Окислительное изнашивание деталей трибоузлов в условиях избыточного гидростатического давления

УДК 621.89 В.Ф. Вагнер

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ИЗНАШИВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТРИБОУЗЛОВ В УСЛОВИЯХ ИЗБЫТОЧНОГО ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ

Рассмотрена природа окислительного изнашивания поверхностей трения трибоузлов в режиме граничной смазки при избыточном гидростатическом давлении рабочих жидкостей. Отмечена актуальность установления способов управления и оптимизации окислительного изнашивания деталей узлов трения гидроагрегатов объемного гидропривода с целью повышения их технического ресурса.

Ключевые слова: гидропривод, жидкость, избыточное давление, смазка, трибоузлы, испытание, изнашивание, интенсивность, ресурс гидроагрегатов.

V.F. Wagner

OXIDIZING WEAR PROCESS OF FRICTION UNIT DETAILS IN CONDITIONS OF SUPERFLUOUS HYDROSTATIC PRESSURE

The nature of oxidizing wear process of friction unit surfaces in a mode of boundary greasing at superfluous hydrostatic working liquid pressure is considered. The actuality of the control way defining and optimization of the oxidizing wear process of the volumetric hydrodrive friction hydrounits is marked in order to increase their technical resource.

Key words: hydrounit, liquid, excess pressure, oiling, friction units, examination, wear process, intensity, hydrodrive resource.

Значительное количество трибоузлов объемного гидропривода машин и оборудования лесного комплекса, сельскохозяйственных, строительно-дорожных и др. мобильных машин работает в условиях повышенного избыточного гидростатического давления рабочих жидкостей (при номинальном давлении до 21...25 МПА и максимальном до 35 МПа и более). К таким узлам относятся цилиндро-поршневые группы аксиально-поршневых и радиально-поршневых гидромашин, шиберы (пластины) в контакте со статором пластинчатых насосов, гидроусилители, дисковые и золотниковые распределительные устройства гидроагрегатов, гидроклапаны давления и др. В силу больших контактных давлений и отсутствия гидродинамической смазки в парах трения перечисленных узлов осуществляется граничный режим смазки, который способствует окислительному изнашиванию поверхностей трения деталей трибоузлов.

При высоком качестве материалов деталей трибосопряжений и рабочих жидкостей (в том числе и их чистота), соблюдении температурных и нагрузочных режимов гидропривода указанный вид изнашивания является основным и проявляется в виде нормальной его формы. Однако и этот вид изнашивания в силу различных факторов, возникающих только в условиях гидростатического давления, может протекать с различной интенсивностью, что во многих случаях эксплуатации гидропривода мобильной техники определяет ресурс его гидромашин и гидроагрегатов.

Трибометрические испытания на лабораторной установке СИСТ-1 [1] (по схемам шар-диск и шар-цилиндр) образцов из стали ШХ15 в рабочих жидкостях (минеральных гидравлических и моторных маслах, отвечающих требованиям соответствующих стандартов) при избыточном гидростатическом давлении до 40 Мпа подтвердили, что основным видом изнашивания поверхностей трения в таких условиях является окислительное изнашивание. Анализ фотографий (увеличение х200) поверхностей изнашивания образцов (рис.) показал следующее:

на поверхностях трения (подвижного и неподвижного образцов) происходит образование вторичных структур (ВС) двух типов: ВС I (светлые участки) - твердые растворы окислителей в металлах; ВС II (темные участки) - химические соединения материалов с окислителями нестехиометрического состава;

количественное соотношение между типами формирующихся во фрикционном контакте вторичных структур устанавливается в зависимости от величины давления рабочей жидкости;

изменение давления гидросреды, окружающей пары трения, приводит к нарушению динамического равновесия между процессами формирования и разрушения вторичных структур, характерное для универсального явления структурной приспосабливаемости;

гидростатическое давление в рабочей жидкости рж оказывает влияние на физико-химические процессы, протекающие на поверхностях трения: при рж =12 МПа преобладает процесс формирования ВС II (рис., б), при р ж =25 МПа - ВС I (см. рис., г).

