Лесотехнический журнал (стр. 8 )

Для того, что бы повысить рабочий ресурс шарниров предлагается металлический антифрикционный материал заменить самосмазывающимися антифрикционными пластиками, а именно, применять ЭСТЕРАН-29 и АМАН-13 [5; 6; 7]. Так как изменен антифрикционный материал в шарнирах манипуляторов, то процесс трения и изнашивания будет происходить несколько иначе, чем в исходных шарнирных соединениях. Поэтому необходимо определить действительную величину фактора, имеющего наибольшее влияние на величину износостойкости – удельного давления Р с учетом проведенных изменений в шарнирных соединениях.

Расчет величин удельных давлений проводится с учетом рекомендаций [8] и используются рекомендации, предложенные в [9; 10].

Для определения величины среднего удельного давления Рср воспользуемся решением Г. Герца для внутреннего касания цилиндров, если выполняется условие

(1)

где

(2)

где R – расчетная нагрузка, действующая на подшипник, кН;

Е1 – модуль упругости пластика, МПа;

l – длина антифрикционных втулок, мм;

– зазор сопряжения, предварительно принимается равным 0,4 мм.

Отсюда

y=Е1/Е2, (3)

где Е2 – модуль упругости стали, МПа;

m1 – коэффициент Пуассона пластика;

m2 – коэффициент Пуассона стали.

Если неравенство (1) не выполняется, то, расчет проводится по следующей схеме, в начале определяется половина угла контакта φ0, рад.

(4)

где

(5)

где

(6)

где

(7)

(8)

Максимальное давление в центре дуги контакта Pm определяется:

(9)

где R – внутренний радиус втулки, мм;

l, мм – длина подшипника.

Среднее давление на контакте определяется по формуле:

(10)

Далее необходимо уточнить размеры подшипника по найденному удельному давлению, при этом нужно, что бы соблюдалось неравенство:

d´l=R/Р. (11)

Если условие выполняется, то необходимость в корректировке размеров конструктивных составляющих подшипника скольжения отпадает.

Результаты расчетов максимального давления в центре дуги контакта Рm и среднего давления на контакт во всех рассматриваемых шарнирных соединениях для ЭСТЕРАНА-29 сведены в табл. 1, для АМАНА-13 – в табл. 2. Результаты табл. 1 получены при постоянных значениях Е1=2300 МПа, D=0,4 мм, Е2=210000 МПа, m1=0,375, m2=0,29, =0,543 и индивидуальных, для каждого из рассматриваемых шарнирных соединений, значениях Р, кН; l, мм и r1,мм. Результаты табл. 2 получены при постоянных значениях Е1=2450 МПа, D=0,4 мм, Е2=210000 МПа, m1=0,335, m2=0,29, =0,543 и индивидуальных, для каждого из рассматриваемых шарнирных соединений, значениях Р, кН; l, мм и r1, мм.

Таблица 1

Расчетные давления в шарнирных соединениях с пластиком ЭСТЕРАН – 29

	ЛП – 19А	ЛП – 49, ЛП –18А	ЛП – 17А, ТБ – 1М
	Подвеска – рукоять
Рm, МПа	26,57	28,67	29,19
, МПа	19,68	21,69	22,03
	Рукоять – стрела
Pm, МПа	38,48	29,87	43,7
, МПа	27,2	21,81	32,73
	Стрела – поворотная колонка
Pm, МПа	38,48	33,4	33,35
, МПа	27,2	24,04	25,76

Таблица 2

Расчетные давления в шарнирных соединениях с пластиком АМАН-13

	ЛП – 19А	ЛП – 49, ЛП –18А	ЛП – 17А, ТБ – 1М
	Подвеска – рукоять
Рm, МПа	19,44	20,83	24,83
, МПа	13,35	14,56	17,32
	Рукоять – стрела
Pm, МПа	30,76	22,92	32,28
, МПа	20,18	15,49	22,35
	Стрела – поворотная колонка
Pm, МПа	30,76	26,11	23,32
, МПа	20,18	17,41	16,65

Таким образом, значения, представленные в табл. 1 и 2, характеризуют реальные давления в шарнирах лесных манипуляторов с антифрикционными пластиками ЭСТЕРАН-29 и АМАН-13.

