Модернизация машины трения МИ-1М с целью испытаний деталей машин и механизмов в условиях смазывания абразивно-масляной смесью

Размещено на http://www.allbest.ru/

Модернизация машины трения МИ-1М с целью испытаний деталей машин и механизмов в условиях смазывания абразивно-масляной смесью

В.П. Матлахов, Д.А. Антоненков, В.Н. Логвинов

Представлено разработанное и изготовленное оборудование на базе серийной испытательной машины трения МИ-1М для реализации испытаний наружных поверхностей трения в условиях смазывания с добавлением абразивных частиц.

Ключевые слова: триботехнические испытания, машина трения, абразивно-масляная смесь, абразивные частицы.

Широкая номенклатура деталей транспортного, сельскохозяйственного, дорожного, строительного машиностроения в процессе эксплуатации подвергаются тяжелым нагрузкам в условиях граничной смазки и абразивного изнашивания. Следовательно, условия испытаний для данной группы деталей должны быть наиболее приближены к реальным условиям в период их эксплуатации.

Для испытаний с целью оценки износостойкости подвижных соединений наиболее часто используется серийная испытательная машина трения МИ-1М, воспроизводящая кинематический тип сопряжения «вал-колодка», «вал-втулка».

Для испытаний с применением абразивно-масляной прослойки используют абразивный материал, приготовленный из кварцевого песка, соответствующего требованиям ГОСТ 2138-84, и индустриальное масло 20А (ГОСТ 20799-88).

Рассмотрим два варианта реализации процесса перемешивания абразива до равномерного взвешенного состояния в индустриальном масле. В 1-й схеме вытекание суспензии обеспечивается давлением, нагнетаемым насосом [1]. Для сравнительных экспресс-испытаний (группа А) с абразивно-масляной прослойкой по оценке интенсивностей изнашивания исследуемой и эталонной поверхностей рекомендовано принципиальное описание устройства для получения и подачи в зону трения абразивно-масляной взвеси (рис. 1).

Абразивно-масляная взвесь 1 с заданной концентрацией абразивных частиц находится в резервуаре 2. К резервуару 2 всасывающим (3) и напорными (4) концами подсоединена магистраль 5, выполненная в виде замкнутого контура. В магистраль 5 последовательно включен насос 6, приводимый в движение электродвигателем (на схеме не показан) и перекачивающий взвесь 1 по магистрали 5. Насос не должен разрушать абразивные частицы и интенсивно изнашиваться. Рекомендуются насосы объемного действия для агрессивных сред или бензонасосы для карбюраторных двигателей. В напорную часть магистрали 5 последовательно включен двумя ходами трехходовой элемент 7, установленный на машине трения (на схеме не показана). Третий ход 8 трехходового элемента 7 расположен над зоной трения 9 испытуемых деталей 10 и 11, сжимаемых силой Р. Этот ход снабжен электроуправляемым клапаном 12, который открывается при подаче напряжения на обмотку электромагнита 13 и пропускает порцию суспензии к зоне трения 9 (рис. 1).

Рис. 1. Схема устройства для получения и подачи в зону трения абразивно-масляной взвеси (ГОСТ 23.224-86)

Во 2-й схеме суспензия вытекает под действием собственного веса [2]. Сущность метода также состоит в изнашивании образцов из исследуемых материалов по контробразцу с одновременной дозированной подачей в зону трения абразивно-масляной суспензии. Для проведения испытаний используется устройство, обеспечивающее автоматическую дозированную подачу суспензии в зону трения (рис.2).

