Механизма изнашивания

Рис. 6.2. Кинематическая схема механизма изменения вылета стрелы крана

Принимая во внимание наличие высоких температур (более 600 К) в зоне трения, что подтверждается показанным выше образованием фторидов, в целях уточнения характера и механизма изменения надмолекулярной структуры полимерной матрицы были проведены рентгенографические исследования в интервале температур 293-610 К. Рентге-нографирование образцов из чистого фторопласта-4 и композиционных материалов проводили в монохроматизированном медном излучении, нагрев образцов - в высокотемпературной приставке, конструкция которой позволяла выдерживать заданную температуру с точностью ±5 К в течение времени, необходимого для получения рентгенограммы.

Для лучшего понимания механизма изменения теплофизических и прочностных свойств композиций под влиянием высокотемпературного теплового воздействия необходимо получить информацию о структурном состоянии исследуемого материала.

Заметим, что процедура определения числа измерений случайной вибрации построена по такому же принципу, что и вибрация в производственных помещениях, — в процессе измерений определяют t/max и i7min и по ним корректируют число измерений. Разница заключается только в том, что при измерении случайной вибрации процедура измерений направлена на то, чтобы по отношению ^max/^min найти число измерений, определяющих t/акв с заданной точностью, в то время как при регулярной вибрации, исходя из знания конкретного механизма изменения вибрационного параметра, проводится сразу же уточнение эквивалентного вибрационного параметра.

Анализ работы механизма изменения вылета, аналогичной работе механизма подъема, показывает, что тормозной момент этого механизма в стреловых и портальных кранах следует выбирать таким, чтобы он мог надежно удержать стрелу в любом ее положении в рабочем и нерабочем состоянии крана. По нормам Госгор-технадзора тормозной момент механизма изменения вылета определяется по коэффициенту запаса торможения k, равному 1,75, по отношению к тормозному моменту Мь создаваемому весом стрелы, противовеса, номинального груза и ветром рабочего состояния (равным 40 кГ/м2 по ГОСТ 1451-42), при таком положении стрелы, когда момент М± имеет максимальное значение:

Кроме того, нужно проверить время торможения механизма, которое при действии момента Мтга не должно превышать 4— 5 сек, а при отсутствии груза, ветра и невращающемся кране должно быть не меньше 1,5 сек. Слишком резкое торможение механизма изменения вылета приводит к появлению высоких динамических нагрузок и к возникновению резких колебаний механизма, что снижает усталостную прочность элементов механизма и металлоконструкции. Для снижения динамических нагрузок рекомендуется увеличивать время торможения применением тормозов 376

В уравнениях (4) — (6): /д — момент инерции двигателя; /х — момент инерции массы механизма изменения скорости; /Ш1, /Ш2 — моменты инерции массы ведущего и ведомого шкивов кли-ноременаой передачи; /я — момент инерции массы якоря; С1? С2 — коэффициенты крутильной жесткости звеньев, соединяющих двигатель с механизмом изменения скорости и выходной вал механизма изменения скорости с ведущим шкивом клиноременной передачи соответственно; С3, С4 — коэффициенты крутильной жесткости клиноременной передачи и звеньев, соединяющих якорь муфты с главным валом машины соответственно; Мтр1 — момент трения, развиваемый трущимися поверхностями шкива клиноременной передачи и якоря муфты; Мд — момент двигателя; фд, cpj., %> Тз' 94> Тб — угловые координаты: электродвигателя, механизма изменения скорости, шкивов клиноременной передачи, якоря и машины соответственно.

В уравнениях (4) — (6): /д — момент инерции двигателя; /х — момент инерции массы механизма изменения скорости; /Ш1, /Ш2 — моменты инерции массы ведущего и ведомого шкивов кли-ноременаой передачи; /я — момент инерции массы якоря; С1? С2 — коэффициенты крутильной жесткости звеньев, соединяющих двигатель с механизмом изменения скорости и выходной вал механизма изменения скорости с ведущим шкивом клиноременной передачи соответственно; С3, С4 — коэффициенты крутильной жесткости клиноременной передачи и звеньев, соединяющих якорь муфты с главным валом машины соответственно; Мтр1 — момент трения, развиваемый трущимися поверхностями шкива клиноременной передачи и якоря муфты; Мд — момент двигателя; фд, cpj., %> Тз' 94> Тб — угловые координаты: электродвигателя, механизма изменения скорости, шкивов клиноременной передачи, якоря и машины соответственно.

