по монолитному абразиву, при этом отделившиеся частицы как металла, так и гранита также участвуют в процессе изнашивания. Минимальный износ режущего инструмента будет наблюдаться в том случае, когда нагрузка распространяется на поверхность режущей части большей площади. Поэтому необходимо определить оптимальную форму резца с точки зрения снижения нагрузки при движении в слое асфальтобетона. Процесс резания асфальтобетонного покрытия (без учета динамического воздействия) отражает формула, полученная из "клиновой" схемы резания [10]:
N =
кудЬН 008 фу 008 фВН
008
2 ( а + фу + фВН
2
(1)
где куд - удельное сопротивление асфальта сдвигу;
Ь, Н - ширина и толщина (глубина фрезерования) среза;
ФВН - угол внутреннего трения асфальта;
а - угол фрезерования;
Фт - угол трения асфальта по клину.
Но выражение (1), позволяет определить приведенный коэффициент вязкого сопротивления среды и выбрать наиболее оптимальную форму режущего органа только для постоянной скорости резания. Однако, учитывая такие особенности процесса фрезерования, как периодичность работы резцов фрезы, переменная площадь поперечного сечения стружки, а также непостоянное число резцов, одновременно находящихся в ра-
боте, обусловливает переменные значение сил, моментов и давления, определяющих стружкообразование и, следовательно, имеет нестационарный характер [10].
Таким образом, для анализа условий эксплуатации необходимо рассмотреть вращательное движение резца дорожной фрезы в абразивной среде. На плоское сечение сектора резца дорожной фрезы, движущегося по круговой траектории с угловой скоростью ю вокруг центра О (рис. 2), действуют силы нормального давления и трения:
Рп = Пи008 Ц ; Т = РП/ = пи 008 ц,
(2)
где ц - угол между касательной к профилю и радиус-вектором рассматриваемой точки.
Полный момент сопротивления для плоского сечения сектора:
М = пю|р2 (0082 Ц + / 8Ш Ц008 Ц
где 6 - полярный угол.
й© , (3)
Рис. 2. Схема сил, действующих на резец, движущийся по круговой траектории в вязкоупругой среде
Производя замену sin | =
VPMPf
cos ц =
Vp2+(р')2
и вводя параметр t = tg| = р / р',
получим:
p = C1
yt^r
iF-f
0 = -31 - arctg t - f ln|t - f| + C2.
(4)
(5)
Выражения (4) и (5) дают в параметрической форме спираль с центром в точке О. Постоянные интегрирования С и С2 определим из условий (р(О)=К; р(0о) = R±B), определяющих границы сопряжения рабочего инструмента с абразивной средой. В результате интегрирования, получаем спираль, раскручивающуюся в обратную сторону. Пересечения правой и левой спиралей образуют форму оптимального рабочего органа, движущегося по дуге радиуса R в моделируемой среде. Для Сг = 1 и С2 = 0 эта форма показана на рис. 3.
Следовательно, оптимальной формой резца с учетом минимальной нагрузки абразива на поверхность трения при движении в слое асфальтобетона обеспечивает конусообразная траектория относительного перемещения частицы по рабочей кромке.
Рассмотрим эпюры давлений и износа при взаимодействии контактирующих поверхностей резца и монолитного абразива (рис. 4, табл. 1). Допустим, что все точки, расположенные на одной траектории, имеют одинаковые условия изнашивания, а также во время взаимодействия вся конусообразная поверхность соприкасается с абразивом. В соответствии с [11] учи-
тывая линейный закон изнашивания у = Крау, скорости изнашиваемых сопряженных поверхностей определим из выражений:
Yl = Kr pa 2nny cos а ; Y 2 = K2pa 2nny cos а ,
(6) (7)
где у!, у2 - скорости изнашивания соответственно корпуса резца и абразивной смеси, мм/мин;
К1 , К2 - коэффициенты трения;
ра - давление изнашивающей среды на поверхности трения, кПа;
У - координата длины боковой поверхности резца, мм;
а - угол между боковой поверхностью и горизонталью резца.
