WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Известно, что влажный абразив лучше удерживается на поверхности различных материалов. Повышение адгезионной силы между частицами смоченных абразива и поверхностью железнодорожного колеса очевидно связано со значительным увеличением площади соприкосновения (рис. 3). Для определения свойств жидкостей, обеспечивающих лучшую удерживающую способность, были исследованы жидкости с различными вязкостями. Жидкости с высокой вязкостью растекаются по поверхности колеса медленно и не успевают смачивать его поверхность, напротив, жидкости с низкой вязкостью быстро увеличивают площадь соприкосновения.

Рисунок 3 – Сухая частица абразива (а) и смоченная жидкостью (б)

Для определения влияния вязкости связующей жидкости и ее концентрации на коэффициент сцепления были проведены лабораторные исследования на стандартной машине трения 2070 СМТ-1. На установке моделировалась пара трения «колесо – рельс» (контактное давление – 0,8 ГПа, угловая скорость роликов 300 мин-1 с 5 % проскальзыванием) при диаметре образцов 40 мм. Ролики были обработаны масляным загрязнителем, что моделирует наиболее тяжелые условия эксплуатации.

Смоченный жидкостью абразив помещался в полости пористого брикета, обеспечивающего механическую очистку и равномерное распределение наполнителя на поверхности ролика, моделирующего колесо. Для образования смеси использовались частицы абразива и жидкости, имеющие различную вязкость (табл. 1).

Таблица 1 Вязкость жидкостей при температуре 25°C, сантипуаз

Растворитель 646

0,310

Спирт 96 %

0,547

Вода

0,894

Полимер FO 5627 C

0,362·103

Глицерин

0,95·103

Эксперименты проводились по 3 раза при содержании абразива в жидкости 0; 12,5; 25; 37,5; 50; 62,5; 75; 78; 82 и 88 %. Песок применялся нетарированный, соответствующий реальному составу, применяемому в пескоструйных системах на сети железных дорог. Температура окружающей среды в лаборатории составляла 25±3 °C. Усредненные результаты измерений (рис. 4) показали, что при 50...60 % содержании абразива в жидкости повышение коэффициента сцепления незначительно.

Рисунок 4 – Зависимость коэффициента сцепления от содержания песка

в жидкости

Затем наблюдалось более резкое увеличение коэффициента сцепления с максимумом при 78…82 % содержании абразива. При дальнейшем увеличении концентрации абразива происходит резкий спад коэффициента сцепления до значений, эквивалентных значениям пористого брикета без наполнителя. Последнее объясняется тем, что по условиям эксперимента абразив не мог попасть в зону контакта и КС обеспечивался только благодаря механической очистке. Полученные значение КС при отсутствии абразива обеспечивались за счет переноса разрушившихся частиц самого брикета.

Проведенные эксперименты подтвердили выдвинутую гипотезу о том, что вязкость жидкости непосредственно влияет на скорость образования адгезионных связей. Значение коэффициента сцепления для различных жидкостей, образующих дисперсную систему с песком, прямо сопоставимо с их вязкостью. Эксперимент показал, что наибольший коэффициент сцепления наблюдается у растворителя 646 и спирта 96 %, имеющих минимальные значения вязкости. Этим жидкостям необходимо минимальное время на образование адгезионной связи. Наихудший результат у полимера FO 5627С и глицерина, при этом на концентрациях до 75 % большее значение коэффициента сцепления наблюдалось у глицерина, имеющего большую вязкость, после 75% полимер с песком значительно увеличили коэффициент сцепления.

Для оценки влияния размера абразива на коэффициент сцепления в качестве смачивающей жидкости была выбрана самая распространенная – вода. Эксперимент проводился при тех же параметрах скорости и нагрузки.

Песок был отсортирован по 6 фракциям различных размеров. Смесь воды и абразива подавалась ротапринтно, но не в брикете, а в чистом виде, чтобы исключить влияние размеров частиц пористого брикета.

