WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Система дифференциальных уравнений расчётной эквивалентной схемы имеет вид

(1)

или, (2)

где I1пр, I2пр – приведенные значения момента инерции втулки и муфты; - угол деформации связи; С12 – круговая жёсткости связи между втулкой и муфтой; Мдпр – приведенное значение движущего момента; Мспр – приведенное значение момента сопротивления; – собственная частота колебаний системы,.

Рисунок 1 – Расчетная схема ФМС тормозной магистрали подвижного состава:
а – модель; б – расчётная схема

В качестве условия динамического подобия принято равенство частот собственных колебаний модели и объекта, то есть. Из (2) получаем равенство констант подобия момента инерции CI и круговой жёсткости CC, т.е. CI = Сс. При соблюдении указанных условий получены критерии и, из чего следует масштаб подобия времени испытаний, равный. Масштаб времени следует также из того, что при исследовании ФМС на физических моделях мы должны изготавливать модельные пары из тех же материалов, из которых изготовлены реальные поверхности трения.

Для обеспечения динамического подобия подсистем натурной и модельной фрикционных систем, устранения противоречий, возникающих при изменении геометрических размеров натуры и модели, и принятого равенства константы подобия частот собственных колебаний C = 1 необходимо выполнить ряд условий:

  • константы подобия высоты микронеровностей, радиуса закругления микронеровностей и амплитуд деформаций контактирующих микро- и макронеровностей фрикционного контакта, что обеспечивает идентичность шероховатости поверхности;
  • для выполнения необходимо обеспечить константы подобия скорости скольжения для натурного образца и его модели ;
  • из условий динамического подобия условия равенства скоростей скольжения и параметров шероховатости для модели и натуры следует равенство контактных давлений, что обеспечивает реализацию на поверхности трения для модельного эксперимента характерный для реальной поверхности вид изнашивания;
  • для обеспечения константа подобия нормальной нагрузки должна быть равна константе подобия площади контакта, то есть ;
  • константа подобия массы Cm должна быть равна масштабному коэффициенту силы, так как контактное давление прямо пропорционально силе и обратно пропорционально фактической площади касания, а также масса прямо пропорциональна силе и обратно пропорциональна ускорению свободного падения ;
  • равным сближениям поверхностей соответствуют равные коэффициенты трения f и равные удельные линейные износы ih;
  • фрикционный контакт на уровне взаимодействия микронеровностей моделирования не требует, являясь самоорганизующейся системой. Условия для его реализации определены вышеперечисленными требованиями, а также применением одних материалов для изготовления пар трения в трибосопряжении «втулка–муфта».

Физическое подобие узла трения фрикционной системы получено на основе метода анализа размерностей физических параметров (с ограничениями). Используя данные модели процессов трения и изнашивания узла трения, представим в общем виде функциональную зависимость триботехнического процесса:

, (3)

где – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 °К); N – нормальная нагрузка на моделируемое резьбовое соединение (внешняя вибрационная нагрузка), Н;
V – скорость качения, м/с; l – геометрический масштаб, м; k – частота собственных колебаний, с-1; q – давление, МПа; – градиент температуры, °К/м;
J – момент инерции, кгм2; С – круговая жёсткость связей, Нм/рад; – коэффициент демпфирования, Нс/м; НВ – твердость стали, Па; Е – модуль упругости Юнга, Па; t – время трения, с; L – путь трения, м; S – площадь трения, м2;
F – сила трения, Н; Im – износ весовой, кг/м3; с – теплоёмкость, Дж/°К.

В системе основных единиц MLT (масса, длина, время и температура) были выбраны четыре базисных параметра, оказывающие наиболее существенное влияние на процессы трения и изнашивания фрикционной системы и поддающиеся измерению в лабораторных условиях испытаний: коэффициент теплоотдачи, нагрузка, скорость движения вагона и геометрический масштаб.

Согласно теореме Бэкингэма уравнение подобия, объединившее полученные критерии, за вычетом четырёх базисных состоит из 14 критериев:

. (4)

Критерии подобия, входящие в критериальное уравнение (4), зависят от параметров, принятых за базисные. Изменение базисных параметров изменит и получаемые критерии, но не окажет влияния на выполнение «стандартных» критериев, если подбор базисных параметров и моделирование выполнены без ошибок. Были сопоставлены полученные критерии со «стандартными»; получена удовлетворительная сходимость.

