СКЛЕРОДИНАМИКА ЭЛЕМЕНТОВ ТРИБОСИСТЕМ СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

 

Густов Ю.И., Орехов А.А., Ярмолик Н.В. (МГСУ, г. Москва, РФ)

 

Sclerodynemical characteristics G.

 

Под склеродинамикой понимается изменение твердости поверхностей трения в процессе трения и изнашивания вследствие трибодеформации и разрушения подверхностных активных слоев.

Согласно [1], рассматриваются триада исходной (технологической) Но, поверхностной Нs и предельной На, микротвердости, а также относительные величины Кs= Нs/ Но и Ка= На/ Но.

Между последними приняты зависимости [2]

при Кs>1      Ка= Кs[ Кs0,5+( Кs-1)0,5 ],                                                                 (1)

при Кs<1      Ка= Кs[ Кs2- ( Кs-1)2 ].                                                            (2)

Для выбора наиболее износостойкого металла из определённой группы материалов рекомендуется склеродинамический критерий вида

G = [ ( Кт - 1)2 + ( Кs-1)2 +( Ка-1)2 ]0,5 →  min,                                            (3)

где Кт= Но/ Набр – относительная твердость металла при твердости абразива Набр.

Для ножей дорожной фрезы [1] получены следующие значения относительных твердостей Кт, Кs и Ка (табл.1).

 

Таблица 1 - Склеродинамические показатели ножей дорожной фрезы

Материал

Кт

Кs  

Ка

G

Jh,мм

εр

εэ

сталь 45

0,22

1,51

2,934

2,17

61,56

1

1

110Г13Л

0,42

1,37

2,436

1,592

39,06

1,349

1,576

И-1

0,6

1,21

1,886

0,995

36,7

2,158

1,677

И-2

0,445

1,26

2,057

1,222

36,18

1,757

1,701

Э-3

0,46

1,2

1,851

1,028

21,71

2,089

2,836

ВСН-6 + ВСН-8

0,5

1,2

1,851

1,007

17,58

2,132

3,502

СКБ

0,5

1,19

1,817

0,976

22,4

2,2

2,748

ЦН-16

0,53

1,18

1,782

0,92

20,7

2,334

2,974

ПП-У40Х38Г3РТЮ

0,8

1,25

2,0225

1,071

16,3

2,005

3,777

Т-620

0,82

0,905

1,14

0,247

17,1

8,692

3,6

КБХ-45

1,06

0,882

1,131

0,186

13,44

11,543

4,58

Х-5

1,13

0,85

1,172

0,263

10,43

8,163

5,902

 

Для сопоставления расчетных и экспериментальных величин приняты показатели εр=G45/Gi и  εэ=(Jh)45/Jhi при эталонных значениях G45 и износа (Jn)45 стали марки 45. Графическая зависимость расчетных εр и экспериментальных εэ величин представлена на рис.1. Её можно аппроксимировать линейной функцией вида

εр=4,5(0,6 εэ-1)                                         (4)

Видно, что в группе испытанных материалов наименьший линейный износ Jh (наибольшую износостойкость ε) имеют материалы, наплавленные электродами КБХ-45, Т-620, Х-5. Выбор конкретного наплавочного электрода делается с учетом их лучшей технологичности, недефицитности и меньшей стоимости.

Экспериментально-расчетные  трибологические показатели модельных шарниров драг [1] приведены в табл.2

 

Таблица 2 - Склеродинамические показатели пальцев черпаковых цепей драг

Материал

Кт

Кs  

Ка

G

Jh,мкм

εр

εэ

ВСН-12

0,75

1,333

2,856

1,9

78

0,898

1,91

ОМГ-Н

0,47

1,255

2,601

1,706

149

1

1

ВСН-6

0,62

1,306

2,773

1,839

85

0,928

1,753

ОЗШ-1

0,56

1,214

2,462

1,542

71

1,106

2,099

ОЗИ-1

0,73

1,164

1,872

0,928

52

1,838

2,865

НГ-2

0,65

1,215

2,467

1,523

66

1,12

2,258

Х-5

1,04

0,817

0,625

0,419

21

4,072

7,095

Т-620

0,67

1,215

2,467

1,52

44

1,122

3,386

ОЗН-6

0,53

1,24

2,875

1,948

140

0,876

1,064

 

Из полученных результатов (см.табл.2) следует, что наименьший линейный износ Jh (наибольшую износостойкость ε) имеют материалы с меньшими значениями склеродинамического показателя G. Из числа испытанных этим выделяется наплавка электродами Х-5 (G=0,419, Jn=21мкм).