Формирование вторичных структур ВС I (светлые участки) и ВС II (темные участки) на поверхностях трения неподвижного образца (при граничной смазке) в зависимости от величины избыточного гидростатического давления рж рабочей жидкости: а - рж=0 Мпа; б - рж=12 Мпа; в - рж=18 Мпа; г - рж=25 Мпа

Известно, что формирование вторичных структур I типа происходит при температуре поверхностного слоя до 100 С°, II типа - до 200 С° [2, 3], а скорость разрушения (при нормальном окислительном изнашивании) ВС I составляет 0,1 мкм/ч, ВС II - 0,05 мкм/ч [2, 4]. Следовательно, увеличение гидростатического давления рабочей жидкости, приводящее к изменению температуры поверхностей трения, изменению площади поверхности, покрытой той или иной ВС, сказывается на интенсивности окислительного изнашивания сопряженных

образцов (деталей). Так, при увеличении гидростатического давления рабочей жидкости от 12 до 18 МПа происходит значительное сокращение на поверхности трения площади, покрытой ВС II, и увеличение площади, занятой ВС I, что привело к значительному росту износа (см. рис., в).

Таким образом, анализ характера нормального окислительного изнашивания деталей трибоузлов объемного гидропривода в режиме граничной смазки и установление основных факторов, интенсифицирующих его (изнашивание), позволит разработать способы управления изнашиванием и оптимизации износа узлов трения. Это один из основных путей существенного повышения технического ресурса гидроагрегатов мобильных машин.

Литература

1. Сорокин, Г.М. Установка для триботехнических испытаний материалов в жидких средах под давлением / Г.М. Сорокин, В.Ф. Вагнер // Заводская лаборатория. - 1990. - Т. 56. - № 2. - С. 100-103.

2. Надежность и долговечность машин / Б.И. Костецкий [и др.]; под ред. Б.И. Костецкого. - Киев: Техника, I975. - 408 с.

3. Krause, H. Tribochemical reactions in the frictions and wearing process of iron / H. Krause // Wear. - 1971. -V.18. - №5. - Р. 403-412.

4. Поверхностная прочность материалов при трении / Б.И. Костецкий [и др.]; под ред. Б. И. Костецкого. -Киев: Техника, 1976. - 292 с.

---------♦'-----------

УДК 631.331.62-66 Н.А. Богульская, И.О. Богульский, А.А. Вишняков

ПРИМЕНЕНИЕ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМА РАБОТЫ ВЫСЕВАЮЩЕГО

АППАРАТА

Работа посвящена исследованию оптимального по некоторым параметрам режима работы высевающего аппарата вибрационного типа. Построена модель движения семян в лотке высевающего устройства, предложен численный алгоритм решения задачи Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений, на основе которого проведен численный эксперимент. Программа реализована в среде Delphi. Представлены результаты (оптимальные значения амплитуды и частоты колебаний) работы программы.

Ключевые слова: математическое моделирование, колебания, оптимизация.

N.A.Bogulskaja, I.O.Bogulskii, A.A.Vishnjakov IMITATING MODEL APPLICATION FOR THE OPERATING MODE OPTIMIZATION of SOWING DEVICE

The article is devoted to the research of the optimum operating mode in the vibrating type sowing device. The seeds movement model in the sowing device tray is constructed. The numerical algorithm of the Cauchy problem decision for the ordinary differential equations system on the basis of which the numerical experiment is led is offered. The program is realized in Delphi environment. The program results (optimum values of fluctuation amplitude and frequency) are submitted.

Key words: mathematical modeling, vibration, optimization.

Одним из основных показателей качества вибрационного высевающего аппарата является равномерность высева.

В настоящей работе рассматривается лотковое высевающее устройство, в котором лоток представляет собой параллелепипед длиной а и высотой Ь, который в неподвижном состоянии заполнен семенами на высоту h (рис. 1).

Свободное истечение семян из бункера в вибрационном аппарате происходит в условиях постоянного подпора, который создается слоем семян в колеблющемся высевающем устройстве. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы объем семян, прошедших через высевные отверстия, пополнялся точно таким