Рис. 3. Оптимальный профиль тела для движения по круговой траектории в вязкоупругой среде: 1 - левая спираль; 2 - правя спираль, f = 0; 2а - f = 0,2; 2б - f = 0,3
Р
Р
Рис. 4. Эпюры давлений, скоростей и износа при взаимодействии конической поверхности резца с абразивным материалом: 1 - конусообразная поверхность корпуса резца; 2 - абразивный материал; 3 - эпюра давлений Р(у); 4 - эпюра скоростей на поверхности корпуса Цу); 5 - эпюра износа резца Ц(у); 6 - эпюра износа абразивного материала ^(у)
Таблица 1 - Влияние координат точек (у) на боковой поверхности резца на параметры изнашивания
y, мм Давление на поверхности резца ра, кПа Скорость относительного перемещения точки на поверхности резца, м/мин Линейн^1й износ корпуса резца, мм
0,0 ii - i9,47 7,50
0,0 i 5 i i4,i 5 i9,i8 6,95
0,020 84,i4 i 8,89 2,45
0,025 68,27 i 8,6 0,25
0,030 55,68 i 8,35 0
0,042 40,i9 i7,9i 0
Примечание: параметры расчитывались для постоянных условий:
- усилие прижатия (величина подачи) на один резец — 9,27 Н;
- максимальный радиус корпус арезца Я = 17 мм;
- радиус наконечника г = 12 мм;
- частота вращения резца в резцедержателе п = 30 об/мин.
С учетом того, что сумма износов резца и асфальтобетона, измеренная в направлении сопряженных поверхностей, должна быть постоянной и равняться износу всего сопряжения [11], тогда
подстановки в них значения ра
^ Pn
U =Yit = Ki--1:
R - r
(12)
Pa =
Yl-2
1
2nn(Ki + K2) y
(8)
где n - частота вращения резца, об/мин.
Из равенства (8) следует, что эпюра давлений имеет нелинейный квадратичный характер, так как для заданных режимов работы y1-2 = const (рис. 4, а). Эпюра скоростей точек, расположенных на поверхности корпуса резца, с учетом зависимости между линейной и угловой скоростями (V = raR), представлена на рис. 4, б. Для определения значений Y1-2 найдем зависимость между силой Р и давлением р , распределенным по поверхности трения
y У2
P = 2п J pa cos apdy = 2n cos2 a J paydy, (9)
yi
yi
где p = y cos a ; yi =-
cosa
; y 2 =
R
. Подставляя
cosa
выражение ра и решая уравнение относительно Yi-2, получаем
Yi-2 =
Pn(Ki + K 2) (R - r )cos a
Тогда
pa =
P
i
2n(R - r)cosa y
(i0)
(ii)
Величину износа поверхности резца и монолитного абразива получаем из выражений у1 и у2 после
Pn
U2 = Y2t = K2--1,
R - r
(i3)
где t - время изнашивания, мин.
Анализ взаимодействия контактирующих поверхностей показывает, что инструмент (резец) в большей степени изнашивается в зоне сужения (1, рис. 4), а контактирующий материал в средней зоне взаимодействия (2, рис. 4). Полученные уравнения (11)-(13) отображают влияние геометрических размеров резца на интенсивность износа инструмента. Графические зависимости (рис. 5), иллюстрирующие математические выражения (11)-(13), построенные для центральной части корпуса резца в районе наконечника, показывают, что с увеличением усилия прижатия Р (величины подачи) прямо пропорционально растет величина нагрузки (рис. 5, а) на поверхности корпуса резца (ра) и его износ (рис. 5, б) (Ц). Увеличение радиуса наконечника негативно сказывается на работоспособности рабочего инструмента дорожной фрезы: давление на поверхности и износ корпуса резца увеличивается по параболической зависимости (рис. 5, а; б). Иначе влияет рост максимального радиуса резца (Я, рис. 4). Наблюдается снижение давления на поверхности корпуса резца и величина его износа (рис. 5, а; б). При этом характер кривой также параболический. Повышение частоты вращения резца в резцедержателе, которое может быть вызвано наличием дополнительных канавок, улучшающих вращающую способность, приводит к увеличению нагрузки. Рост угла а (рис. 4), в котором отражена длина резца, также приводит к повышению нагрузки, возникающей на поверхности корпуса резца (рис. 5).
r
К / I
Г г ( /
1 /
Г /
/ , /
/ У
У
' \а
15 16 17 18 19 20 21 22 23 Максимальный радиус корпуса резца Я, мм
К 9 10 II 12 Радиус наконечника г, мм
—I-
13
-+-
300 250 200 150 100 50
8 10 12 14 16 18 20 22 Усилие прижатия (величина подачи) Р, Н
24 14
15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Частота вращения резца в резцедержателе п. об/мин |-1-1-1-1-1-1-1-1-1
40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 Угол между боковой поверхностью и горизонталью резца а
а С
о)
=!
«
<и с.