Абразив подавался в процентном соотношении 60 % к воде. Результаты эксперимента показали (рис. 5), что разные величины фракций песка в диапазоне 0,07–0,6 мм несущественно влияют на коэффициент сцепления.

Рисунок 5 – Влияние материала и размера частиц на коэффициент сцепления

Фракция размером более 0,6 мм не оказала воздействия на увеличение коэффициента сцепления, так как ее значение сопоставимо со значением движения по масляному загрязнению, что можно объяснить большой массой частиц и недостаточностью сил молекулярного взаимодействия сопротивляться силе центростремительного ускорения.

Известно, что для повышения коэффициента сцепления помимо песка применяется также и оксид алюминия, имеющий большую твердость. Результаты нашего эксперимента подтвердили это, показав, что Al2O3 дает значительный коэффициент сцепления, его фракция <0,125. Для сравнения приведено значение коэффициента сцепления фракций брикета, смешанных с водой в той же концентрации.

Учитывая перспективы развития скоростного движения, было решено проверить при какой максимальной скорости локомотива будут удерживаться частицы абразива, а также определить адгезионную составляющую различных жидкостей.

Из условия равновесия частицы была выведена аналитическая формула:

, (4)

где C – коэффициент, характеризующий удерживающие свойства жидкости;

, (5)

где n – частота оборотов колеса, мин-1;

R – радиус колеса, м;

r – средний радиус частиц абразива, м;

–плотность абразива, кг/ м3;

– коэффициент поверхностного натяжения, Дж/ м;

– угол смачивания, град.

В связи с отсутствием данных по коэффициенту поверхностного натяжения для наших материалов величина коэффициента С была определена экспериментально.

Исследования проводились на установке, состоящей из двигателя, приводившего во вращение стальной диск диаметром 170 мм, изготовленный из колесной стали, до скорости в 7000 об/мин. Скорость варьировалась и замерялась энкодером, данные с которого поступали в компьютер.

Таблица 2. Скорость отрыва частиц абразива при различных жидкостях и фракциях

Скорость отрыва частиц, об/мин


Жидкости/размер

фракции, мм

Вода

Глицерин

Спирт

Растворитель

Полимер FO 5627 C

Более 0,6

700-800

700-800

700-800

600-650

800-900

0,37-0,6

1300-1450

1200-1350

2100-2300

1400-1500

1100-1300

0,26-0,37

1700-1900

1700-1900

3800-4200

2000-2200

1500-1700

0,17-0,26

2700-3000

2400-2700

5000-5500

4000-4400

2100-2400

0,125-0,17

3800-4200

3300-3600

6500-7000

4500-5000

2800-3100

Менее 0,125

>7000

6000-6500

>7000

>7000

5500-6000

В ходе эксперимента смесь абразива различных фракций в оптимальном соотношении 78–82 % наносилась на поверхность диска, после чего он раскручивался до некоторой скорости. После остановки диска с помощью микроскопа определялось наличие абразива на поверхности. Скорость, на которой данная фракция не удерживалась, записывалась в таблицу 2.

Эксперимент показал, что наилучшую удерживающую способность имеют фракции минимального размера, что легко объясняется с позиции классической физики (рис. 6). Для большинства жидкостей на фракции менее 0,125 отрыва не произошло.

Рисунок 6 – Зависимость скорости отрыва частиц от их диаметра

Наилучшие результаты по удерживанию частиц среди жидкостей показал спирт, что противоречит результатам предыдущих экспериментов, где наибольший коэффициент трения давал растворитель. Однако это объясняется тем, что помимо адгезионного воздействия на поверхность металла удерживающая способность зависит и от сил когезии самой жидкости, т.е. разрыв происходит не на границе раздела фаз, а внутри самой жидкости.

Учитывая, что для обеспечения требуемого коэффициента сцепления в качестве связующего может быть использована вода, проведено исследование влияния воды на состояние поверхности трения.