Эти значения давлений отличаются от давлений, которые возникают в шарнирах при использовании антифрикционных сталей, чугунов и бронз, они меньше. Уменьшение значений удельных давлений, по сравнению с прототипом, объясняется тем, что пластики более мягкие материалы, и, следовательно, полуугол контакта у них больше, чем у сталей и бронз, за счет чего достигается более равномерное распределение и по большему участку нагрузки. Уменьшение удельных давлений приводит к повышению износостойкости материалов, за счет чего достигается более равномерное распределение и по большему участку поверхности нагрузки. Уменьшение удельных давлений приводит к повышению износостойкости материалов за счет того, что в меньшей степени структура поверхностных и приповерхностных слоев. Уменьшается влияние пластических деформаций. Снижается вероятность схватывания трущихся поверхностей и т. д.

Библиографический список

1. Влияние статических нагрузок на износостойкость пластиков типа АМАН // Серебрянский : ВГЛТА, 20с. Деп. в ВИНИТИ. 2002.

2. Пат. 34661 РФ, МПК 7 F 16 С 11/06. Шарнирное соединение / , , ; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № /20; заявл. 28.07.03; опубл. 10.12.03.

3. Пат. 2242644 РФ, МПК7 7 F 16 C 11/00. Шарнирное соединение / , , ; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № /11; заявл. 24.06.03; опубл. 20.12.04, Бюл. №с.

4. Пат. 2246051 РФ, МПК 7 F 16 С 11/00. Шарнирное соединение / , ; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № /11; заявл. 30.06.03; опубл. 10.02.05.

5. Серебрянский антифрикционных пластиков в тяжелонагруженных подшипниках скольжения // Лес и молодежь ВГЛТА - 2000 год : сборник научных трудов юбилейной конференции молодых ученых, посвященной 70-летию образования ВГЛТА / под ред. ; ВГЛТА. Воронеж, 2000. Т. 1. С. 207–210.

6. , О целесообразности изменения смазочного материала в шарнирных соединениях лесных манипуляторов // Повышение технического уровня машин лесного комплекса : материалы Всероссийской научно-практической конференции, Воронеж, 3-5 июня 1999г. Воронеж, 1999. С. 83–85.

7. , Серебрянский износостойкости узлов трения манипуляторного технологического оборудования лесных машин // Научно-технические проблемы в развитии ресурсосберегающих технологий и оборудования лесного комплекса : материалы Международной научно-практической конференции, Воронеж, 24-26 сентября 1998 г. / ВГЛТА. Воронеж, 1998. С. 227–229.

8. , Алексеев несущей способности подшипников скольжения с вкладышем // Машиноведение. 1975. № 1. С. 107–114.

9. Трение изнашивание и смазка: справочник / Под ред. , . Т. 1. М. : Машиностроение, 19с.

10. Трение изнашивание и смазка : справочник / под ред. , . Т. 2. М. : Машиностроение, 19с.

УДК 630.323.113

ИССЛЕДОВАНИЕ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ТРЕНИЯ В ПОДШИПНИКАХ СКОЛЬЖЕНИЯ ЛЕСООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

, ,

ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Проведено исследование по влиянию вращательного процесса трения на величину изнашивания полимерного антифрикционного материала, как с металлическим наполнителем, так и без наполнителя. Выявлена зависимость линейного и весового износа антифрикционной втулки подшипника скольжения.

Ключевые слова: исследование, вращательный процесс трения, изнашивание, линейный износ, весовой износ, втулка подшипника скольжения.

Антифрикционные подшипниковые материалы на полимерной основе способны заменять в узлах трения лесообрабатывающего оборудования цветные антифрикционные материалы на основе бронзы, баббита др., при этом допустимы более высокие значения нагрузок и температуры без обильной подачи смазочного материала. Не вращающиеся втулки из полимерных материалов в условиях сухого и граничного трения быстро теряют свою работоспособность вследствие локализации напряжений, температуры и износа на небольшой части их поверхности трения.

Поиски различных способов улучшения работы композиционных, металлополимерных подшипников скольжения, привели к созданию принципиально новых видов трущихся сопряжений – «обратных пар» трения. В такой паре трения подшипник скольжения (антифрикционная втулка) жестко закреплен на валу по своей внутренней поверхности, а внешняя его поверхность участвует в работе трения по опорной поверхности корпуса подшипника [1].

В этом случае температура по всей внешней поверхности подшипника будет одинакова, так как она вся участвует в трении. При таком виде трения получаем осесимметричное температурное поле относительно оси вращения. Кроме того, в обратной паре благодаря распределению снятого при изнашивании объема материала по всей поверхности вала, прирост зазора будет значительно меньше, чем в «прямой паре» трения, когда вал вращается относительно жестко закрепленной втулки. Для повышения теплопроводности полимерной втулки предлагается использовать наполнитель в виде мелкой металлической стружки (низкоуглеродистая сталь), который обработан магнитным полем в момент изготовления втулки. Данный композиционный материал обладает увеличенной теплопроводностью и прочностью по сравнению с чистым полимером. Рассмотри износ полимерной втулки, армированной металлическим наполнителем, в «прямой» и «обратной» паре трения подшипника скольжения.