Были исследованы 288 моделей механизма. Пределы изменения заданных и отобранных параметров приведены в таблЧ 36. Пределы

изменения параметров у отобранных конструкций существенно сузились. По сравнению с параметрами экспериментальной установки существенно отличается лишь момент торможения Мт. Его заниженная величина при проектировании экспериментальной установки определила существенное увеличение погрешностей позиционирования бф. Однако нагрузки на звенья механизма Л4ВМ при этом были значительно меньше.

Для установления предельно допустимого открытия турбины и соответственно мощности агрегата служит ограничитель открытия, который, кроме того, может быть также использован и для принудительного перераспределения мощности между параллельно работающими агрегатами и регулирования частоты. Механизм ограничителя открытия показан на фиг. 84 в виде дополнительной системы рычагов а и б. Точка О% подвеса рычага б выполнена по аналогии с механизмом изменения числа оборотов подвижной. С помощью аналогичного механизма производится поворот рычага до соприкосновения его выступа с выступающим элементом подвижного золотника или его иглы, после чего, как бы ни падало число оборотов турбины, движение поршня сервомотора на открытие происходить не будет и силовое замыкание в точке 5 нарушится, поскольку правый конец главного рычага YZS при снижении числа оборотов будет подниматься. При дальнейшем нажатии на золотник будет происходить закрытие турбины и движение поршня сервомотора вверх, которое путём поворота рычага а вызовет подъём правого конца рычага б, вследствие чего золотник вернётся в среднее положение. Действуя механизмом ограничителя, можно закрыть турбину на любую величину до полного закрытия, а также и открывать до тех пор, пока золотник не придгт в соприкосновение с точкой 5. При дальнейшем выводе ограничителя выступ ограничительного рычага разобщится с выступом золотника; после этого открытие и число оборотов турбины установятся соответственно нагрузке и положению механизма изменения числа оборотов. При пользовании ограничи-

Результаты комплексного исследования дисперсной системы, образующейся в смазочном материале в результате изнашивания, свидетельствуют о качественном различии механизма изнашивания металлов в поверхностно-активных и неактивных средах. Различия проявляются в том, что в первом случае процессы разрушения поверхности имеют малоцикловую усталостную природу, обусловленную влиянием поверхностно-активных веществ, образованных в смазочном материале в результате трибохимических реакций. Эти процессы локализуются в начальной стадии работы пары трения и приводят к образованию устойчивых дисперсных систем, способствующих снижению трения и износа вследствие образования из них специфических поверхностных структур. Этот случай можно рассматривать как своеобразную и быструю адаптацию пары трения и как переход в установившийся режим работы. Во втором случае, при неактивной смазочной среде, изнашивание имеет на несколько порядков более высокую интенсивность, а продукты изнашивания, будучи грубодисперсными и не обладая устойчивостью, не участвуют в формировании поверхностных структур, снижающих трение и износ. Граничное трение возможно также при использовании некоторых твердых тел, способных производить смазочное действие и поддерживать режим трения при граничной смазке. Из рассмотренного выше механизма граничного трения следует, что граничная пленка должна обладать высоким сопротивлением продавли-ванию и низким сопротивлением сдвигу. Исходя из этих требований, к твердым смазочным материалам можно отнести некоторые слоисто-решетчатые, пластинчатые структуры, мягкие металлы и тонкие пленки полимеров. Из тел слоисто-решетчатой структуры свойствами, необходимыми для смазки металлических поверхностей, обладают графит, молибденит (дисульфид молибдена), сульфид серебра, пористый свинец, дисульфид вольфрама.

Наибольший экспериментальный материал накоплен при изучении механизма изнашивания металлических материалов, занимающих ведущее место среди конструкционных материалов, применяемых в узлах трения машин. Независимо от вида трения металлических пар трения механизм изнашивания в большинстве случаев содержит однотипные процессы и характеристики, классифицированные в 1953 г. Е.М. Швецовой и И.В. Крагельским. Они предложили при анализе процесса изнашивания расчленить его на три явления: взаимодействие поверхностей трения; изменения, происходящие в поверхностном слое металла; разрушение поверхностей. Рассмотрим каждое явление отдельно, хотя в реальности они происходят одновременно, взаимно влияя друг на друга.

расчленен, так же как в парах трения, на элементарные акты разрушения. В отличие от деталей узлов трения инструмент и рабочие органы машин в каждый момент времени взаимодействуют с новыми поверхностями обрабатываемого материала. Несмотря на общность основных этапов механизма изнашивания металлических материалов, конкретные виды изнашивания (абразивное, окислительное, водородное и т.д.) имеют свои особенности, которые рассмотрены ниже.

