автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.17, диссертация на тему:Исследование процесса трения скольжения жгута дели во фрикционных рабочих органах рыбопромысловых механизмов

На правах рукописи

/

Зеброва Елена Михайловна

Исследование процесса трения скольжения жгута дели во фрикционных рабочих органах рыбопромысловых механизмов

Специальность 05 18 17 - «Промышленное рыболовство»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003071В15

Калининград-2007

003071615

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет» (КГТУ)

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Розенштейн Михаил Михайлович

Научный консультант доктор технических наук, профессор

Федоров Сергей Васильевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Наумов Владимир Аркадьевич

кандидат технических наук Стригин Александр Григорьевич

Ведущая организация ФГУП «Атлантический научно-

исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии» (АтлавтНИРО)

Защита состоится « 28 » мая 2007 года в часов на заседании диссертационного совета Д 307 007 04 при Калининградском государственном техническом университете (КГТУ) по адресу 236000, г Калининград, ул Профессора Баранова, 43

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ

Автореферат разослан « 27 » апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат техн наук

вдокимова Н А.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Современная концепция развития промышленного рыболовства не мыслима без совершенствования средств механизации Промысловые комплексы имеют в своем составе рабочие тяговые органы, которые контактируют с элементами орудий лова Их можно разделить на две группы фрикционные (более 60% всех рабочих органов) и навивные В настоящее время наиболее широко применяют фрикционные промысловые машины (ФПМ), принцип действия которых основан на использовании фрикционного сцепления их рабочих органов с сетным полотном выбираемых орудий лова Основным преимуществом таких машин является возможность быстрой и непрерывной выборки орудия лова при относительной малогабаритности и небольшом весе самих машин, что очень важно в судовых условиях Конструкция ФПМ должна обеспечить на поверхности контакта фрикционного барабана (шкива) и орудия лова (сетного жгута) силу трения, достаточную по величине для того, чтобы выборка жгута проходила без буксования при минимальном его износе

Многолетний опыт эксплуатации ФПМ показал, что процесс выборки в условиях промысла происходит прерывисто, часто происходит проскальзывание сетного жгута по барабану и стравливание орудия лова с рабочего органа выборочной машины Следствием проскальзывания является потеря тягового усилия рыбопромысловых машин и резкий износ сетного полотна (дели) и поверхности барабана Пробуксовка сетного жгута относительно рабочего органа машины связана с падением коэффициента трения

Существующие методы и формулы для расчета тяговых усилий фрикционных барабанов основаны на уравнении Л Эйлера и отличаются друг от друга различными методами определения коэффициентов трения на поверхности фрикционного барабана

Несмотря на большое количество проведенных исследований, процесс трения сетных жгутов о поверхность тягового органа изучен недостаточно Так, не установлены зависимости значения коэффициента трения от состояния поверхностей рабочего органа ФПМ и орудия рыболовства (наличие влаги и биомассы), структуры и материала элементов орудия лова, шероховатости поверхности рабочего органа, природы материала поверхности орудия лова, условий, при которых осуществляется выборка жгута и др Поэтому во многих расчетах ФПМ с применением формулы Л Эйлера до настоящего времени пользуются значениями коэффициентов трения, зависящими только от природы трущихся тел и не зависящими от других факторов В результате фактическое тяговое усилие промысловой машины оказывается не соответствующим проектному значению Следовательно, важнейшей проблемой при проектировании ФМП является отсутствие корректных сведений о зависимости коэффициента трения от различных факторов реальных условий эксплуатации орудий лова

Актуальность предпринятых исследований определяется необходимостью совершенствовать методику проектирования рабочих органов промысловых

машин в направлениях снижения энергозатрат при их эксплуатации и снижения механического износа деталей орудий рыболовства

Цель н задачи исследований. Целью настоящих исследований является изучение возможной эволюции трения (коэффициента трения) в условиях классической Эйлеровой модели определения трения для выбранных объектов исследования и установление зависимостей значений коэффициента трения от состояния поверхностей рабочего органа и сетного жгута, являющегося элементом орудия лова, и условий процесса выборки жгута

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи

- выполнена оценка современного состояния исследований процесса трения во фрикционных устройствах на базе обобщенной структурно-энергетической диаграммы трущихся поверхностей,

- выполнен анализ обобщенной эволюции трения на различных режимах движения (в статике и в кинематике) применительно к выбранным объектам исследования,

- определены численные значения статических коэффициентов трения и коэффициентов трения движения с учетом ряда факторов реальных условий эксплуатации

Научная новизна работы заключается в установлении для фрикционных органов промысловых механизмов общих закономерностей изменения численных значений коэффициентов трения в зависимости от условий и режима их эксплуатации В диссертации впервые получены следующие научные результаты

1 Показано, что точка максимального статического трения (в рамках структурно-энергетической диаграммы трения) характеризует принцип неопределенности величины коэффициента трения в условиях срыва максимального трения, приводящий к нестабильности статического трения при одной нагрузке

2 Получены и исследованы численные значения коэффициентов максимального статического трения в зависимости от различных факторов реальных условий эксплуатации орудий лова и фрикционных органов промысловых машин

3 Получены и исследованы численные значения коэффициентов трения движения в зависимости от различных факторов реальных условий эксплуатации орудий лова и фрикционных органов промысловых машин

4 Получены численные значения коэффициентов трения в зависимости от следующих факторов

- состояния орудия лова (сухое, мокрое и влажное с рыбной биомассой),

- материала поверхности рабочего органа (резина, сталь),

- шероховатости поверхности рабочего органа (барабан стальной со следами коррозии, барабан стальной, зачищенный абразивной шкуркой и барабан стальной обрезиненный),

- структуры и материала элементов орудия лова (сетное полотно - узловое, узловое латексированное, безузловое, мононить),

- скоростных параметров рыбопромысловых машин

Практическая ценность заключается в возможности испочьзования полученных в диссертации результатов для совершенствования инженерных расчетов при проектировании фрикционных промысловых машин К таким результатам следует отнести численные значения коэффициентов трения в зависимости от следующих факторов

- состояния орудия лова (сухое, мокрое и влажное с рыбной биомассой),

- материала поверхности рабочего органа (резина, сталь),

- шероховатости поверхности рабочего органа (барабан стальной со следами коррозии, барабан стальной, зачищенный абразивной шкуркой и барабан стальной обрезиненный),

- реальной дуги скольжения при угле обхвата а = 180°,

- структуры и материала элементов орудия лова (сетное полотно - узловое с разными размерами ячеи, узловое латексированное, безузловое, мононить)

Для различных условий трения (сухого, смоченных образцов, смоченных образцов с добавками биомассы раздавленной рыбы) разработана оригинальная методика определения коэффициента статического трения в точке его максимального значения с учетом срыва трения до состояния динамического (по Эйлеру) трения