Для оценки демпфирующих свойств герметизирующего материала резьбового соединения тормозной магистрали подвижного состава с помощью анализа априорной информации и метода экспертных оценок был выведен критерий фреттингообразования в резьбовых соединениях, характеризующий устранение явления фреттинга по величине минимума скорости изнашивания, если критерий демпфирования умножить на критерий частоты колебаний, разделить на критерии контактного давления и пути трения :

. (5)

Критерий (5) позволяет установить взаимосвязь физических величин, однозначно определяющих функционирование трибосистемы тормозной магистрали подвижного состава как в эксплуатации, так и при стендовых исследованиях.

На базе рассмотренной методики комплексного физического моделирования определены условия проведения стендовых исследований по величинам: нормальной нагрузки, скорости скольжения, частоте 5…50 Гц и амплитуде взаимного перемещения 0,05…0,15 мм.

Для исследования триботехнических и трибоспектральных характеристик фрикционного узла трения при фреттинг-коррозии была использована разработанная установка (рис. 2), реализующая возвратно-поступательное движение с малой величиной взаимного перемещения образцов резьбового соединения.

Рисунок 2 – Кинематическая схема установки возвратно-поступательного трения: 1 – образец (втулка); 2 – контробразец (муфта); 3 – тензодатчик силы в нормальном направлении; 4 – тензодатчик силы в тангенциальном направлении; 5 – нагружающий рычаг; 6 – микрометрическая головка

Определены зависимости долговечности сопряжения от параметров динамического нагружения и уравнения регрессии в натуральных значениях факторов при уровне значимости коэффициентов более 5 %, адекватно описывающие процесс изнашивания традиционного материала уплотнения резьбовых соединений трубопроводов тормозной сети вагонов (моченой трепаной пеньки, пропитанной железным суриком), работающих под давлением при различном соотношении параметров трения:

  • для частоты 5 Гц

; (6)

  • для частоты 25 Гц

; (7)

  • для частоты 50 Гц

, (8)

где I – скорость изнашивания, 10-6 мкм/цикл; P – давление, МПа; А – амплитуда относительного перемещения, мм.

Анализ уравнений регрессии показал, что основное влияние на скорость изнашивания материала уплотнения оказывает амплитуда микроперемещений. Величина давления оказывает значительно меньшее влияние на этот процесс, что на наш взгляд объясняется демпфирующими свойствами материала, нивелирующими величину давления на площадках фактического контакта. С увеличением частоты микроперемещений скорость изнашивания в целом снижается при увеличении частоты от 5 Гц до 50 Гц, что указывает на усталостный характер механизма изнашивания материала уплотнения.

Исходя из представлений об усталостном характере разрушения материала уплотнения – моченой трёпаной пеньки, пропитанной железным суриком, нами исследовалось влияние на износ количества циклов микроперемещений (рис. 3).

Количество циклов х105

Рисунок 3 – Влияние продолжительности трения на износ материала уплотнения (моченая трепаная пенька, пропитанная железным суриком) при частоте относительного перемещения 1 – 5 Гц, 2 – 5 Гц, 3 – 50 Гц

При проведении испытаний характерным является наличие латентного периода в диапазоне от 2x105 до 5x105 циклов микроперемещений, где величина скорости изнашивания является минимальной и составляет от 4х10-5 до 15x10-5 мкм/цикл. При более продолжительных испытаниях скорость изнашивания значительно увеличивается. Таким образом, представленные результаты подтверждают возможность усталостного разрушения материала уплотнения.

Методом нарушенного полного внутреннего отражения был исследован процесс старения цинковых белил (ZnO) и свинцового сурика (Pb3O4) по их инфракрасным спектрам поглощения. Если угол падения светового луча на границу раздела двух сред с показателями преломления n1 и n2, причем обязательно n1 > n2, превысит значение кр = arcsin(n2/n1), наступает явление полного внутреннего отражения, заключающееся в том, что световой пучок не распространяется во второй среде, а возвращается в первую (рис. 4).

Рисунок 4 – Ход лучей при полном внутреннем отражении (>кр):
1 – световой пучок; 2 – высокопреломляющая призма; 3 – исследуемый образец

Измерения спектров отражения проводились в спектральном диапазоне 400 – 4200 см-1 с периодичностью 10 – 12 дней в течение 6 месяцев. При дальнейшем увеличении времени наблюдения изменения в спектрах отражения не наблюдались.

Изменения в соотношении интенсивностей полос валентных колебаний связей С-Н (рис. 5) свидетельствует о протекании процесса деструкции, то есть разрыва полимерной цепи с образованием концевых групп СН2, СН3 или последующим сшиванием цепей (появление в спектре полос двойных связей С=С). Процесс образования пространственной сетки должен сопровождаться снижением эластичности материала, увеличением его твердости и появлением хрупкости.

