СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для определения вязкости смазочных материалов, работающих в условиях высоких контактных давлений и температур, и выбора оптимального смазочного материала для подшипниковых узлов в процессе их эксплуатации.
Известно устройство измерения момента сопротивления качению для выбора рациональных режимов смазывания, содержащее станину, на которой в подшипниковых опорах параллельно друг другу установлены два приводных вала и на них консольно за пределами станины, посредством подшипников качения, установлены ролики в виде колец, контактирующих между собой наружными поверхностями, причем один из приводных валов связан с роликом упругим элементом, на котором размещено измерительное устройство, (см. Пинегин С.В. Трение качения в машинах и приборах. М., «Машиностроение», 1976, с. 131-132)
Недостатком известного устройства является невозможность измерения фактической вязкости смазочного материала, учитывающей температуру в наиболее нагруженных зонах подшипника качения. Это приводит к тому, что состав смазочного материала, применяемый в подшипниках качения, не соответствует требованиям, предъявляемым к ним в данных конкретных условиях, в результате чего, не происходит полного разделения контактирующих поверхностей подшипников, что ведет к их интенсивному изнашиванию а, следовательно, к снижению срока службы.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является установка для измерения момента сопротивления в подшипниках качения, содержащая станину, на которой в подшипниковых опорах параллельно друг другу установлены два вала с роликами, контактирующими между собой по наружной поверхности с возможностью поворота на малый угол, причем в одном из указанных роликов выполнено отверстие для подачи смазочного материала, и размещенные на станине нажимные устройства для создания радиальных нагрузок и измерительное устройство, связанное с одним из роликов упругим элементом. При этом валы в устройстве выполнены приводными, ролики выполнены в виде колец, а измерительное устройство соединено с роликом, установленным через подшипник качения на приводном валу (см. патент РФ №55130, G01M 13/04).
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности определения вязкости смазочного материала в условиях действующих нагрузок и высокой температуры, возникающей в нагруженных зонах подшипника качения, поскольку в данном устройстве осуществляется измерение общего момента трения, возникающего в подшипнике, состоящего из момента сопротивления трению качения и момента сопротивления от действия смазочного материала. Это не позволяет установить в нагруженных зонах подшипника качения фактическую вязкость смазочного материала, величина которой зависит как от величины действующих нагрузок, так и от температуры, генерируемой в слое смазочного материала. Это приводит к тому, что состав смазочных материалов, выбранный без учета указанных факторов, не соответствует требованиям, предъявляемым к ним в данных конкретных условиях, в результате чего, не происходит полного разделения контактирующих между собой поверхностей подшипников, что ведет к их интенсивному изнашиванию а, следовательно, к снижению срока службы.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении долговечности подшипников качения путем выбора оптимального класса вязкости смазочного материала для них с учетом конкретных условий эксплуатации.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в моделировании условий нагружения подшипника качения, обеспечивающих возможность определения фактической вязкости смазочного материала, находящегося непосредственно в наиболее нагруженной зоне.
Поставленная задача достигается тем, что известный стенд для определения вязкости смазочного материала, содержащий станину, на которой в подшипниковых опорах параллельно друг другу установлены два вала с роликами, контактирующими между собой по наружной поверхности с возможностью поворота на малый угол, причем в одном из указанных роликов выполнено отверстие для подачи смазочного материала и размещенные на станине нажимные устройства для создания радиальных нагрузок и измерительное устройство, связанное с одним из роликов посредством упругого элемента, согласно изменению, он снабжен тепловизором, установленным неподвижно на станине между подшипниковыми опорами валов, причем один из валов выполнен в виде неподвижной оси, другой - приводным, а ролики, установленные на них, выполнены в виде открытых подшипников качения, при этом приемник излучения тепловизора обращен в сторону торцевой поверхности указанных подшипников, а измерительное устройство связано с установленным на неподвижной оси открытым подшипником качения посредством жестко закрепленного на его поверхности рычага.
Техническая сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг 1 схематично изображен заявляемый стенд для определения вязкости смазочного материала;
- на фиг 2 - схема нагружения подшипников качения при определении вязкости смазочного материала, находящегося в подшипнике качения, установленном на приводном валу.
Стенд для определения вязкости смазочного материала содержит станину 1 (фиг. 1), на которой в подшипниковых опорах 2 установлены параллельно друг другу валы 3 и 4 (фиг. 1, 2). При этом вал 3 выполнен в виде неподвижной оси, а вал 4 выполнен приводным и его вращение в подшипниковых опорах 2 осуществляется посредством ременной передачи 5 (фиг 1), соединенной с электродвигателем 6. На валах 3 и 4 установлены ролики в виде открытых подшипников качения, соответственно, 7 и 8 (фиг 1, 2) так, что их наружные поверхности контактируют между собой с возможностью поворота на малый угол φ (фиг 2). В подшипнике качения 8 выполнено отверстие 9 (фиг. 1, 2) для подачи смазочного материала, предназначенного для определения его вязкости в условиях нагружения указанного подшипника. Кроме того, на станине 1 (фиг 1) жестко закреплены: измерительное устройство 10, нажимные устройства 11 для создания радиальных нагрузок и тепловизор 12 с приемником излучения 13. При этом измерительное устройство 10 (фиг. 1, 2) связано с поверхностью установленного на неподвижной оси 3 открытого подшипника 7, посредством рычага 14, один конец которого жестко соединен с поверхностью указанного подшипника 7, а другой его свободный конец контактирует с упругим элементом 15. В качестве измерительного устройства 10 в конструкции заявляемого стенда может быть использовано любое известное измерительное устройство, например, тензометр, индикатор и другие устройства данного типа.
