УДК 621.891

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ

 

MAINTENANCE OF WEAR RESISTANCE OF THE DETAILS WORKING IN THE CONDITIONS OF DYNAMIC LOADING

 

Пилюшина Г.А. (Брянский государственный инженерно-технологический университет, г. Брянск, РФ)

Piljushina G.A. (Bryansk State Engineering-technological University, Bryansk, Russia)

 

Рассмотрены вопросы обеспечения износостойкости деталей технологических машин и оборудования на основе использования комплексных подходов, включающих конструкторские, технологические и эксплуатационные мероприятия с учетом особенностей эксплуатации и действующих нагрузок.

Guestions of maintenance of wear resistance of details of technological cars and the equipment on the basis of use of the complex approaches including design, technological and operational actions taking into account features of operation and operating loadings are considered.

 

Ключевые слова: износостойкость; подшипники скольжения; трение; функциональные поверхности; неподвижные разъемные соединения; упрочняющая обработка.

Key words: wear resistance; sliding bearings; a friction; functional surfaces; the motionless demountable connections; strengthening processing.

 

В настоящее время одной из важнейших проблем машиностроения является повышение технико-экономических характеристик узлов и агрегатов транспортных и технологических машин, работающих в широком диапазоне динамико-скоростных, силовых режимов эксплуатации, а также при негативном воздействии факторов внешней среды, таких как температура, повышенная влажность, различные виды загрязнений и др.

За счет такого рода воздействий многие ответственные детали узлов трения машин подвергаются износу, приводящему к возникновению аварийных ситуаций, утечкам и загрязнению окружающей среды, а также к существенным затратам на ремонт и обслуживание рассматриваемой техники.

Для решения задач повышения их износостойкости и оптимизации других триботехнических параметров теоретически и экспериментально устанавливались закономерности фрикционного взаимодействия сопрягаемых поверхностей, оценивалось влияние на протекание процессов поверхностного разрушения микро- и макрогеометрии поверхностных слоев, физико-химических свойств используемых- материалов и ряда др. факторов. На основе полученной информации ставились и решались научно-технические задачи, способствующие минимизации изнашивания функциональных поверхностей инструментов и деталей машин.

В качестве эффективного средства обеспечения работоспособности узлов трения по одному из важнейших ее критериев – износостойкости, во многих случаях целесообразно использовать для изготовления вкладышей подшипников скольжения, направляющих элементов, шарниров, втулок и т.п. антифрикционные материалы на основе древесины, которые по многим свойствам не уступают, а в некоторых случаях и превосходят другие антифрикционные материалы.

Такой выбор древесно-металлических композиционных материалов в узлах трения обусловлен их высокой износостойкостью, необходимыми прочностными характеристиками, возможностью работать при наличии абразива в зоне трения, способностью гасить ударные нагрузки и вибрации, минимальным износом сопрягаемых деталей, хорошей прирабатываемостью рабочих поверхностей, способностью работать в условиях ограниченной смазки, и даже в ее отсутствии.

Однако не высокие теплофизические характеристики древесины значительно ограничивают возможность применения ее в качестве антифрикционного материала, так как из-за низкой теплопроводности древесины, теплоотвод с фрикционного контакта затруднен, а увеличение температуры выше некоторого допустимого предела приводит к термодеструкции древесины и последующему отказу узла трения.

Для повышения теплопроводности и других триботехнических параметров антифрикционных материалов на основе древесины был разработан и используется алгоритм оптимизации функциональных параметров древесных антифрикционных материалов [1].

В результате был обоснован ряд новых конструкций древесно-металлических подшипников скольжения, отличающихся структурой металлической фазы, закономерностями ее распределения в древесной матрице, а также предложены технологии их изготовления [2;3].

При эксплуатации неподвижных разъемных соединений, таких как уплотнительные элементы, детали арматуры и соединительные части трубопроводов, крепежные соединения, посадки подшипников качения, переходные посадки и др. аналогичные конструкции, необходимо обеспечить точность взаимного положения деталей в процессе их работы, а так-же выполнение ими ряда функциональных требований, таких как недопущение смещений деталей относительно друг друга, жидкостную и газовую герметичность и т.д.

Особенностью эксплуатации таких соединений являются очень малые относительные микроперемещения контактирующих поверхностей, поэтому их следует рассматривать, как условно неподвижные. Таким образом, они представляют собой особый вид трибосопряжений, для которого характерны высокие удельные нагрузки, малые скорости перемещения, что обусловливает такой характер изнашивания, как фреттинг-коррозия.

В процессе эксплуатации на износостойкость этих соединений существенное влияние оказывает наличие промежуточных слоев между функциональными поверхностями сопрягаемых деталей. В качестве таких слоев могут выступать специально создаваемые тонкие металлические или полимерные покрытия, которые в существенной степени способствуют регламентируемой трансформации физико-химических характеристик исходных поверхностей и изменению их функциональных показателей, в том числе обеспечивают частичную или полную замену внешнего трения на поверхностях деталей на внутреннее в создаваемых промежуточных слоях.

