Исследование триботехнической пары рабочего органа перистальтического агрегата

128

ISSN 2223-1560. Известия Юго-Западного государственного университета. 2015. № 4 (61).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование триботехнической пары рабочего органа перистальтического агрегата

Благодаря своему принципу действия, перистальтические насосы имеют ряд преимуществ, такие, как высокая точность дозирования, отсутствие контакта с металлом, низкий шум, что определяет их применение в таких сферах, как пищевая и химическая промышленность, медицина и биотехнологии.

Надёжная эксплуатация таких насосов, в большинстве случаев, определяется износостойкостью двух элементов рабочего органа - гибкого рукава и башмака.

На рисунке 1 представлена схема конструкции насоса АРНП25, изготавливаемого заводом дозировочной техники «Ареопаг» [1].

трение насос башмак каучуковый

Рис. 1. Конструкция перистальтического агрегата

При вращении водила 1 башмаки 2 скользят по рукаву 3, пережимая его, и выдавливают перекачиваемую среду в направлении вращения. Рукав после пережатия башмаками практически сразу восстанавливает свою форму до полного сечения. В результате за башмаками создается вакуум, обеспечивающий самовсасывание перекачиваемой среды. Корпус насоса 4 служит направляющей для рукава и ёмкостью для охлаждающе-смазывающей жидкости.

Для оценки триботехнических свойств пар материалов, предлагаемых к использованию в рабочем органе насоса, были проведены испытания на модифицированной машине трения СМЦ-2. Машина трения была оснащена аналогово-цифровым преобразователем (АЦП), позволяющем регистрировать величину момента трения и температуру в цифровом виде.

Испытания проводились по схеме «колодка-ролик» [3] с погружением ролика в ванночку с дистиллированным глицерином ПК-94, используемым в качестве охлаждающе-смазывающей жидкости в перистальтических агрегатах. Схема испытания представлена на рисунке 2.

Ролики - контробразцы были изготовлены из материалов, предлагаемых для изготовления башмака: сталь 45, деформируемый алюминий Д16 и АВ85, а также антифрикционный силумин АС. Колодка-образец вырезалась непосредственно из рукава насоса в виде сегмента в продольном направлении. Материал рукава насоса - синтетические каучуки СКИ и СКД.

Так как стандартная оснастка машины трения не предусматривает установку нежёсткой колодки - образца, было спроектировано и изготовлено специальное приспособление - держатель образца. За основу конструкции приспособления была взята схема, предлагаемая в ГОСТ Р 51860-2002 [2]. Конструкция такого приспособления в сборе представлена на рисунке 3.

Рис. 2. Схема испытания «колодка-ролик»

Испытания на машине трения проводились со следующими режимами: нормальная нагрузка P=15 кгс, скорость вращения ролика - контробразца n=300 об/мин. Было проведено четыре серии испытаний, результаты которых представлены на сводных графиках (рис. 4 и 5).

Как видно из графиков, наименьший коэффициент трения и температуру охлаждающе-смазывающей жидкости, по материалу рукава перистальтического агрегата обеспечивает сталь 45.

Для оценки износостойкости материала башмака насоса, производилось взве-шивание роликов - контробразцов до и после испытаний, по которым рассчитывался весовой износ. Результаты такого расчёта сведены в таблицу 1.

Следует отметить, что большой весовой износ стального контробразца связан с большим, почти в три раза, удельным весом стали, по сравнению со сплавами на основе алюминия. Следовательно, по объёму стальной контробразец износился меньше, чем контробразцы на основе алюминия.

Так же были измерены шероховатости поверхностей образцов и контробразцов до и после испытаний.

Рис. 3. Приспособление для установки колодки - образца в сборе

Рис. 4. Изменение коэффициента трения в паре колодка-ролик

Рис. 5. Изменение температуры охлаждающе-смазывающей жидкости

Результаты этих измерений сведены в таблицу 2, где Ra - среднеарифметическое отклонение профиля; Rq - среднеквадратическое отклонение профиля; Rz - высота неровностей профиля по 10 точкам; Rt - общая высота профиля.