Для проведения ускоренных испытаний исследовалось чистое скольжение на установке возвратно-поступательного трения (УВПТ). Исследовалась пара трения, состоящая из образцов стали 45, выполненных в форме пластины 30 х 50 х 5, с твердостью HB = 230. Образцы испытывались при давлении 6 МПа в течение 45 и 90 минут при относительной скорости скольжения 1 м/с и ходе 15 мм. В качестве контртела использовался стальной Т-образный образец с рабочей поверхностью в форме прямоугольника шириной 10 мм и длиной 14 мм. Температура замерялась в 2х мм от зоны трения с помощью точечной термопары и достигала значений порядка 100°С. Результаты исследований показали, что сетка мелких трещин образуется рядом с дорожкой трения на расстоянии 1–3 мм от нее, а сетка длинных трещин – на расстоянии 3–15 мм от дорожки трения, где температура ниже, чем в зоне трения, а следовательно, меньше скорость испарения воды с поверхности, т.е. больше время взаимодействия воды с поверхностью стального образца.

Сама же дорожка трения представляет собой выглаженную поверхность с дефектами в виде ямок, углублений и кратеров, являющимися концентраторами напряжений (рис. 7, а). Трещины небольших размеров образуются также и на поверхности трения, но они систематически удаляются в процессе трения микровыступами сопряженной поверхности, т.е. счищаются, и не достигают больших размеров. В результате рост длинных трещин, способных привести к разрушению поверхности металла, начинается в некоторой области, окружающей дорожку трения.

а) б)

Рисунок 7 – Поверхность трения, подверженная коррозии:

а – без воздействия абразива, 100; б – с воздействием

мелкодисперсного абразива, 100

Дополнительная подача в зону контакта, кроме дистиллированной воды, мелкодисперсного абразива вызвала своеобразное шлифование поверхности и привела к уменьшению размеров ямок и углублений на поверхности трения (рис. 7, б). Это подтверждает возможность применения мелкодисперсного абразива в составе активизатора сцепления для дефектов, вызванных коррозионными процессами, в контакте «колесо – рельс».

В четвертой главе определен оптимальный состав активизатора сцепления и усовершенствована конструкция привода подачи брикета. Определение оптимального состава компонентов жидкого наполнителя проводилось на основании данных, полученных в 3-й главе с использованием методики математического планирования эксперимента.

В качестве функции отклика, значения которой зависят от состава наполнителя, принят коэффициент сцепления. В качестве экспериментального плана был использован композиционный ортогональный план второго порядка для двух факторов.

В ходе эксперимента были определены кодовые значения коэффициентов регрессии:

, (6)

где исследуемые факторы, представляющие процентное содержание кварцевого песка (С), оксида алюминия (Al) в спирте (в кодовом виде).

Уравнение регрессии в натуральных переменных:

(7)

Оптимальное процентное содержание компонентов для исследуемых образцов: содержание песка – 60 %, оксида алюминия – 18 %, остальные 22 % – спирт 96 %, размер фракций песка и оксида алюминия на основании третьей главы выбирается равным менее 0,125 мм. При оптимальном содержании компонентов наполнителя коэффициент сцепления составляет 0,32±0,02.

Для нанесения жидкого компонента модификатора трения выбрана матрица, изготовленная из пористого материала, легко поддающегося разрушению, в котором выполнены технологические выемки для жидкого наполнителя. Частицы грязи легко переносятся на поверхность брикета, который за счет малого сопротивления сдвигу легко разрушается и выносит загрязнение из зоны контакта, после чего начинает действие жидкая фаза, то есть частицы абразива за счет сил адгезии переносятся в зону контакта, принцип действия брикета представлен на рисунке 8.

Рисунок 8 – Принцип действия брикета активизатора сцепления

Проведение сравнительных износных испытаний при использовании в качестве активизаторов сцепления кварцевого песка и АСВ-0,3 осуществлялось методом роликовой аналогии на машине трения СМТ-1 при давлении 0,81 ГПа и частоте вращения 300 мин-1.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»