Разработана методика определения величин динамического коэффициента трения при переменных скоростях на натурном подвесном неводовыборочном профильном блоке фирмы «Marco»

Использование результатов. Основные результаты выполненных исследований используются в учебном процессе в дисциплинах цикла механизации процесса рыболовства при подготовке бакалавров и магистров по направлению рыболовства и инженеров по специальности «Промрыболовство», а также в ряде курсов по трибологии для подготовки специалистов общетехнических специальностей

Даны рекомендации для их использования в инженерных расчетах тяговых характеристик проектируемых фрикционных промысловых машин для обеспечения высокой надежности их работы

Апробация работы Основные материалы диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на Международной научной конференции «Инновация в науке и образовании-2005», посвященной 75-летию основания КГТУ и 750-летию Кенигсберга-Калининграда (Калининград, КГТУ, 2005г), Международной научно-технической конференции «Наука и образование-2006» (Мурманск, МГТУ, 2006г), межвузовской конференции аспирантов, соискателей и докторантов «Научно-технические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров» (Калининград, БГАРФ, 2006г), Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании-2006» (Калининград, КГТУ, 2006г), заседаниях и научных семинарах кафедры «Промышленное рыболовство» КГТУ

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения, списка использованных литературных источников

(93 наименования) , 2 приложений Общий объем работы 99 страниц (151 страница с учетом приложений), в том числе 31 рисунок, 39 таблиц

На защиту выносятся следующие основные положения диссертации, методика исследования статического коэффициента трения и коэффициента трения движения с применением лабораторной установки,

результаты экспериментальных работ по оценке статического коэффициента трения во фрикционных устройствах рыбопромысловых механизмов,

- результаты экспериментальных работ по оценке коэффициента трения движения во фрикционных устройствах рыбопромысловых механизмов,

- рекомендации по использованию полученных результатов

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведено обоснование актуальности и практической значимости темы диссертации, изложено современное состояние проблемы, которой посвящена работа

В первой главе дан анализ результатов выполненных ранее исследований процесса взаимодействия фрикционных рабочих органов промысловых машин с сетными деталями орудий рыболовства и, с целью выбора объекта исследования, проведены обзор и анализ конструкций рабочих органов рыбопромысловых машин

Расчет тяговых возможностей ФПМ с цилиндрической формой рабочего барабана проектировщики проводят, используя уравнение Л Эйлера

_ „на

, (1) где и -усилия на набегающей и сбегающей ветвях гибкой нити, Н, коэффициент трения, а - угол обхвата нитью барабана, радиан

Поскольку коэффициент ц входит в показатель степени основания натуральных логарифмов, то даже небольшие его колебания приводят к резким отклонениям вычисляемых по формуле Эйлера значений Э] и вг При оценке работоспособности ФПМ необходимо учитывать совокупное влияние на коэффициент трения различных факторов при различных граничных условиях их эксплуатации, приводящее к изменению коэффициента трения скольжения, уменьшению его стабильности

Исследованию процесса трения во фрикционных рыбопромысловых механизмах посвящены работы, проведенные Ю Б Барановым, С И Полуляком, В М Гиренко, П А Курапцевым, В М Кирилловым, М Я Гройсманом, В Б Кадниковым, М П Смотряевым, Я М Гукало и др В своих работах они опирались на молекулярно-механическую теорию трения И В Крагельского, согласно которой трение рассматривается как результат механического взаимодействия и взаимодействия молекулярных сил

Эти исследования являются базовыми в изучении явлений, сопровождающих взаимодействие орудий лова с рабочими поверхностями выборочных машин, и подтверждают, что решающим фактором полезной тяги выборочных устройств является сила трения между поверхностью

фрикционного барабана и сетематериапом орудия лова Однако указанные исследования не раскрыли всего многообразия явлений, имеющих место в сложной природе трения В частности, не учитываются все условия эксплуатации орудия рыболовства, например, присутствие влаги и биомассы на поверхностях рабочего органа промысловой машины и орудия лова, не установлены зависимости коэффициента трения от структуры, формы и материала элементов орудия лова, материала и шероховатости поверхности рабочего органа, а также от скоростных параметров рыбопромысловых машин

Во второй главе рассматривается эволюция процесса трения с позиций обобщенного термодинамического анализа (трибоэргодинамики) как дальнейшее развитие молекулярно-механических (двойственных) представлений о трении

Работа внешних сил на трение складывается из работы упругого (IV/) и пластического (иу) деформирования и разрушения контактных объемов и работы по преодолению сил вязкого трения и разрушения смазочного материала

(К.)

№Т - №Т + + (2)

Современная трибология, развивая двойственные (молекулярно-механические) представления о трении, применяет уравнение энергетического баланса трения, согласно которому коэффициент трения изменяется сложным образом в зависимости от внешних параметров процесса, что подтверждает сложную и противоречивую природу самого трения

N V N V

Здесь и 1 и скорость изменения скрытой энергии деформации контактных объемов трения и мощность теплового эффекта трения, N и V- нагрузка и скорость относительного движения поверхностей

Уравнение энергетического баланса трения отражает двойственную природу трения, которая включает конкуренцию двух противоположных процессов, обусловленных накоплением скрытой энергии дефектов и повреждений (деформационным упрочнением материала) за счет упруго-пластической деформации контактных объемов и высвобождением (рассеиванием) энергии в процессе трения Следовательно, коэффициент трения возможно оценивать на основе взаимной связи энергетического и деформационного состояния статического контакта

Преобразование уравнения (1) с учетом выражения (3), позволило нам получить новый вид уравнения Л Эйлера

2е. (4)

Соотношения между составляющими энергетического баланса £/, и 2 зависят от многих факторов физико-химических свойств материалов пары трения, их структуры, условий протекания процесса, вида трения [компонента \¥си в выражении (2)] Поэтому они (соотношения) могут быть разнообразными

^ = *

В соответствии с этими соотношениями будут изменяться и тяговые возможности фрикционных барабанов

Рассматривается структурно - энергетическая диаграмма трущихся поверхностей по С В Федорову (кривая трения), демонстрирующая закономерности трения (без смазки) и изменения коэффициента трения в зависимости от основных эксплуатационных параметров нагрузки (Л') и скорости (у) с учетом фактора окружающей среды Кривая трения (рис 1) отражает общие балансовые двойственные закономерности процесса и показывает, что начальные этапы процесса трения характеризуются ростом коэффициента трения [см выражение (3)], за счет роста накапливаемой энергии Лие, конечные этапы контролируются преимущественно составляющей баланса <2, что характеризует развитость процессов возврата накопленной энергии