в н и о я
X ЕХ и а о с
ей К г>
К =
<и §
сЗ
ч
г й
я
и
«
и а*
я о
и
с-
§
и
О -
го =
5Е
-1 =
>5
о =
=
15
8 10 12 14 16 18 20 Усилие прижатия (величина подачи) Р, II
-+-
16
24
17 18 19 20 21 22 23 Максимальный радиус корпуса резца К, мм
-1-1-1—■—к—■—|-1-I—
8 9 10 II Радиус наконечника г, мм
-I-1-
12
13
14
15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 _Частота вращения резца в резцедержателе л, об/мин
40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 Угол между боковой поверхностью и горизонталью резца и
б
О - усилие прижатия (величина подачи резца) Р, Н; • - максимальный радиус корпуса резца Я, мм; ■ - радиус наконечника г, мм; ♦ - частота вращения резца в резцедержателе п, об/мин; ▲ - угол между боковой поверхностью и горизонталью резца а
Рис. 5. Влияние геометрических характеристик резца на: а - величину нагружений (Ра); б - износа (Ц) центральной части резца
а
Выводы
1. Разрозненность и противоречивость данных относительно влияния режимов контактного взаимодействия, а также структуры и свойств твердых сплавов рабочих органов дорожно-строительной техники на интенсивность изнашивания не позволяет определить оптимальное сочетание формы и материала резца для работы в конкретных условиях эксплуатации. Для получения оптимальных показателей работоспособности предложено комплексное исследование эксплуатационных показателей (геометрические характеристики резца, режимы изнашивания, структурно-фазовое состояние материала) в единой трибосистеме.
2. На основании решения уравнений динамики движения резца в вязко-упругой среде оптимизирована геометрическая форма резца. Установлено, что минимальное давление на поверхности рабочего органа дорожной фрезы достигается при использовании конусообразной формы.
3. На основе построенных эпюр [Р = /у), V=/(у), и = /(у), и2 = /(у)], доказано, что инструмент (резец) в результате взаимодействия контактирующих поверхностей в большей степени изнашивается в зоне сужения, а контактирующий материал в средней зоне. Полученные математические функции и их графические зависимости отображают влияние геометрических размеров резца на величину давления на поверхности резца и интенсивность износа инструмента.
Список литературы
1. Кортелев Г. А., Харитонов В.Н. Износостойкая наплавка лопаток дорожной фрезы Д-530 // Сварочное производство. - 1964. - №11. - С. 37-38.
2. Калинин Л.Н., Гринберг Н.А., Густов Ю.И. Повышение долговечности рабочих органов земснарядов износостойкой наплавкой // Износостойкость деталей дорожно-строительной техники. - М.: Наука, 1987. -С. 89-91.
3. Гринберг Н.А., Куркумелли Э.Г., Калинин Л.Н. и др. Износостойкость различных наплавочных сплавов, эксплуатируемых в условиях абразивного изнашивания в воде // Сварочное производство. - 1990. - №4. - С. 3941.
4. Акопов Р.В. Геометрия режущего инструмента при резании камня. - М.: Машиностроение, 1982. - 252 с.
5. Лейкин М.Г., Гуменников Н.Е. Оптимизация режимов и количества резцов камнерезных машин // Строительные материалы. - 1971. - №1. - С. 18-19.
6. Рейш А.К. Повышение износостойкости строительных и дорожных машин. - М.: Машиностроение, 1986. -184 с.
7. Акопов Р.В. К вопросу о режущих способностях инструментальных материалов при обработке камня. - Изв. Акад.наук Арм. ССР. - 1952, том V, №4, С. 77-81.
8. Левин С.С. Отделка поверхностей изделий из ячеистых бетонов фрезерованием. - М.: Гос. изд. литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1962. - 24 с.
9. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976. - 279 с.
10. Шульц В.В. Форма естественного износа деталей машин и инструмента. - Л.: Машиностроение, 1990. -197 с.
11. Справочник по триботехнике / Под общ. ред. М. Хеб-ды, А.В. Чичинадзе. В 3 т. Т.1 Теоретические основы. -М.: Машиностроение, 1989. - 400 с.
Одержано 6.10.2006
Вроботi розглянутi питанняруйнуванняробочих оргaнiв дорожньо-будiвельноi технiки, як працюють в умовах абразивного зношування зaкрiпленим абразивом. Проведет aнaлiтичнi дослiдження впливу трiбомaтерiaлознaвчих пaрaметрiв рiзцiв на iнтенсивнiсть 1'х зношування. На основi розв 'язання рiвнянь динaмiки руху рiзця у в 'язко-пружному середовищi оптимiзовaно його геометричну форму. Отримaнi мaтемaтичнi зaлежностi впливу геометричних розмiрiв ргзця на величину тиску та iнтенсивнiсть зносу iнструменту.
The questions of working parts of road - building technics damage used in abrasive wearing conditions with fixed abrasive were studied. The analytical investigations of influence of tribomaterialscience parameters of cutters on their wear intensity were carried out. On the basis of cutter movement dynamics equation solving for viscous elastic conditions, it's geometrical form was optimized. The mathematical dependencies of cutter geometrical dimensions influence over pressure value and tool wear intensity were received.