Следовательно, это подтверждает наличие усталостного разрушения материала уплотнения. Сурик и белила, замешанные на натуральной олифе, которые наряду с пенькой используются для уплотнения резьбовых соединений, не обеспечивают их достаточной герметичности. Изменения в указанных спектрах свидетельствуют о протекании процесса старения в лакокрасочных покрытиях, их отверждении и охрупчивании.

Рисунок 5 – Участок спектра МНПВО 950-1100 см-1: а – ZnO, б – Pb3O4:
1 – исходное покрытие; 2 – через 3 месяца; 3 – через 6 месяцев

Третья глава посвящена инженерной реализации экспериментально-теоретических результатов. Для проведения лабораторных исследований были выбраны следующие материалы: изол, замешанный на натуральной олифе; мастика 51-Г-7; резиновая смесь 807 на основе хлоропреновых каучуков меркаптанного регулирования высокой скорости кристаллизации и бутилформальдегидной смолы; герметизирующая паста «Эврика» и мастика МБ-АПП на основе низкомолекулярных компонентов крекинга нефти, структуированная несимметричным атактическим полипропиленом.

Для изучения влияния амплитуды микроперемещений А и давления Р на скорость изнашивания сопряжения «втулка – муфта» были получены уравнения регрессии, адекватно описывающие исследуемый процесс:

  • при использовании материала «изол»

; (9)

  • при использовании мастики 51-Г-7

; (10)

  • при использовании резиновой смеси 807

; (11)

  • при использовании «Эврики»

; (12)

  • при использовании «МБ-АПП»

. (13)

Как показали проведенные исследования, использование моченой трепаной пеньки, неполимеризующихся материалов «изол», мастики 51-Г-7 не оказывают существенного влияния на общие закономерности изнашивания уплотнения, т.к. их скорость изнашивания соизмерима друг с другом. Применение полимера «Эврика» заметно снижает величину скорости изнашивания с 300 до 12 мкм/цикл. Наилучшие результаты показало использование атактического полипропилена ОАПП, позволившего снизить скорость изнашивания в 37 раз по сравнению с применением неполимеризующихся материалов, а по сравнению с полимером «Эврика» – в 1,10...1,25 раза. По нашему мнению, это связано с тем, что материал не только не подвергается охрупчиванию, но и оказывает в процессе эксплуатации сопряжения большее демпфирующее воздействие.

Исследование работоспособности уплотнительных материалов резьбовых соединений тормозной магистрали подвижного состава выполнялось на физической модели в масштабе 1:5 с учётом всех динамических воздействий, существующих в эксплуатации: подпрыгивания, галопирования, боковой качки. Результаты исследований адгезионных свойств материалов представлены на рис. 6.

Рисунок 6 – Результаты экспериментальных исследований герметиков, используемых в резьбовом соединении:

а – при первоначальном соединении, б – после десятой разборки

Герметизирующие мастики «Эврика» и «МБ-АПП» хорошо работают даже после десяти операций сборки-разборки соединения без дополнительного нанесения герметика. Изол, мастика 51-Г-7 и резиновая смесь 807 обладают значительно меньшей долговечностью при выполнении операций сборки-разборки соединения вследствие отсутствия хороших адгезионных свойств после разрушения ранее установленных связей.

Для выяснения рационального процентного содержания герметизирующей присадки МБ на основе высокомолекулярных компонентов крекинга нефти, структуированого низкоокисленным атактическим полипропиленом ОАПП в исследуемом фрикционном контакте трения резьбового соединения был применен математический аппарат планирования эксперимента. Была получена математическая зависимость скорости изнашивания резьбового соединения в зависимости от давления P, амплитуды виброперемещения А и процентного содержания присадки МБ в ОАПП –.

(14)

В исследуемом диапазоне входных факторов скорость изнашивания имеет экстремум при процентном содержании присадки = 2,2 %.

Трибоспектральная идентификация критических (переходных) режимов функционирования фрикционной системы «втулка – муфта» выполнялась на основе анализа частотной передаточной функции и годографа Найквиста

, (15)

где – амплитудно-частотная характеристика; – фазочастотная характеристика; – вещественная частотная характеристика; – мнимая частотная характеристика, характеризующая диссипативные свойства трибосистемы.

Анализ математической модели нелинейных фрикционных процессов выполнялся на основе частотного годографа Найквиста с определением временных, частотных, корневых и интегральных оценок качества динамического процесса, величины диссипативной энергии, реализуемой при разных условиях эксперимента. Собран банк триботехнических и трибоспектральных характеристик. Результаты полученных трибоспектральных характеристик представлены на рисунке 7 для традиционной сборки резьбового соединения с использованием сурика, резиновой смеси 807 и модификатора МБ-АПП с использованием атактического полипропилена.

а б в

Pages:     | 1 || 3 |






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