Рис 1 Структурно-энергетическая диаграмма трущихся поверхностей по

С В Федорову

Диаграмма включает в себя статическое и установившееся трение движения, а также показывает наличие трения движения в статике Анализ структурно-энергетической диаграммы трущихся поверхностей позволяют сделать вывод, что в процессе работы трибосистемы, начиная от исходного этапа нагружения ее внешними силами, переходя через максимальное критическое состояние и заканчивая конечными этапами развитого (установившегося) трения скольжения, имеет место переход от одних состояний к другим Это является следствием смены общих закономерностей преобразования энергии внешнего механического воздействия при трении, определяемых уравнением энергетического баланса (3)

Однако, как видно на диаграмме трущихся поверхностей (см рис 1), точка максимума статического трения, в силу ее неопределенного состояния, может

одновременно принадлежать и минимуму динамического (по Л Эйлеру) трения в области статического трения, а также этот динамический минимум статики может принадлежать и области установившегося трения движения с его различной степенью развитости, особенно в зависимости от скорости скольжения (срыва) в реальных условиях эксплуатации Срыв трения, согласно идее предварительного смещения на контакте по А Верховскому, с учетом динамической задачи трения Л Эйлера, требует подробного исследования эффекта максимального статического трения

Предельное значение силы трения (/?с*г) на кривой статического трения (рис 2) на уровне одной нагрузки (ЛГ=5, +52) дает две величины трения одна -это трение статическое и определяемое статическим коэффициентом

трения (/¿ст)> а вторая - трение динамическое, соответствующее точке конца срыва трения ) и определяемое динамическим (по Л Эйлеру)

коэффициентом трения {/лкт) Если величины этих коэффициентов трения различаются между собой, то вопрос о постоянстве тяги на фрикционных устройствах становится неоднозначным

Рис 2 Зависимость от нагрузки N а) силы трения F, б) коэффициента трения /л

На основе вышесказанного, для изучения возможной эволюции коэффициента трения на различных режимах работы в статике (в области его максимума) и в кинематике (как динамический коэффициент трения в статике, так и собственно кинетический коэффициент трения при установившемся трении скольжения), а также для установления общих закономерностей изменения коэффициента трения в зависимости от состояния поверхностей рабочего органа ФПМ и сетного жгута (являющегося элементом орудия лова) и условий процесса выборки жгута, определены вышеуказанные задачи исследования

В третьей главе описана методика и порядок проведения исследований

Эксперименты проводили в статике, в кинематике и при установившемся движении

Для проведения исследований была спроектирована и изготовлена специальная установка, конструктивной базой которой послужила гидрологическая лебедка (см рис 3) В конструкцию установки дополнительно включили тихоходный (силовой) вал и, закрепленный на нем, стальной фрикционный барабан диаметром 130мм Установку смонтировали на

N

Ф

определенной высоте с помощью жесткой стальной рамы, обеспечив тем самым необходимый размер рабочего участка для того, чтобы зафиксировать путь (Ь), пройденный образцом за определенное время (/) Для получения экспериментальных значений времени перемещения ведомой ветви образца (/) применяли специальное электромеханическое устройство (счетчик-секундомер ССУ-М, оснащенный 2-мя фотоэлектрическими датчиками, позволяющими производить отсчет времени с дискретностью 0,01с) На рисунках 3 и 4 показаны схема и фотография лабораторной установки по определению статического коэффициента трения и коэффициента трения движения Груз устанавливался на специальной чашке с меткой (флажком) Когда гибкое тело под действием груза Б, начинало скользить по барабану (режим пробуксовки), флажок с грузом опускался вниз и, пересекая лучи датчиков Д, и Д2, запускал и останавливал секундомер, на табло которого отображалось время (с) пробега

Рис 3 Схема лабораторной установки для определения коэффициентов трения 1- фрикционный барабан, 2- сетной образец, 3- метка (флажок), Д, и Д2- фотоэлектрические датчики, ССУ-М - счетчик-секундомер, грузы

Использовали схему ступенчатого нагружения одной ветви образца на цилиндрическом барабане до момента потери им устойчивости на поверхности трения

Статический коэффициент трения рассчитывался по выражению

„ Л = ^ (5)

ш N' S, + S2

Здесь F^ и N' максимальная сила статического трения и соответствующая ей

нагрузка на фрикционный барабан

Для определения коэффициента трения движения (цш„) использовалась

идея Л Эйлера по измерению коэффициента динамического трения по методу

наклонной плоскости в рамках его уравнения

21 гьл

Мт = М„ —j---(6)

gt eos а

где L- путь, который проходит образец после начала движения (преодоление статического трения), г - время движения образца, а- угол наклона плоскости к горизонтали, g ускорение при свободном падении

Совмещая данные статического и кинетического экспериментов в единый эксперимент, приняв для цилиндрического барабана и образца угол а= О (cosa = I), измеряя путь (в экспериментах L 600 мм) и Время движения образца (дели) после потери им устойчивости на барабане, коэффициент треяия движения рассчитывали по следующему выражению:

Рис 4. Фотография лабораторной установки для определения коэффициентов трения; I- гидрологическая лебедка, 2- фрикционный барабан; 3- вал; 4- сетной образец; 5- рама, 6- счётчик-секундомер; 7- датчик; 8- метка (флажок); 9-датчик; ¡0, I [-грузы

При проведении поисковых экспериментов по оценке влияния окружной скорости натурного фрикционного барабана на величину установившегося трения движения, сила сопротивления образца движущегося по барабану оценивалась путем непосредственного измерения ее на набегающей ветви при помощи динамометра, зафиксированного на фундаменте Сетной образец накладывался на цилиндрическую поверхность втулки профильного барабана, ©дин конец дели соединяли с динамометром, другой загружали грузом, вес которого был равен весу динамометра (рис 5). Ступенчато изменялась частота Вращения профильного барабана (окружная скорость).