Можно приближенно определить отношение износов деталей в прямой и обратной паре трения. Для простоты расчетов примем условие, что вал в прямой паре и подшипник в обратной паре не изнашиваются и объемные износы деталей обеих пар одинаковы.

В случае использовании прямой пары трения, когда опора скольжения работает в режиме частого пуска и остановки, площадь выработанной валом лунки в нормальном к оси сечении (рис. 1) приближенно рассчитывается следующей формулой [2]:

(1)

где S1 – площадь радиального сечения лунки, мм2.

h – ширина лунки, мм;

b – ширина лунки, мм.

Рис. 1. Положение вала в выработанной

им втулке (прямая пара)

Площадь износа шейки вала в обратной подшипниковой паре (рис. 2) определяется из уравнения:

(2)

где S2 – площадь износа по радиальному сечению вала, мм2;

a – радиальный износ вала, мм;

b – диаметральный зазор, мм.

Рис. 2. Положение вала в корпусе после

износа (обратная пара)

Разделив уравнение (2) на уравнение (1), приняв, что S1= S2 и пренебрегая величиной a2 в виду ее незначительности, получим:

(3)

Если принять h=2r, то b≈5a,

где a – половина прироста зазора в прямой паре;

b – прирост зазора в обратной паре.

В данном случае увеличение диаметрального зазора в прямой паре в 2,0…2,5 раза больше, чем в обратной паре. Практически h<2r, следовательно, увеличение зазора в прямой паре будет еще больше. Если износ вала в обратной паре больше чем на подшипнике в прямой паре, то отношение b/2a будет меньше теоретического, но всегда прирост зазора в прямой паре будет больше, чем в обратной. Износостойкость металлополимерной втулки в обратной паре трения почти в 2 раза превышает износостойкость такой же втулки в прямой паре [2].

Нам проводились сравнительные исследования композиционного полимерного материала на износостойкость в прямой и обратной паре трения. Износостойкость композиционного материала определялась на лабораторном стенде по схеме вал – подшипник. Для получения большего износа обеих пар использовался повышенный режим испытаний.

Рис. 3. Зависимость линейного износа от времени композиционного материала в «прямой» и «обратной» паре трения по сравнению с чистым полимером (полиамид А6 – Капролон)

1 – полимер без наполнителя в прямой пате трения; 2 – полимер с металлическим наполнителем (15 % по массе) в прямой паре трения; 3 – полимер без наполнителя в обратной пате трения; 4 – полимер с металлическим наполнителем (15 % по массе) в обратной паре трения

Для определения величины износа материала и распределения износа по поверхности трения используют метод определения линейного износа. Измеряя размеры пары трения до и после испытания, определяют разность линейных размеров и тем самым судят о величине линейного износа. Линейный износ выражается в безразмерных единицах. Износ также определялся по потере в весе, но весовой способ определения износа является интегральным, так как фактически определяется суммарная потеря веса по всей поверхности трения.

Рис. 4 Зависимость весового износа от времени композиционного материала в «прямой» и «обратной» паре трения по сравнению с чистым полимером (полиамид А6 – Капролон)

Из анализа проведенных исследований видно, что полимерный антифрикционный материал с металлическим наполнителем имеет высокие антифрикционные свойства по сравнению с полимером без наполнителя и в ряде случаев может заменять в подшипниках цветные металлы (бронзу, баббит). Приведенные данные подтверждают повышение износостойкости композиционного полимера с металлическим наполнителем, а увеличении износостойкости в 2 раза в «обратной» паре трения говорит о целесообразности применения подшипников скольжения такого типа в узлах трения лесообрабатывающего оборудования. Применение данного композиционного полимерного материала позволит продлить срок эксплуатации лесообрабатывающего оборудования.

Библиографический список

1. , , Благов из пластмасс: справочник / М.: «Машиностроение», 19с.

2. , , Закатов автомобильных деталей полимерными материала: учеб. пособие / Гос. Науч. Исслед. Ин-т автомобильного транспорта Ленфилиал. М. : «Транспорт», 19с.

