Методика и результаты исследований температуры трения в шарнирах лесных манипуляторов

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

i, j - индексы (номера) выделяемых регионов (напр. европейская часть России, Урал и т.п.).

В данной модели выбор регионов должен быть обусловлен теми резервами, которые принимаются для анализа территориальных сдвигов на этапе производства основных параметров и процессов смежных производств. Использование модели предполагает предварительное определение дальности перевозок по обобщенным внутрирайонным и межрайонным связям исходя из отчетных данных о межобластном обмене лесных грузов и на основе кратчайших сетевых расстояний. При этом проверяются и устанавливаются тенденции в изменении удельного веса отправления, прибытия, внутрирайонных и межрайонных перевозок по заданным регионам страны.

На перспективу эти показатели устанавливаются с учетом помещаемых сдвигов

в размещении производства и потребления конкретной продукции и коэффициентов пе-ревозимости грузов по европейским и восточным регионам страны. Для остальных видов транспорта можно при расчетах исходить из сложившихся тенденций в распределении грузооборота между видами транспорта.

Общая сумма доходов от смежных производственных процессов формируется с использованием коэффициентов (удельных весов по отношению к доходам от перевозочной деятельности) от погрузочно-разгрузочных работ, транспортно-экспедиционного обслуживания, хранения и др. Норматив удельного грузооборота и доходов от перевозок лесных грузов устанавливается конкретно по каждой номенклатуре.

Библиографический список

1. Лесдон, Л. Оптимизация больших систем. Л. Ле-сдон. - М.: Наука, 1975. - 432с.

МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ТРЕНИЯ В ШАРНИРАХ ЛЕСНЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ

Ф.В. ПОШАРНИКОВ, проф., зав. каф. технологии и оборудования лесопромышленного производства ВГЛТА, действительный член Академии естествознания РФ, д-р техн. наук,

А.И. СЕРЕБРЯНСКИИ, ст. преподаватель каф. технологии и оборудования лесопромышленного производства ВГЛТА, канд. техн. наук

В лесной промышленности широко используются машины манипуляторного типа. В конструкцию манипуляторов входят шарнирные соединения, которые являются слабым местом технологического оборудования, так как при наработке до 3000 моточасов выходят из строя [1]. Одним из факторов, объясняющих низкую износостойкость этих узлов трения, является несовершенство процесса смазки трущихся поверхностей. В случае смазывания трущихся поверхностей шарниров манипуляторов пластичной смазкой под действием высоких нагрузок происходит выдавливание смазки из зоны трения, что приводит к повышенному износу, дополнительным нагрузкам, ударам, вибрациям и преждевременному выходу узла трения из строя.

Температура трения оказывает существенное влияние на износостойкость подшипников скольжения. При повышении температуры выше допустимой для тех или иных материалов в последних происходят физические, химические и механические изменения, особенно в поверхностных и приповерхностных слоях. Такие изменения приводят к повышенному износу, появляются очаги микросваривания, заедания, задиры, проявляются виды изнашивания, которых могло бы не быть при допустимых значениях температуры трения. Повышается износ, доходящий до критического. При экстремальных значениях температуры может полностью остановиться работа узла трения, что ведет к его разрушению.

Для исключения указанных недостатков предлагается использовать в качестве

92

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 6/2007

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

антифрикционного материала в подшипниках скольжения манипуляторов самосмазывающиеся антифрикционные пластики типа АМАН. Чтобы адекватно судить о работоспособности предлагаемых пластиков в данных узлах трения, необходимо теоретически и экспериментально проанализировать величины температуры трения, возникающие при работе шарниров манипуляторов лесных машин.

Целью данной работы является определение степени влияния температуры трения на работоспособность пластиков типа АМАН (ЭСТЕРАН-29, АМАН-13) в качестве антифрикционного материала в шарнирных соединениях манипуляторов. В качестве примера рассматривались манипуляторы лесозаготовительных машин. Теоретические исследования температуры трения проводились по следующей методике.

Определяется фактор PV

P = 100RM,

где R - нагрузка на подшипник скольжения, Н;

d - диаметр вала, мм;

I - длина подшипника, мм.

V = ndn / 60000,

где n - скорость скольжения, об/с;

d - диаметр вала, мм.

По условию [2] подшипник должен работать без смазки, что и имеет место в данном случае.

Затем устанавливается температурное поле в подшипнике. Вначале определяем мощность теплового потока в единицу времени на поверхности контакта вал - втулка по формуле

qn =

где R - нагрузка на подшипник, кН;

Определяется температура на внутренней поверхности втулки t

tpi = ke„q„d((1/2K)M1/k) +

+

где вп = 0,17 - коэффициент разделения потоков тепла, определяемый с помощью экспериментальных графиков;

X = 0,29(Вт / м-°С) - коэффициент теплопроводности;

k = 0,7 - коэффициент, учитывающий прерывистый цикл работы шарнирных соединений лесных манипуляторов;

П = 7,5(Вт / м2) - коэффициент теплообмена от стали к воздуху в зависимости от влажности;

Р - наружный диаметр корпуса, мм; k0 - коэффициент взаимного перекрытия.