Рис 5 Подвесной неводовыборочиый блок фирмы "Marco" 1 - динамометр, 2 -сстной образец, 3 - профильный барабан, 4 - груз

Коэффициент установившегося трения движения рассчитывался по равенству

где F„OKduH - показание динамометра, Ndc, - вес дели, N¿„„ - вес динамометра, NíPy3 ~ вес груза

В качестве объектов исследования использовались образцы мерной длины, изготовленные из материалов, наиболее часто применяемых в современном промышленном рыболовстве дель полиамидная узловая, дель полиамидная узловая латексированная, дель безузловая и мононить Эксперименты проводили для чистых сухих образцов, мокрых (влажных) и влажных с добавками рыбной биомассы

Поставлены три серии экспериментальных исследований коэффициентов статического трения, трения движения для статической задачи и кинетического трения жгута дели на цилиндрической поверхности стального и стального обрезиненного барабанов с углом обхвата 180°

Первая серия экспериментов была проведена на жестко закрепленном стальном барабане

а) со следами коррозии (ржавчины) на поверхности (шероховатость поверхности Ra ~ 6,3 мкм),

б) с рабочей поверхностью, зачищенной абразивной шкуркой (Ra = 3,2 мкм) Вторая серия экспериментов проводилась на том же только обрезиненном

барабане и на натурном обрезиненном барабане фирмы «Marco»

В третьей серии выполнены поисковые эксперименты на натурном обрезиненном барабане фирмы «Marco» по оценке влияния окружной скорости барабана на величину установившегося трения движения

Каждый эксперимент проводился не менее пяти раз С целью оценки точности измерений, применяя закон распределения Стьюдеита и используя пакет Mathcad, производился компьютерный расчет доверительных интервалов для полученных результатов с доверительной вероятностью Яс =0,95, при этом погрешность измерений составила в среднем 5%

Четвертая глава посвящена анализу результатов экспериментального исследования закономерности трения образцов сетематериалов по стальной и обрезиненной поверхности фрикционного барабана с учетом взаимосвязи статического трения и трения движения в рамках диаграммы трущихся поверхностей с учетом факторов окружающей среды

Полученные экспериментальные данные приведены в табличной форме и помещены в приложениях к работе Кроме того, в таблицах для сравнения указаны значения коэффициентов статического и кинетического (динамического по Эйлеру) трения, рассчитанные по формуле JI Эйлера Экспериментальные значения статического (ц^) и кинетического (//„,„) коэффициентов трения жгутов дели в зависимости от различных факторов, при переходе от статического трения к кинетическому, приведены в таблице 1

Для совместной оценки полученных результатов построены графики, демонстрирующие закономерности изменения численных значений

коэффициента трения в окрестности максимума статического трения для различных фрикционных пар и условий

Таблица 1

Значения максимального статического (мт) и кинетического коэффициентов трения в зависимости от материала трущихся пар и состояния

дели

Значение статического (/) и кинетического

Материал трущейся пары (Ма,,) коэффициентов трения в зависимости от состояния дели

Поверх- Мокрая с

ность Сухая Мокрая рыбной

Жгут дели фрикци- биомассой

онного

барабана Ист

полиамидная узловая 0,26 0,26 0,45 0,41 0,44 0,41

(а=18 мм) СТАЛЬ

полиамидная узловая 0,26 0,26 0,50 0,47 0,47 0,45

(а=65 мм)

полиамидная 0,29 0,29 0,54 0,42 X X X X

латексированная

узловая (а=30 мм)

мононить (а=20мм) 0,26 0,26 0,16 0,16 X X X X

полиамидная узловая 0,64 X 0,91 0,50 0,94 0,87

(а=18 мм) РЕЗИНА

полиамидная узловая 0,74 X 0,91 0,30 0,94 0,93

(а=65 мм)

полиамидная 0,63 X 0,91 0,30 X X X X

латексированная

узловая (а=30 мм)

мононить (а=20мм) 0,66 X 0,90 0,45 X X X X

х - значения не определены по причине «нагревания» резины и затруднения движения образца по барабану,

х х - значения не определены по причине прилипания образца (результат действия клеящих ферментов рыбной биомассы) и затруднения его движения по барабану

Выявлены нижеследующие эффекты в точке максимума статического трения

ЭФФЕКТ ПОТЕРИ ТЯГИ В ТОЧКЕ МАКСИМУМА СТАТИЧЕСКОГО ТРЕНИЯ

1 Наибольшей величиной коэффициента статического трения в условиях сухого трения обладают исследованные сетные образцы на обрезиненном барабане, что собственно характеризует обрезиненные барабаны как наиболее благоприятные для обеспечения тяги

2 Статический коэффициент трения, полученный в эксперименте со смоченными образцами, значительно выше (почти в полтора раза) коэффициента статического трения для сухих образцов, что закономерно отражает факт возрастания трения за счет молекулярных сил трения пленки воды

3 Кинетические коэффициенты трения, полученные для статической задачи в условиях сухого трения, незначительно (в пределах точности их измерения) отличаются от максимальных статических

4 Эксперимент со смоченными образцами на обрезиненном барабане показал значительное (в 1,5-3 раза) уменьшение величины кинетического коэффициента трения по отношению к максимальному статическому (рис 6) Для стального барабана указанное падение коэффициента трения менее значительно (в пределах точности измерения)

N,11

Рис 6 Закономерности изменения численных значений коэффициента трения на обрезиненном барабане в окрестности максимума статического трения з и - максимальные значения коэффициентов

статического трения и значения коэффициентов трения движения для мокрых образцов с рыбной биомассой, для мокрых образцов и для сухих образцов соответственно

ВЛИЯНИЕ РЕАЛЬНОЙ ДУГИ СКОЛЬЖЕНИЯ НА ВЕЛИЧИНУ КОЭФФИЦИЕНТА СТАТИЧЕСКОГО ТРЕНИЯ

Полученные экспериментальные результаты позволили сопоставить величины коэффициентов трения, определенные по выражению (5) и рассчитанные по уравнению Л Эйлера для случая трения жесткой нити по поверхности цилиндра

(9)

где //,- соответствует коэффициенту трения, вычисленному по уравнению Эйлера (1) через параметры S„ S2 и угол обхвата, величина которого равна 180', а, =180°

Все величины коэффициента трения fit (для пар стальной барабан -образец), вычисленные по уравнению (9), оказались значительно ниже экспериментальных значений коэффициентов трения (ftг)

Данный факт подтверждает роль реальной дуги скольжения (с углом а2), которая значительно меньше дуги обхвата (с углом а,) Проведенный расчет реальной дуги скольжения (а2) по соотношению

Hi а\=Нг а2 (,0)

или

= (П)

Hi

для всех исследованных образцов показал величину р равную в среднем 0,66

Таким образом, знание реальной дуги скольжения (а2) в эксперименте и на практике при дуге обхвата стального барабана ветвями дели а, =180° позволяет (учитывая, чтоа2 = 0,66 а,), используя уравнение Л Эйлера (9) и равенство (10), определить реальный статический коэффициент трения

ЭФФЕКТ МОЛЕКУЛЯРНОГО ТРЕНИЯ ПРИ ТРЕНИИ СМОЧЕННЫХ ОБРАЗЦОВ И СМОЧЕННЫХ ОБРАЗЦОВ С ДОБАВКАМИ РЫБНОЙ БИОМАССЫ

Сравнение экспериментальных данных по трению жгутов дели на стальном барабане показало возрастание в среднем в 1,7 раза коэффициента максимального статического трения смоченных образцов ( Нем же) п0 отношению к сухим, что закономерно отражает факт возрастания трения за счет молекулярных сил трения (прилипания) пленки воды Поскольку величины реальных дуг скольжения в этих экспериментах сравнимы между собой и практически не отличались от средней величины 0,66 аи то величина молекулярной составляющей коэффициента трения juM0,, здесь может оцениваться по соотношению