 

УДК 630*:65.011.54

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МЕХАНИЗМА ОЧИСТКИ НА ПРОЦЕСС УДАЛЕНИЯ СЕМЯН ИЗ ОТВЕРСТИЙ РЕШЕТ

ёв,

ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Приведены теоретические исследования процесса удаления забившихся семян из отверстий плоских решет семяочистительных машин. Установлено, что для эффективного удаления семян из отверстий решет следует использовать для изготовления щеток материал с большими значениями модуля упругости, а также увеличивать диаметр щетины щетки при уменьшении ее длины.

Ключевые слова: семяочистительная машина, плоские решета, отверстие, семена, щетка.

Семяочистительные машины, оснащенные плоскими качающимися решетами, используют для очистки и сортирования на размерные фракции семян лесных культур.

Основным недостатком таких машин является то, что в процессе их работы происходит забиваемость отверстий решет семенами и их примесями. В результате этого падает эффективность сортирования, снижается производительность процесса, а вследствие долговременного нахождения семян в отверстиях решет наблюдается повреждение дорогостоящего посевного материала.

Решить указанную проблему можно путем удаления застрявших частиц из отверстий решет механизмом очистки. Однако, ввиду особых свойств семян лесных культур, в частности, хвойных пород, применение традиционно используемых механизмов очистки сельскохозяйственного назначения не позволяет добиться желаемого результата. Вследствие этого, проблема очистки отверстий решет от забившихся в них лесных семян долгое время оставалась нерешенной.

На основании исследований по сортированию семян хвойных пород на плоских качающихся решетах разработана новая конструкция механизма очистки отверстий. Рабочими органами механизма являются активные цилиндрические щетки, совершающие под решетами возвратно-поступательное движение, а также вращательное движение вокруг своих осей [1].

Рассмотрим процесс воздействия рабочих органов механизма очистки на забившуюся в отверстии решета частицу. При этом частицу семени будем аппроксимировать шаром с равномерно распределенной по объёму массой (рис. 1).

Очевидно, что для эффективной работы механизма очистки необходимо, чтобы выполнялось требование:

(1)

где – длина щетины щетки, м;

– толщина решета, м;

Н – высота размещения щетины под нижней кромкой решета, м.

Рис. 1. Схема воздействия щетки механизма очистки на забившуюся в отверстии решета

частицу

Будем считать, что частица выталкивается из отверстия, если:

(2)

где Fупр – упругая сила со стороны щётки, Н;

Fзакл – сила заклинивания частицы в отверстии, Н;

mч – масса частицы, кг;

g – ускорение силы тяжести, g=9,81 м/с2.

При сортировании частиц на решетах с прямоугольными отверстиями предположим, что:

(3)

где Fтр – статическая сила трения частицы о кромки отверстия, Н;

fст – коэффициент трения покоя;

c – коэффициент пропорциональности;

– предельная деформация частицы, м.

Для частиц имеющих шарообразную форму величина предельной деформации частицы может быть определена [2]:

(4)

где xmax – наибольшее перемещение частицы в вертикальной плоскости, м;

d – диаметр сортируемой частицы, м;

bотв – ширина отверстия решета, м.

Следовательно:

(5)

Упругую силу, развиваемую щетиной, установим на основании зависимости между прогибом и силой для консольно-заделанной балки. При этом величина предельной деформации щетины при ее контакте с забившейся в отверстии решета частицей может быть определена [3]:

где – длина щетины, м;

E – модуль упругости первого рода для материала щетин, Н/м2;

Jx – осевой момент инерции, м4.

Отсюда найдем упругую силу, развиваемую одной щетиной:

(6)

Поскольку поперечное сечение щетины круг, диаметром dщ, то:

Значит:

(7)

Следовательно, окончательное выражение для усредненной упругой силы, действующей на частицу:

(8)

где nщ – число щетин, одновременно контактирующих с застрявшей частицей.

Выражение (2) с учетом констант примет вид:

(9)

Анализ полученных выражений показывает, что для эффективного удаления семян из отверстий решет следует использовать для изготовления щеток материал с большими значениями модуля упругости, а также повышать жесткость рабочего органа путем увеличения диаметра щетины щетки при уменьшении ее длины. Кроме того, для повышения числа щетин, одновременно контактирующих с частицей, следует увеличивать площадь их заделки.

Библиографический список

1. Пат. 34407 РФ, МПК7 В 07 В 1/50, 1/52. Механизм очистки плоских решёт / , ёв; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. №/20; заявл. 28.07.2003; опубл. 10.12.2003, Бюл. №34. 3 с.