Нажимные устройства 11 (фиг. 1) предназначены для нагружения подшипников качения 7 и 8 радиальными нагрузками требуемой величины и каждое из них состоит из винта 16 и пружин 17.
Тепловизор 12 с приемником излучения 13 предназначен для мониторинга и фиксации в процессе работы стенда тепловых полей, возникающих в нагруженной зоне подшипника качения 8. При этом тепловизор 12 неподвижно закреплен на станине 1 между подшипниковыми опорами 2 валов 3 и 4 так, что его приемник излучения 13 обращен в сторону открытой торцевой поверхности подшипников качения 7 и 8.
Работает заявляемый стенд для определения вязкости смазочного материала следующим образом.
Предварительно в отверстие 9 подшипника качения 8 (фиг 1, 2) подают исследуемый смазочный материал. Подшипник 7, установленный на неподвижной оси 3, и подшипник 8, установленный на приводном валу 4, нагружают усилием (P) от нажимных устройств 11 посредством нажимного винта 16 и пружины 17.
Далее, посредством электродвигателя 6 через ременную передачу 5 приводят во вращение приводной вал 4, в результате чего, в подшипнике качения 8 (фиг. 2), установленном на указанном валу 4, возникает момент трения, который включает в себя момент трения качения и момент сопротивления от действия смазочного материала. Под воздействием вышеуказанного момента трения подшипник качения 8, преодолевая сопротивление качению по поверхности подшипника качения 7, начинает поворачиваться на малый угол φ, а так как его наружная поверхность контактирует с наружной поверхностью подшипника качения 7, то, в результате наличия сил трения, подшипник 7 также начинает поворачиваться на малый угол φ в сторону противоположную повороту подшипника 8. При повороте подшипник качения 7, преодолевая возникающий в нем момент трения качения и момент трения качения между контактирующими наружными поверхностями подшипников 7 и 8, воздействует посредством закрепленного на его поверхности рычага 14 (фиг. 2) на упругий элемент 15, прогиб (Δ) которого фиксирует измерительное устройство 10. При этом, величина прогиба (Δ) характеризует момент сопротивления от действия смазочного материала, который в свою очередь, является функцией вязкости смазочного материала, находящегося в нагруженной зоне открытого подшипника качения 8.
Кроме того, в процессе работы стенда, приемником 13 (фиг. 1) тепловизора 12 одновременно осуществляется постоянная регистрация (мониторинг) тепловых полей, возникающих в открытом подшипнике качения 8. Это позволяет фиксировать изменяющуюся температуру смазочного материала в нагруженной зоне указанного подшипника качения 8.
Таким образом, заявляемый стенд позволяет за счет снятия комплексных характеристик, таких как величина прогиба упругого элемента и термограммы теплового поля подшипника качения 8, определить величину фактической вязкости смазочного материала, находящегося в наиболее нагруженных зонах подшипника качения 8, в зависимости от температуры и радиальной нагрузки.
Используя известные аналитические зависимости, становится возможным определение значения фактической вязкости смазочного материала.
Полученные при этом на заявляемом стенде данные о фактической вязкости смазочного материала позволяют, используя известные аналитические зависимости, такие как, зависимость момента сопротивления от вязкости смазочного материала, зависимость кинематической вязкости смазочного материала от температуры, осуществить выбор оптимального класса вязкости смазочного материала, обеспечивающего формирование защитной масляной пленки, разделяющей контактирующие поверхности в нагруженной зоне подшипников качения при их эксплуатации в конкретных условиях производства. Это позволяет снизить давление на микровыступы контактирующих поверхностей в подшипниках, и обеспечить повышение их износостойкости а, следовательно, и долговечности.
На данном испытательном стенде были проведены исследования по установлению оптимального класса вязкости смазочного материала, для подшипников качения рабочих валков клетей «кварто» и, в частности, в клетях №1, №2, №3 стана 2000 ХП ОАО «ММК» с целью повышения их долговечности. Для этого на стенде были смоделированы условия, которые возникают на контакте исследуемых подшипников качения. Для исследования были выбраны минеральные масла следующих марок: ИР 100 класс вязкости 100, марки ТНК 522 класс вязкости 220, марки Mobilgear 600ХР 320 класс вязкости 320, марки 460ПВ класс вязкости 460. Данные марки смазочного материала наиболее широко применяются для смазывания подшипников качения в условиях производства.
В результате было установлено, что применение смазочного материала класса вязкости 220 вместо используемого в настоящее время в указанных подшипниках смазочного материала класса вязкости 320 позволит увеличить ресурс этих подшипников на 40% за счет формирования максимальной толщины масляной пленки.
Таким образом, заявляемая конструкция стенда позволяет осуществить выбор оптимального класса вязкости смазочного материала, использование которого в конкретных производственных условиях приведет к повышению долговечности подшипников качения.
Так, например, выбор оптимального класса вязкости смазочного материала для подшипников качения опор рабочих валков прокатных станов приведет к повышению их ресурса на 40-45%.