Не« т = + HMQ„ = 1,7Нш, (12)

16

или

f><„ = 0,7Л

(13)

где /jvex - механическая составляющая коэффициента трения, равная среднему значению коэффициента максимального статического трения, полученного в экспериментах с сухими образцами [см выражение (5), ft М1Х]

Появление на поверхностях сетных образцов следов биомассы раздавленной рыбы увеличивает коэффициент статического трения по сравнению с мокрыми условиями трения Наиболее характерно влияние биомассы наблюдается на трении полосок из сетематериалов, где коэффициент статического трения возрастает в 1,15 раза, т е

MSuo = 1,15//cv 3^=1,15(1,7/^^) = 1,96(14)

ЭФФЕКТ УВЕЛИЧЕНИЯ ДУГИ ОБХВАТА ПРИ ТРЕНИИ СМОЧЕННЫХ ОБРАЗЦОВ С РЫБНОЙ БИОМАССОЙ

Ряд экспериментальных данных по трению влажных образцов материалов дели на обрезиненном барабане демонстрировал значительное возрастание коэффициента статического трения, рассчитанного по уравнению Л Эйлера (9) Смоченные образцы жгутов дели с добавками рыбной биомассы показывают аналогичные результаты

Данный факт возможно трактовать эффектом увеличения дуги обхвата фрикционного барабана ветвями сетного образца Например, для влажного жгута дели среднее увеличение коэффициента трения в 1,06 раз приводит, соответственно, к увеличению исходной дуги обхвата (180°) до величины 190° При наличии рыбной биомассы на влажных образцах дуга обхвата возрастает в 1,16-1,18 раз и фактически составляет 209°-212° Увеличение дуги обхвата объясняет эксплуатационный факт заброса жгута дели (на ведомой ветви) под фрикционный барабан

ВЛИЯНИЕ ОКРУЖНОЙ СКОРОСТИ ФРИКЦИОННОГО БАРАБАНА НА ВЕЛИЧИНУ КИНЕТИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ

Результаты полученных значений коэффициентов трения движения в зависимости от скоростного режима (в диапазоне 0,25-0,65 м/с) группируются в области повышенных значений с величиной около двух (см рис 7)

Сопоставление результатов кинетического трения (см рис 7) с данными статического эксперимента, когда можно принять V = О (см рис 6), позволяют представить общий вид закономерностей изменения коэффициента трения Общий вид объединенной кривой трения (см рис 8) показывает ее схожесть со структурно-энергетической диаграммой трущихся поверхностей (см рис 1), что дополнительно подтверждает адекватность исходной модели трения, а также определяет общие закономерности эволюции коэффициента трения во фрикционных механизмах при развитии процесса скольжения (при переменной скорости)

У.м/с

Рис 7 Влияние окружной скорости барабана на величину кинетического коэффициента трения различных образцов жгутов дели

2

м

и

1

05

Рис 8 Совмещение результатов экспериментов по определению статического и кинетического коэффициентов трения

У, м/с

В конце главы сформулированы рекомендации по практическому использованию результатов исследований

1 Необходимо формирование запаса тяги (АГ5СТ), используя заниженные величины коэффициента максимального статического трения (см рис 9)

2 Учитывая факты роста коэффициента статического трения при наличии влаги и биомассы, что практически всегда являются факторами, сопутствующими выборке жгута дели, величину запаса тяги целесообразно выбирать на уровне максимального статического трения, определенного для сухих условий трения

3 Наличие факта периодического срыва коэффициента статического трения в точке его максимума до уровня динамического коэффициента в статике (,икин), способного значительно снижать тягу на оптимальных парах трения с обрезиненными фрикционными барабанами, обуславливает необходимость добавочно использовать к поверхностным силам тяги и силы объемные (сжимающие)

4 На основе анализа конструкций современных типов фрикционных барабанов, возможна их классификация по уровню реализуемой тяги барабаны гладкие, заклинивающие, оребренные и с объемными силами сжатия, управляемыми по дуге захвата Наиболее эффективными следует признать конструкции фрикционных барабанов, использующих объемные силы сжатия и действующих по принципу принудительного и управляемого секторального (в пределах реальной дуги скольжения) захвата орудия лова (жгута дели) Данная конструкция в отличие от других способна исключить эффект потери тяги в точке ее срыва при максимуме статического трения

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 С позиций структурно-энергетической интерпретации внешнего трения, рассмотрена модель эволюции коэффициента трения в области максимума статического трения для тяговых фрикционных устройств рыбопромысловых

механизмов Эта модель учитывает дуализм изменения (возрастания и падения) коэффициента статического трения в зависимости от преобладающих на контакте деформационно-энергетических тенденций, контролирующих процесс трения, с учетом фактора окружающей среды

2 Показано, что в рамках структурно-энергетической диаграммы трения, точка предельного максимума статического коэффициента трения характеризует принцип неопределенности величины коэффициента трения в условиях срыва максимального трения, что приводит к нестабильности статического трения (при одной нагрузке) в диапазоне от максимума до минимума динамического (по JT Эйлеру) коэффициента статического трения, и далее вплоть до области установившегося (кинетического) трения скольжения

3 По методу ступенчатого нагружения образцов жгута дели на цилиндрическом (стальном и обрезиненном) фрикционном барабане произведена сравнительная количественная оценка величины максимального статического коэффициента трения для реальных условий эксплуатации пар трения - сухих, смоченных (соответствующих условиям подсушки жгута дели) и загрязненных рыбной биомассой Показано, что наибольшей величиной коэффициента статического трения в условиях сухого трения обладают исследованные образцы на обрезиненном барабане, что собственно, характеризует обрезиненные барабаны как наиболее благоприятные для обеспечения тяги Статический коэффициент трения в эксперименте со смоченными образцами значительно выше (почти в полтора раза) коэффициента статического трения при сухом трении, что закономерно отражает факт возрастания трения за счет молекулярных сил трения пленки воды

4 По методу JI Эйлера определения динамического коэффициента трения в условиях срыва максимального статического трения, на цилиндрическом фрикционном барабане, произведена сравнительная оценка величины коэффициента трения для различных материалов жгута дели для реальных условий эксплуатации - сухие, смоченные (состояние подсушки) и загрязненные рыбной биомассой Показано, что динамические коэффициенты трения, полученные для статической задачи в условиях сухого трения, незначительно (в пределах точности их измерения) отличаются от статических Для условий эксперимента со смоченными образцами для обрезиненного барабана имеет место значительное (1,5 - 3 раза) уменьшение величины динамического коэффициента трения по отношению к статическому Для стального барабана указанное падение коэффициента трения менее значительно (в пределах точности измерения)