Рис. 2. Схема устройства для получения и подачи в зону трения абразивно-масляной взвеси (РД 50-339-82):

1-корпус; 2-трубка; 3-насадка; 4-клапан; 5-толкатель; 6-пружина; 7-неподвижная часть электромагнита; 8-токовая катушка; 9-подвижный якорь; 10-смесь абразива и масла; 11-трубка для подачи сжатого воздуха; 12-полупроницаемая перегородка; 13-полость

В данном варианте взвешивание частиц песка в масле происходит не из-за непрерывной циркуляции смеси по замкнутому контуру, а вследствие реализации процесса бурления за счет восходящего со дна потока сжатого воздуха от компрессора, который поступает в емкость по трубке 11 и благодаря полупроницаемой перегородке равномерно распределяется. Обе схемы предполагают дозированную подачу суспензии. Это обеспечивается применением электромагнитных клапанов, принцип действия которых заключается в следующем (рассмотрим на примере 2-й схемы). В токовую катушку 8 неподвижной части электромагнита 7 подается импульс тока, под действием которого якорь 9, преодолевая действие пружин 6, притягивается к неподвижной части магнита и поднимает клапаны 4, открывающие отверстия насадок 3 для поступления суспензии 10. Продолжительность импульса тока, а следовательно, и разовую подачу абразивно-масляной суспензии устанавливают с помощью реле времени. При отсутствии тока клапаны 4 под действием пружин 6 перекрывают отверстия насадок 3.

Реализация 1-й схемы предполагает наличие электродвигателя, приводящего в движение клапан насоса, что значительно усложняет конструкцию и увеличивает себестоимость 1-го устройства по сравнению со 2-м при ориентировочно одинаковой эффективности перемешивания. Во 2-й же схеме достаточно расположить насадки и систему выводных трубок над парой трения для обеспечения беспрепятственного вытекания взвеси.

В обеих схемах отработанная суспензия собирается в специальную емкость, расположенную под станиной машины трения. Окончательный вариант схемы установки, реализованный на кафедре «Триботехнология» УНТИ БГТУ, представляет собой 2-ю рассмотренную схему с рядом конструктивных изменений (рис. 3).

Так, предполагается создание только одной выводной трубки. Электромагнит имеет отличную от ранее применяемой форму (поз.7, рис. 3). Сердечник электромагнита расположен соосно с клапаном и выводной трубкой. Вместо полупроницаемой перегородки используется трубка с отверстиями по поверхности (поз.10,рис. 3).

Необходимым элементом системы является стандартный промышленный компрессор. Взвесь доставляется в зону трения посредством перемешивания абразивно-масляной суспензии, которое осуществляется при непрерывном поступлении в емкость с суспензией воздуха от компрессора. Величина оптимального избыточного выходного давления, необходимого для перемешивания, составляет 0,2-0,3 ат.

Рис. 3. Схема устройства для получения и подачи в зону трения абразивно-масляной взвеси:

1-корпус; 2-трубка; 3-насадка; 4-клапан; 5-толкатель; 6-пружина; 7-электромагнит; 8-смесь абразива и масла; 9-трубка для подачи сжатого воздуха; 10-проницаемая трубка для выхода сжатого воздуха; 11-пара трения; 12-корпус

Выбор бака конической формы обусловлен необходимостью обеспечения циркуляции абразива по кругу (от точки, где частицы поднимает восходящий поток воздуха, и обратно в эту точку за счет стекания по конической поверхности). В корпус впаяна выводная трубка, по которой под собственным весом суспензия будет поступать в смазываемую пару трения. Вытекание суспензии возможно только при открытом клапане, положения которого регулируются электромагнитом, благодаря чему также можно добиться дозированной подачи суспензии.

В систему входят соединительные маслостойкие шланги, по которым вытекает суспензия и поступает воздух. Капельное поступление смеси в зону трения достигается путем установки дозирующего устройства над парой трения. Бурления добиваются посредством удлинения шланга, идущего от компрессора, специальной трубкой, по поверхности которой в равномерном порядке расположены мелкие отверстия для выхода сжатого воздуха.