Здесь можно отметить, что после испытаний, рабочие поверхности всех образцов и контробразцов увеличили свою шероховатость, за исключением пары с антифрикционным силумином АС.

Таблица 1. Весовой износ роликов - контробразцов

Таблица 2. Параметры шероховатости поверхности до и после испытаний

Скорее всего, это можно объяснить низкой твердостью антифрикционного силумина и его способностью переноситься на ответные тела в паре, то есть способность «намазываться» даже при небольших контактных давлениях.

В заключение работы можно отметить, что с позиции меньших потерь на трение и нагрев, который особенно критичен для эффективной работы перистальтических агрегатов, можно рекомендовать для изготовления башмаков, работающих в паре с синтетическими каучуковыми рукавами, сталь 45. Также необходимо отметить, что при изготовлении такого башмака желательно получать шероховатость рабочей поверхности, близкую к полученной при испытаниях, что уменьшает вероятность преждевременного повреждения рукава во время приработки рабочего органа.

Полученные в данной работе результаты могут найти широкое применение при разработке ресурсосберегающих процессов и технологий [4-9].

Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по приоритетным тематическим направлениям исследований» научному проекту: «Формирование беспористых покрытий из нанокомпозиционных материалов типа «износостойкая матрица ? наночастицы дисульфида молибдена (вольфрама)», обладающих низким коэффициентом трения, методом химического осаждения из газовой фазы», № 15-13-00045.

Список литературы

1. Агрегат электронасосный перистальтический (шланговый) НП25: руководство по эксплуатации. - СПб., 2014. - 34 с.

2. ГОСТ Р 51860-2002. Обеспечение износостойкости изделий. Оценка противоизносных свойств смазочных материалов методом «шар - цилиндр». - М.: Госстандарт России, 2006. - 8 с.

3. Комбалов В. С. Методы и средства испытаний на трение и износ конструкционных и смазочных материалов: справочник. - М.: Машиностроение, 2008. - 384 с.

4. Постановка задачи расчета деформационной повреждаемости металлов и сплавов/А.Е. Гвоздев, Г.М. Журавлев, Н.Н. Сергеев, В.И. Золотухин, Д.А. Провоторов// Производство проката. - 2015. - №10. - С. 18-26.

5. Влияние деформационной повреждаемости на формирование механических свойств малоуглеродистых сталей/ Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов// Производство проката. - 2015. - №12. - С. 3-14.

6. Макаров Э.С., Гвоздев А.Е., Журавлев Г.М. Теория пластичности дилатирующих сред: монография / под ред. проф. А.Е. Гвоздева. - 2-е изд., перераб. и доп. - Тула: Изд-во ТулГу, 2015. - 337 с.

7. Гвоздев А.Е., Журавлев Г.М., Колмаков А.Г. Формирование механических свойств углеродистых сталей в процессах вытяжки с утонением // Технология металлов. - 2015. - №11. - С. 17-31.

8. Сопряженные поля в упругих, пластических, сыпучих средах и металлических труднодеформируемых системах: монография / Э.С. Макаров, В.Э. Ульченкова, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев: под ред. проф. А.Е. Гвоздева. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. - 526 с.

9. Оценка триботехнических свойств композиционных покрытий на основе полигетероарилена «ПМ-ДАДФЭ» с наполнителем из наночастиц диселенида вольфрама при трении в среде смазочного масла / А.Д. Бреки, Ю.А. Фадин, А.Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, А.Е. Гвоздев, Е.В. Агеев, Д.А. Провоторов, Н.Е. Стариков, А.Н. Сергеев, Д.В. Малий // Известия Юго-Западного государственного университета. - 2015. - № 6 (63). - С. 60?65.

Размещено на Allbest.ru