При сравнении расчетных и экспериментальных величин приняты показатели εр=Gомг-н/Gi и εэ=(Jn)омг-н/Jhi при эталонных значениях Gомг-н и (Jn)омг-н  наплавки электродами марки ОМГ-Н. Графическая зависимость расчётных εр и экспериментальных εэ величин представлена на рис.2. Эту зависимость можно аппроксимировать линейной функцией вида

                                                                    εр=0,6εэ                                            (5)

На основе склеродинамики трущихся деталей машин предлагается вязкостно-энергетический (синергетический) критерий износостойкости

                                                                  ε = КтWc / Кs Аc ,                       (6)

где Wc – относительная удельная энергия разрушения

      Аc – относительная вязкость металла, вычисляется по формулам

Wc = 0,5(Ка + 1)ln(1/Dm),                                   (7)

   Аc = 0,5(Ка - 1)ln(1/Dm),                                   (8)

здесь Dm – парциальный микрометалл в пределах шероховатого слоя (коэффициент    заполнения профиля).

Расчет по (6) с использованием данных таблицы 2 и Dm = 0,42…0,68 показал удовлетворительное совпадение рядов металлов по расчетной и экспериментальной износостойкости. По наибольшему расчетному значению вязкостно-энергетического критерия (ε = 6,55) можно рекомендовать для наплавки пальцев черпаковых цепей драг электроды Х-5 (εэ= 7,095).

 

На основе склеродинамических показателей Кт и Кs предлагается формула для определения коэффициента полезного действия (ή) трибосистем строительной техники:

                                                 ή = 1 – (ƒ / Кт Кs) Dа,                                           (9)

где Dапарциальный микроизнос в пределах шероховатого слоя [1];

       ƒ – полный коэффициент трения.

Применительно к данным таблицы 2 получены следующие значения ή (%) системы «материал – сталь 110 Г13Л».

 

Таблица 3

Мате-риал

ВСН-12

ОМГ-Н

ВСН-6

ОЗШ-1

ОЗИ-1

НГ-2

Т-620

ОЗН-6

Х-5

ήп,%

56,3

36,2

42,2

38,7

39,9

41,3

42,1

42,5

27,6

 

Полученные значения ή удовлетворительно согласуются с величинами КПД трибосистемы «клиновой привод» [3].

На основании результатов проведенных исследований можно сформулировать следующие основные выводы:

1.                   Предлагаемый склеродинамический показатель G может служить критерием выбора износостойких материалов для конструктивных элементов трибомеханических систем.

2.                   Из номенклатурного ряда материалов наибольшей абразивной износостойкостью обладает материал с наименьшим значением склеродинамического показателя.

3.                   Применительно к ножам дорожных фрез и пальцам черпаковых цепей драг по критерию G можно рекомендовать износостойкую наплавку электродами марки Х-5.

4.                   На основе склеродинамики трущихся элементов рекомендуется вязкостно-энергетический критерий, максимальному значению которого соответствует наибольшая износостойкость наплавки Х-5.

5.                   Предлагаемая формула для определения КПД трибосистем строительной техники дает значения, удовлетворительно согласующиеся с КПД трибосистемы «клиновой привод».

 

Литература

1.    Густов Ю.И. Повышение износостойкости рабочих органов и сопряжений строительных машин. Дис. … д.т.н. -М.: 1994.-529с.

2. Густов Ю.И., Густов Д.Ю., Воронина И.В. Методология определения триботехнических показателей металлических материалов// Сборник докладов ХVI Словацко-российско-польского семинара «Теоретические основы строительства». – М.: МГСУ, 2007. -с.339-342.

3. Чихос Х. Системный анализ в трибонике. -М.: МИР, 1982. -351с.