Для достижения поставленной цели предложен способ нанесения металлических покрытий на поверхности, образующих соединение, сочетающий химическое осаждение на охватываемой поверхности и газопламенное напыление на охватывающей. После нанесения указанных покрытий на контактирующие детали необходимо выполнить приработку, позволяющую осуществить совместную направленную реструктуризацию материалов с образованием функционального промежуточного слоя [5].

Проведенные нами лабораторные исследования и производственные испытания показали, что работоспособность по показателям износостойкости и герметичности соединений, сформированных предложенным способом, по сравнению с другими видами упрочняющей обработки существенно повышается.

При применении конструкционных методов повышения износостойкости деталей машин и инструментов, используемых при лесопилении и деревопереработке, важную роль играет задание рациональной геометрической формы функциональных поверхностей. Целесообразность такого подхода подтверждают результаты исследований, выполненных применительно к вальцовым подающим механизмам лесопильного оборудования, направляющим устройствам пильных цепных аппаратов, некоторым конструкциям дереворежущих инструментов [4].

Износ рабочих элементов вальцов приводит к уменьшению степени сцепления шипов с древесиной, их проскальзыванию и вследствие этого потере подачи бревен. Это снижает точность получаемых изделий и интенсифицирует изнашивание режущих инструментов.

В результате изнашивания шипов значительно изменяется их исходная геометрическая форма. Учитывая стабильность формирования эксплуатационной геометрии изнашиваемых поверхностей шипов, полагали, что существует форма шипа, при задании которой износ боковых поверхностей в различных ее точках будет примерно одинаков, а это, в свою очередь, позволит минимизировать общий износ.

Для расчета благоприятной геометрии шипа подающего вальца был использован принцип оценки минимума производства энтропии. За механическую модель изнашивающей среды была принята реологическая модель, состоящая из последовательно соединенных моделей упругого тела Гука и эластического тела Кельвина [6].

В результате теоретически была установлена приближенная геометрия шипа, к которой стремится поверхность при контакте с древесиной в процессе эксплуатации подающих вальцов и их изнашивания. Подобная форма позволяет сократить энергозатраты при перемещении заготовки и повысить ресурс работы шипов.

Для изготовления колец используется высокопрочный чугун с шаровидным графитом ВЧ60, обеспечивающий в сочетании с высокой прочностью достаточную пластичность и вязкость, а также повышенную сопротивляемость действию активных сред. В качестве упрочняющей обработки выполнялась поверхностная закалка с нагревом ТВЧ, которая обеспечивает формирование перлитно-мартенситной структуры на глубину, равную допустимой величине износа рабочих поверхностей шипов.

Производственные испытания опытных образцов колец подающих вальцов показали, что случаи проскальзывания распиливаемых бревен резко снижаются, а срок службы в 1,7–1,8 раза выше, чем серийных [7].

Таким образом, можно сделать вывод, что для повышения износостойкости деталей, испытывающих динамические нагрузки в процессе эксплуатации, наиболее эффективные решения могут быть достигнуты только за счет комплексного использования современных инновационных технологий. Для этого на всех стадиях подготовки к производству новой продукции необходима направленная проработка всех путей повышения качества и конкурентноспособности создаваемой техники.

 

Список использованных источников

1.    Пилюшина, Г.А. Возможности и перспективные пути повышения работоспособности машин и оборудования лесного комплекса [Текст]/Г.А. Пилюшина, Е.А. Памфилов //ИВУЗ.  Лесн. журн. 2013. № 5. С. 129-141.

2.    Подшипник скольжения: пат. 2432508 МПК F16C Рос. Федерация/ Памфилов Е.А., Сидоров О.В., Шевелева Е.В., Алексеева Е.В., Пилюшина Г.А.// Заяв. Опубл. 20.11.2007 г.

3.    Подшипник скольжения: пат. 108519 Рос. Федерация МПК F16C 33/04, 33/24/ Памфилов Е.А., Лукаш А.А., Прусс Б.Н., Пилюшина Г.А.// Заявл.07.04.2011. Опубл. 20.09.2011г.

4.    Пилюшина, Г.А. Повышение износостойкости деталей и инструментов деревоперерабатывающего оборудования [Текст]/ Г.А. Пилюшина// Научно-производственный и культурно-образовательный журнал «Качество и жизнь» - Москва, 2014.№ 1.С. 44-50.

5.    Способ изготовления  неподвижных разъемных соединений: пат. 2499171 Рос. Федерация. МПК F16J 15/00 / Памфилов Е.А., Пилюшина Г.А., Тяпин С.В.//Заявл.25.11.2011 Опубл. 20.11.2013г, Бюл.№ 32.

6.    Памфилов, Е.А. Особенности контактирования заготовок и транспортирующих шипов подающих вальцов деревообрабатывающего оборудования и оптимизации их геометрической формы [Текст]/ Е.А. Памфилов, Г.А. Пилюшина//Механика и физика фрикционного контакта и граничных слоев. Тверь: ТГТУ. 2004. С.8-15.

7.    Памфилов, Е.А. Повышение износостойкости деталей оборудования и инструментов лесного комплекса [Текст]/ Е.А. Памфилов, Г.А. Пилюшина //Актуальные направления научных исследований ХХI века: теория и практика, 2015. Т.З. № 2-1(13-1). С.272-278.