5 Факт значительного падения силы трения для обрезиненного барабана в условиях максимального статического трения для условий его эксплуатации (смоченный жгут дели) требует обеспечения запаса устойчивости тяги

^Fycm ~ F*m ~ Fраб путем ограничения величины предельной рабочей тяги

Fpa6 < Km (СМ РИС 9)

6 Произведена экспериментально - расчетная оценка влияния реальной дуги скольжения (для эксплуатационной дуги а = 180°) на величину коэффициента статического трения Установлено для всех исследуемых образцов материалов жгута дели и условий эксперимента на стальном барабане

дуга скольжения составляет величину, равную 0,66а, (а, =180") Данный результат позволяет производить оценку реального коэффициента трения, используя уравнение Л Эйлера, для случая трения жгута дели по поверхности цилиндрического стального фрикционного барабана при угле обхвата в 180

7 На основании выполненных экспериментов по определению статического коэффициента трения для условий подсушки жгута дели и загрязненного рыбной биомассой получены расчетные величины реальных углов обхвата на обрезиненном барабане, учитывающие эффект их возрастания за счет действия молекулярных сил влаги (до величины 190°) и биомассы (до величин 209°-212°) при эксплуатационном угле обхвата 180°

8 Принципиальное решение проблемы срыва коэффициента трения во фрикционных тяговых устройствах рыбопромысловых механизмов, возможно путем создания конструкций фрикционных барабанов использующих объемные силы сжатия и действующих по принципу принудительного и управляемого секторного (в пределах реальной дуги скольжения) захвата выборного органа (жгута дели) Данная конструкция в отличие от других способна исключить эффект потери тяги в точке ее срыва при максимуме статического трения и позволит повысить эффективность тяговых способностей ФПМ

9 Разработаны оригинальные методики исследования эволюции статического трения (полной кривой статического трения) с учетом дуализма изменения коэффициента трения (возрастания и падения) В основу методик положен принцип наклонной плоскости определения, как максимального статического трения, так и динамического трения (по Л Эйлеру) или трения движения в статике

10 Для широкого диапазона условий, характерных для эксплуатации орудий лова и фрикционных органов промысловых машин, впервые получены численные значения коэффициентов статического трения (/ie„) и трения движения для статической задачи (цтн) в зависимости от различных факторов, которые приведены в таблице 1 Эти результаты рекомендуется использовать в инженерных расчетах тяговых характеристик проектируемых фрикционных промысловых машин

11 Выработаны рекомендации по практическому использованию результатов исследований

- необходимо формировать запас тяги (AFycT), применяя заниженные величины коэффициента статического трения (см рис 9),

- учитывая, что наличие влаги и биомассы при выборке жгута дели повышает коэффициент статического трения, целесообразно выбирать величину запаса тяги на уровне максимального статического трения, определенного для сухих условий трения,

- факт значительного периодического срыва коэффициента статического трения в точке его максимального значения до уровня динамического коэффициента в статике на обрезиненных фрикционных барабанах, способного значительно снижать тягу, обуславливает необходимость добавочно использовать к поверхностным силам тяги и силы объемные (сжимающие),

- анализ конструкций современных типов фрикционных барабанов, позволяет их классифицировать по уровню реализуемой тяги барабаны гладкие,

заклинивающие, оребренные и с объемными силами сжатия, управляемыми по дуге захвата Наиболее эффективными следует признать конструкции фрикционных барабанов, использующих объемные силы сжатия и действующих по принципу принудительного и управляемого секторального (в пределах реальной дуги скольжения) захвата орудия лова (жгута дели) Данная конструкция в отличие от других способна исключить эффект потери тяги в точке ее срыва при максимуме статического трения

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1 Зеброва, Е М Принцип ограничения максимального трения во фрикционных тяговых устройствах рыбопромысловых судов / С В Федоров, А В Суконнов, Е М Зеброва, А О Сапленков, А А Прохорчик // Сб науч тр «Промышленное рыболовство» Междунар научн конф «Инновация в науке и образовании-2005», посвящ 75-летию основания КГТУ и 750-летию Кенигсберга-Калининграда и 90-летию кафедры промышленного рыболовства, Калининград, 19-21 октября 2005 г / КГТУ - Калининград, 2005 -с 165-173

2 Зеброва, Е М Эффект потери тяги в точке максимума статического трения фрикционных устройств рыбопромысловых лебедок / С В Федоров, Е М Зеброва, А О Сапленков, А А Прохорчик // Труды Междунар научн конф «Инновация в науке и образовании-2005», посвящ 75-летию основания КГТУ и 750-летию Кенигсберга-Калининграда, Калининград, 19-21 октября 2005 г / КГТУ - Калининград, 2005 -ч I - с 314-316

3 Зеброва, Е М Влияние реальной дуги скольжения на величину коэффициента статического трения во фрикционных устройствах рыбопромысловых судов / С В Федоров, Е М Зеброва // Труды Междунар научно-техн конф «Наука и образование-2006», Мурманск, 04-12 апреля 2006г/ МГТУ - Мурманск, 2006 - с 1140 - 1142

4 Зеброва, Е М Эффекты максимума статического трения фрикционных органов рыбопромысловых механизмов / С В Федоров, Е М Зеброва //Научный журнал «Известия КГТУ» / КГТУ - Калининград, 2006 -№10 - с 181-185

5 Зеброва, Е М Исследование коэффициента трения скольжения жгута дели во фрикционных устройствах рыбопромысловых механизмов / С В Федоров, Е М Зеброва, А В Суконнов // Труды IV Междунар научн конф «Инновация в науке и образовании-2006», Калининград, 18-20 октября 2006г / КГТУ -Калининград, 2006 -ч I -с 200-202

6 Зеброва, Е М Эффекты трения, выявленные при анализе максимального статического трения жгута дели на поверхностях фрикционных рабочих органов промысловых механизмов / С В Федоров, Е М Зеброва // Материалы VIII межвузовской научно-технич конф аспирантов и соискателей «Научно-технические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров», Калининград, 20-21 апреля 2006г / БГАРФ - Калининград, 2006 - с 175 - 180

7 Зеброва, Е М Эксперимент по определению коэффициента трения скольжения во фрикционных устройствах рыбопромысловых механизмов / С В Федоров, Е М Зеброва, А В Суконнов // Научный журнал «Известия КГТУ» / КГТУ - Калининград, 2007 - № 11- с 73-76

8 Зеброва, Е М Состояние статического трения жгута дели во фрикционных рабочих органах рыбопромысловых механизмов/ С В Федоров, Е М Зеброва //Научный журнал «Рыбное хозяйство» / 2007 - находится в печати

Заказ № £0 Тираж 100 экз Отпечатано КГТУ, УОП Калининград, Советский проспект, 1

Введение.