К = d/D,

где D - внутренний диаметр корпуса, мм.

Рабочая температура корпуса устанавливается по формуле

tp2 =

Средняя температура втулки будет

равна

tp =

Для определения рабочей температуры шарнирных соединений с антифрикционными втулками из пластика АМАН-13 исходные данные будут такими же, что и в случае с ЭСТЕРАНом-29, за исключением коэффициента разделения потоков тепла в = 0,23 и коэффициента теплопроводности X = 0,21(Вт / м-°С).

Результаты расчета рабочей температуры рассматриваемых шарнирных соединений с антифрикционными пластиками ЭСТЕРАН-29 и АМАН-13 представлены, в табл. 1 и 2.

Как видно из табл. 1, 2, рабочая температура шарнирных соединений с антифрикционными пластиками ЭСТЕРАН-29 и АМАН-13 находится в пределах 30-60 °С. Это не превышает критического значения температуры для этих пластиков, при которой они начинают плавиться.

Т а б л и ц а 1

Рабочая температура шарнирных соединений с пластиком ЭСТЕРАН-29

t, °С ЛП-19А ЛП-49, ЛП-18А ЛП-17А, ТБ-1М

Подвеска - рукоять

tp1 50,22 49,5 33,95

tp2 38,8 38,46 33,76

tp 39,51 38,86 33,86

Рукоять - стрела

tp1 46,29 40,95 34,95

tp2 44,03 39,43 34,9

45,16 40,19 34,92

Ст рела - поворотная колонка

tp1 44,01 35,73 31,51

tp2 42,07 34,93 31,5

t.P 43,04 35,33 31,51

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2007

93

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Таблица 2

Рабочая температура шарнирных соединений с пластиком АМАН-13

t, °С ЛП-19А ЛП-49, ЛП-18А ЛП-17А, ТБ-1М

Подвеска - рукоять

tpl 45,76 44,17 36,0

tp2 41,91 41,45 35,09

if 43,83 42,81 35,55

Рукоять - стрела

tp1 55,1 46,87 37,49

tp2 48,98 42,75 36,63

52,02 44,81 37,06

Стрела - поворотная колонка

tpl 51,59 38,83 32,29

tp2 46,32 36,67 32,03

48,96 37,75 32,16

Экспериментальные исследования температуры трения были проведены на стенде и по методике, представленной в работах [3-5]. В данных исследованиях определялась температура трения при различных значениях нагрузки и скорости скольжения. Исходя из нагрузочно-скоростных режимов работы реальных шарнирных соединений манипуляторов были выбраны следующие нагрузочно-скоростные режимы экспериментов: V = 0,08-0,13 м/с; Р = 0,8-2,65 Мпа; в случае динамического нагружения частота действия динамической нагрузки принимается ф = 10 Гц. Полученные результаты исследований были сведены в табл. 3 и 4, для сравнения представлены результаты исследований пластика ВИЛАН-9. Графическое изображение зависимости температуры трения от скорости скольжения и удельной нагрузки при статическом и динамическом нагружении представлено на рис. 1 и 2.

Как показывают данные исследований, увеличение скорости скольжения и удельной нагрузки приводит к возрастанию температуры вблизи поверхности трения. Из рис. 1 и 2 видно, что кривые, характеризующие температуру вблизи поверхности трения, при динамическом нагружении на несколько градусов выше, чем при статическом нагружении. Это говорит о том, что динамическое нагружение интенсифицирует процессы, повышающие рабочую температуру узла трения.

—ВИЛАН-9, V = 0,08 м/с;

—Ж—АМАН-13, V = 0,08 м/с;

—•—ЭСТЕРАН-29, V =0,13 м/с;

—Ж—АМАН-13, V = 0,13 м/с;

—• — ЭСТЕРАН-29, V = 0,08 м/с.

Рис. 1. Зависимость температуры вблизи поверхности трения t от удельной нагрузки и скорости скольжения при статическом нагружении

— ВИЛАН-9, V = 0,08 м/с;

—Ж— АМАН-13, V = 0,08 м/с;

—•— ЭСТЕРАН-29, V = 0,13 м/с;

—Ж— АМАН-13, V = 0,13 м/с;

—•— ЭСТЕРАН-29, V = 0,08 м/с.

Рис. 2. Зависимость температуры вблизи поверхности трения t от удельной нагрузки и скорости скольжения при динамическом нагружении

94

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2007