Положение электромагнита выбирается исходя из условия расположения его сердечника строго над выпускной трубкой. Сердечник электромагнита соединяется с клапаном. При подаче импульса тока происходит втягивание сердечника, а следовательно, и клапана. Суспензия устремляется по выводной трубке к паре трения. Усилие прижатия, создаваемое пружиной, должно быть достаточно для прекращения вытекания суспензии. На клапане располагается резиновая коническая насадка. Верхняя часть выводной трубки также имеет коническую форму, для обеспечения плотного соприкосновения с насадкой. С целью фиксации на крышке бака электромагнит помещается в специальную металлическую втулку (корпус), в которой поджимается упорной втулкой для компенсации расстояния, необходимого для рабочего хода сердечника. На конце выводной трубки необходимо предусмотреть размещение крана, позволяющего при отсутствии необходимости применения системы или разборки узла надежно предотвратить вытекание суспензии из бака.

Основные изменения в конструкции системы коснулись порционного дозирующего устройства. Главную роль в нем играет электромагнит, выполняющий функцию управляемого клапана и работающий в двух режимах:

- положение 1: клапан закрыт при отсутствии подачи напряжения на контакты электромагнита за счет действия усилий от пружины сжатия, включенной в систему;

- положение 2: клапан открыт, напряжение подается, возникающие в электромагните магнитные поля действуют на сердечник, сжимая пружину и втягивая его.

Этот узел содержит множество элементов, необходимых для его работы, к которым предъявляются жесткие требования соответствия конструктивной схеме. Кроме того, возникает сложность выполнения требуемого условия четкой соосности клапана и насадки. Особое внимание необходимо уделить и обеспечению плотного прижатия клапана к насадке во избежание самопроизвольного вытекания суспензии из емкости. Реализация дозирующего устройства на основе электромагнита также требует создания электрической схемы с включением в нее понижающего трансформатора.

С функцией обеспечения определенной по необходимому режиму смазывания дозированной подачи суспензии в пару трения вполне может справиться кран, закрепленный на выходной трубке бака (в дополнение к своей основной функции закрытия выходной трубки после испытания и недопущения вытекания оставшейся в баке суспензии). Более рационально возложить функцию дозировки на другое устройство, а именно дозирующее устройство от медицинской капельницы. Оно представляет собой корпус с роликом, скользящий по наклонной плоскости, вследствие чего сжимается гибкая трубка под роликом, идущая от крана бака, и соответственно уменьшается подача. Другой конец гибкой трубки непосредственно фиксируется в державке изнашиваемого образца (рис. 4,5).

Наиболее приемлемым для технической реализации является размещение системы над парой трения на прочном металлическом кожухе, который одновременно защищает подвижные части машины и оберегает человека от случайного прикосновения к ним (рис. 6). Этот вариант также обеспечивает более благоприятный режим вытекания смеси под давлением, создаваемым собственным весом. Для большей герметичности крышка бака изготовлена с резиновым уплотнением по контуру. В крышке предусмотрено заливное отверстие.

Рис. 4. Дозирующее устройство

Рис. 5. Узел трения

трение смазывание абразивный деталь

Были рассчитаны режимы смазывания, найдено необходимое давление воздуха от компрессора, проведена тарировка нагружающего устройства. Для контроля уровня смеси в процессе испытания и ее минимально допустимого объема изготовлено указательное устройство, представляющее собой поплавок, находящийся в баке, стержень и направляющую с пазом. Указатель на конце стержня перемещается, отображая текущий уровень суспензии в баке. При достижении критической отметки требуется восполнить недостаток суспензии.

Рис. 6. Система перемешивания и подачи абразивно-масляной взвеси на машине трения МИ-1М

С использованием разработанной установки машина трения МИ-1М расширяет свои возможности и позволяет проводить широкую гамму испытаний:

- с образцами из различных материалов с разными значениями параметров качества поверхностного слоя;

- варьированием режимов нагружения пары трения и регистрацией величин момента трения, усилия прижатия образцов, частоты вращения ролика;

- различной концентрацией абразивного материала разной зернистости.

Установка для реализации процесса перемешивания абразива до равномерного взвешенного состояния в индустриальном масле легко открепляется и может быть смонтирована на других машинах трения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 23.224-86. Обеспечение износостойкости изделий. Методы оценки износостойкости восстановленных деталей.

2. РД 50-339-82. Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытаний на изнашивание абразивно-масляной прослойкой.

Размещено на Allbest.ru