Глава 1. Анализ результатов исследований процесса взаимодействия рабочих органов промысловых машин с сетными деталями орудий рыболовства.

1.1. Обзор проведённых ранее специальных исследований по трению во фрикционных органах промысловых механизмов.

1.2. Обзор и анализ конструкций рабочих органов рыбопромысловых машин.

1.3. Выводы.

Глава 2. Анализ современного состояния исследований процесса трения на основе обобщенной энергетической модели трения.

2.1. Структурно-энергетическая диаграмма трущихся поверхностей.

2.2. Структурно-энергетическая интерпретация статического трения скольжения.

2.3. Подход к проблеме трения во фрикционных органах рыбопромысловых механизмов.

2.4. Выводы.

2.5. Постановка задач исследований.

Глава 3. Разработка методики исследований. Порядок их проведения.

3.1. Разработка экспериментальной лабораторной установки.

3.1.1. Приборы и оборудование.

3.2. Методика проведения экспериментов по определению статического коэффициента трения на лабораторной установке.

3.3. Методика проведения экспериментов по определению кинетического коэффициента трения на лабораторной установке.

3.4. Методика проведения экспериментов по оценке влияния окружной скорости натурного фрикционного барабана на величину кинетического трения.

3.5. Отбор образов.

3.6. Условия проведения экспериментальных исследований.

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований.

4.1. Результаты экспериментальных исследований по оценке статического коэффициента трения на лабораторной установке.

4.1.1. Экспериментальное исследование трения на стальном барабане.

4.1.1.1. Стальной барабан со следами атмосферной коррозии - сухие образцы.

4.1.1.2. Стальной барабан, зачищенный (абразивной шкуркой) - сухие образцы.

4.1.1.3. Стальной барабан, зачищенный - мокрые образцы.

4.1.1.4. Стальной барабан, зачищенный - мокрые образцы и рыбная биомасса.

4.1.1.5. Обсуждение результатов экспериментов по определению статического коэффициента трения (/ист) на стальном барабане.

4.1.1.6. Оценка точности экспериментальных данных.

4.1.2. Экспериментальное исследование трения на стальном обрезиненном барабане.

4.1.2.1. Стальной обрезиненный барабан - сухие образцы.

4.1.2.2. Стальной обрезиненный барабан - мокрые образцы.

4.1.2.3. Стальной обрезиненный барабан - мокрые образцы и рыбная биомасса.

4.1.2.4. Обсуждение результатов экспериментов по определению статического коэффициента трения (мст) на стальном обрезиненном барабане.

4.2. Экспериментальные результаты по оценке кинетического коэффициента трения на лабораторной установке.

4.2.1. Экспериментальное исследование на стальном барабане.

4.2.1.1. Стальной зачищенный барабан - сухие образцы.

4.2.1.2. Стальной зачищенный барабан - мокрые образцы.

4.2.1.3. Стальной зачищенный барабан - мокрые образцы и рыбная биомасса.

4.2.1.4. Обсуждение результатов экспериментов по определению статического коэффициента трения (/лст) и кинетического коэффициента трения (Мкии)на стальном зачищенном барабане.

4.2.2. Экспериментальное исследование на стальном обрезиненном барабане.

4.2.2.1. Стальной обрезиненный барабан - мокрые образцы.

4.2.2.2. Стальной обрезиненный барабан - мокрые образцы и рыбная биомасса.

4.2.2.3. Обсуждение результатов экспериментов по определению статического коэффициента трения (/О и кинетического коэффициента трения (/О.

4.3. Эксперименты по оценке влияния окружной скорости натурного подвесного неводовыборочного профильного блока фирмы «Marco» на величину кинетического трения.

Современная концепция развития промышленного рыболовства не мыслима без совершенствования средств механизации, т.к. большинство промысловых операций трудоемки и небезопасны. Промысловые комплексы имеют в своем составе рабочие тяговые органы, которые контактируют с элементами орудий лова. Их можно разделить на две группы: фрикционные (более 60% всех рабочих органов) и навивные. И те, и другие преобразуют вращательное движение привода в поступательное движение орудия лова. В настоящее время наиболее широко применяют фрикционные промысловые машины (ФПМ), принцип действия которых основан на использовании фрикционного сцепления их рабочих органов с сетным полотном выбираемых орудий лова. Основным преимуществом таких машин является возможность быстрой и непрерывной выборки орудия лова при относительной малогабаритности и небольшом весе самих машин, что очень важно в судовых условиях. Конструкция ФПМ должна обеспечить на поверхности контакта фрикционного барабана (шкива) и орудия лова (сетного жгута) силу трения, достаточную по величине для того, чтобы выборка жгута проходила без буксования при минимальном его износе.

Многолетний опыт эксплуатации ФПМ показал, что процесс выборки в условиях промысла происходит прерывисто, часто происходит проскальзывание сетного жгута по барабану и стравливание орудия лова с рабочего органа выборочной машины. Следствием проскальзывания является потеря тягового усилия рыбопромысловых машин и резкий износ сетного полотна (дели) и поверхности барабана [65, 66]. Пробуксовка сетного жгута относительно рабочего органа машины связана с падением коэффициента трения.

Существующие методы и формулы для расчета тяговых усилий фрикционных барабанов основаны на уравнении Л. Эйлера и отличаются друг от друга различными методами определения коэффициентов трения на поверхности фрикционного барабана.

Исследованию процесса трения во фрикционных рыбопромысловых механизмах посвящены работы, проведенные Ю.Б.Барановым [3, 4], С.И.Полуляком [50, 65],

В.М.Гиренко [20, 21], П.А.Курапцевым [36, 37], В.М.Кирилловым [28], МЛ.Гройсманом [66], Я.М.Гукало [60] и др. Несмотря на большое количество проведенных исследований, процесс трения сетных жгутов о поверхность тягового органа изучен недостаточно. Так, не установлены зависимости значения коэффициента трения от состояния поверхностей рабочего органа ФПМ и орудия рыболовства (наличие влаги и биомассы), структуры и материала элементов орудия лова, шероховатости поверхности рабочего органа, природы материала поверхности орудия лова, условий, при которых осуществляется выборка жгута и др. Поэтому во многих расчетах ФПМ с применением формулы Л.Эйлера до настоящего времени пользуются значениями коэффициентов трения, зависящими только от природы трущихся тел и не зависящими от других факторов. В результате фактическое тяговое усилие промысловой машины оказывается не соответствующим проектному значению. Следовательно, важнейшей проблемой при проектировании ФМП является отсутствие корректных сведений о зависимости коэффициента трения от различных факторов реальных условий эксплуатации орудий лова.