Г. А. Гороховский, исследуя особенности диспергирования металлов в контакте с полимерами, установил, что полимеры, как и низкомолекулярные поверхностно-активные вещества, интенсифицируют процессы деформирования, упрочнения и разрушения металлов. На основании комплекса исследований им предложена следующая модель механизма изнашивания [46]. Работа динамически контактирующих материалов полимер-металл сопровождается комплексом структурных превращений в поверхностных слоях как полимера, так и металла, а также мсханохимическими явлениями на границе их раздела. Структура в поверхностном слое подвергается ориентации - необратимым деформациям в направлении тангенциальных сил трения. Это приводит к нарушению надмолекулярных образований, изменению фазового состава и диспергированию кристаллических областей. Субмикроструктура металла при этом также резко изменяется, происходит измельчение кристаллических блоков, в некоторых случаях на один десятичный порядок.

При термодинамическом подходе к анализу структурно-фазовых превращений в металлополимерной трибосистеме необходимо отметить следующее. Общий результат исследований механизма изнашивания полимеров состоит в установлении факта, что в процессе трения под влиянием внешних механических и возникающих термодинамических воздействий развиваются деструктивно-структурирующие процессы разрушения химических и межмолекулярных связей и амор-физации структуры ПТФЭ, т.е. ее разупорядочение и последующее образование более упорядоченной слоистой структуры под влиянием энергетических флуктуации при соответствующем изменении энтропии трибосистемы.

Если между трущимися поверхностями находится большое число абразивных зерен, то одна часть зерен закрепляется в поверхностях трения, другая - перекатывается между ними. Таким образом, вышеназванные процессы механизма изнашивания могут протекать одновременно и вклад каждого из них в результирующую величину износа зависит от многих факторов.

Используя рассматриваемую методику, Цум Гар исследовал влияние вязкости разрушения различных материалов на износостойкость в широком диапазоне нагрузок [196]. Выявлена критическая нагрузка, превышение которой вызывает смену механизма изнашивания: микрорезание заменяется хрупким выкрашиванием. Интен-

Очевидно, изнашивание при ударе нельзя рассматривать как один вид изнашивания. Необходимо классифицировать виды ударного изнашивания с учетом условий их проявления, силовой картины нагружения и критериев износостойкости. Без такой классификации чрезвычайно затрудняется методическая сторона исследования в лабораторных условиях с целью раскрытия механизма изнашивания и определения критериев износо-•стойкости.

Изменение рельефа поверхности изнашивания сталей различной твердости согласуется с изменением микрошероховатости этой поверхности. При повышении твердости стали микрошероховатость поверхности изнашивания существенно снижается, что связано с уменьшением глубины лунок. Последнее, казалось бы, должно привести к снижению суммарного износа при увеличении содержания углерода. Однако результаты экспериментальных исследований не подтверждают этого предположения. При ударно-абразивном изнашивании высокоуглеродистых сталей, несмотря на уменьшение глубины лунок на поверхности изнашивания, износ увеличивается. Это может быть объяснено изменением механизма изнашивания при увеличении содержания углерода и твердости в закаленной стали. При изнашивании вязких структур хорошо прослеживается шаржирование (рис. 83). Твердые абразивные частицы, при ударе по ним, внедряются в поверхность изнашивания на значительную глубину и остаются в ней, шаржируя ее; при повторных соударениях с абразивом они могут оказаться «заваль-

При исследовании износа системы стержень — диск в условиях сухого трения установлены четыре механизма изнашивания: 1) начальный неустановившийся период износа — заедание, деформационное упрочнение и перенос металла; 2) равновесный слабый износ — отсутствует непосредственный металлический контакт, отдельные вырывы поверхности определяются механическими причи- _ нами; 3) равновесный интенсивный износ — металлический контакт, вырывы о'кисной пленки, схватывание металлических поверхностей; 4) абразивный износ — большое число твердых продуктов износа.

Повышение твердости, полученное за счет наклепа, не всегда повышает, а иногда даже снижает 'износостойкость [114]. В то же время охрупчивание поверхностных слоев приводит к изменению механизма изнашивания. При этом доля зерен,- которые дают вырезанную канавку, в их общем количестве начинает увеличиваться, а производящих пластическое деформирование поверхности — уменьшаться. Это увеличивает интенсивность изнашивания, что подтвердилось при визуальном исследовании поверхностей износа под микроскопом.