Актуальность предпринятых исследований определяется необходимостью совершенствовать методику проектирования рабочих органов промысловых машин в направлениях снижения энергозатрат при их эксплуатации и снижения механического износа деталей орудий рыболовства.

Целью настоящих исследований является изучение возможной эволюции трения (коэффициента трения) в условиях классической Эйлеровой модели определения трения для выбранных объектов исследования и установление зависимостей значений коэффициента трения от состояния поверхностей рабочего органа и сетного жгута, являющегося элементом орудия лова, и условий процесса выборки жгута.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

- выполнена оценка современного состояния исследований процесса трения во фрикционных устройствах на базе обобщенной структурно-энергетической диаграммы трущихся поверхностей;

- выполнен анализ обобщённой эволюции трения на различных режимах движения (в статике и в кинематике) применительно к выбранным объектам исследования;

- определены численные значения статических коэффициентов трения и коэффициентов трения движения с учетом ряда факторов реальных условий эксплуатации.

Научная новизна работы заключается в установлении для фрикционных органов промысловых механизмов общих закономерностей изменения численных значений коэффициентов трения в зависимости от условий и режима их эксплуатации.

В диссертации впервые получены следующие научные результаты:

1. Показано, что точка максимального статического трения (в рамках структурно-энергетической диаграммы трения) характеризует принцип неопределённости величины коэффициента трения в условиях срыва максимального трения, приводящий к нестабильности статического трения при одной нагрузке.

2. Получены и исследованы численные значения коэффициентов статического трения в зависимости от различных факторов реальных условий эксплуатации орудий лова и фрикционных органов промысловых машин.

3. Получены и исследованы численные значения коэффициентов трения движения в зависимости от различных факторов реальных условий эксплуатации орудий лова и фрикционных органов промысловых машин.

Практическая ценность заключается в возможности использования полученных в диссертации результатов для совершенствования инженерных расчетов при проектировании фрикционных промысловых машин. К таким результатам следует отнести численные значения коэффициентов трения в зависимости от следующих факторов:

- состояния орудия лова (сухое, мокрое и влажное с рыбной биомассой);

- материала поверхности рабочего органа (резина, сталь);

- шероховатости поверхности рабочего органа (барабан стальной со следами коррозии; барабан стальной, зачищенный абразивной шкуркой и барабан стальной обрезиненный);

- формы (жгуты и полоски), структуры и материалов элементов орудия лова (сетное полотно - узловое с разными размерами ячеи, узловое латексированное, безузловое, мононить);

- реальной дуги скольжения при угле обхвата а =180°;

- скоростных параметров ФМП.

Для различных условий трения (сухого, смоченных образцов, смоченных образцов с добавками биомассы раздавленной рыбы) разработана оригинальная методика определения коэффициента статического трения в точке его максимального значения с учетом срыва трения до состояния динамического (по Эйлеру) трения.

Разработана методика определения величин кинетического коэффициента трения при переменных скоростях на натурном подвесном неводовыборочном профильном блоке фирмы «Marco».

Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на: Международной научной конференции «Инновация в науке и образовании-2005», посвященной 75-летию основания КГТУ и 750-летию Кенигсберга-Калининграда (Калининград, КГТУ, 2005г.); Международной научно-технической конференции «Наука и образование-2006» (Мурманск, МГТУ, 2006г.); межвузовской конференции аспирантов, соискателей и докторантов «Научно-технические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров» (Калининград, БГАРФ, 2006г.); Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании-2006» (Калининград, КГТУ, 2006г.); заседаниях и научных семинарах кафедры «Промышленное рыболовство» КГТУ.

Использование результатов. Основные результаты выполненных исследований используются в учебном процессе в дисциплинах цикла механизации процесса рыболовства при подготовке бакалавров и магистров по направлению рыболовства и инженеров по специальности «Промрыболовство», а также в ряде курсов по трибологии для специалистов общетехнических специальностей.

Даны рекомендации для их использования в инженерных расчетах тяговых характеристик проектируемых фрикционных промысловых машин для обеспечения высокой надежности их работы.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов и двух приложений. Общий объем работы 99 страниц (151 страница с учётом приложений), в том числе 31 рисунок, 39 таблиц. Библиографический список использованной литературы состоит из 93 наименований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

В результате проведения постановочных экспериментов по определению коэффициента трения можно сделать следующие выводы.

1. Для широкого диапазона условий, характерных для эксплуатации орудий лова и фрикционных органов промысловых машин, получены численные значения коэффициентов статического (//ст) и кинетического (мти) трения в зависимости от различных факторов, при переходе от статического трения к кинетическому, которые приведены в таблице 1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая научная работа посвящена исследованию зависимости коэффициента трения от факторов, которые ранее в инженерных расчетах ФПМ не учитывались.

В результате проведения исследований решены поставленные задачи, что даёт возможность использовать полученные в диссертации результаты для совершенствования инженерных расчетов при проектировании фрикционных промысловых машин. Точное знание численного значения коэффициента трения и его изменения в процессе эксплуатации орудия лова позволит успешно производить расчет ФПМ. Кроме того, проектировщикам ФПМ следует учитывать нижеследующие рекомендации.

1. Необходимо формировать запас тяги (Д^Д используя заниженные величины коэффициента максимального статического трения (см. рис.4.8).

2. Учитывая факты роста коэффициента статического трения при наличии влаги и биомассы, что практически всегда являются факторами, сопутствующими выборке жгута дели, величину запаса тяги целесообразно выбирать на уровне максимального статического трения, определённого для сухих условий трения.

3. Наличие факта периодического срыва коэффициента статического трения в точке его максимума ист) до уровня динамического коэффициента в статике (цшн), способного значительно снижать тягу на оптимальных парах трения с обрезиненными фрикционными барабанами, обуславливает необходимость добавочно использовать к поверхностным силам тяги и силы объёмные (сжимающие).

4. На основе анализа конструкций современных типов фрикционных барабанов, возможна их классификация по уровню реализуемой тяги: барабаны гладкие, заклинивающие, оребрённые и с объёмными силами сжатия, управляемыми по дуге захвата. Наиболее эффективными следует признать конструкции фрикционных барабанов, использующих объёмные силы сжатия и действующих по принципу принудительного и управляемого секторального (в пределах реальной дуги скольжения) захвата орудия лова (жгута дели). Данная конструкция в отличие от других способна исключить эффект потери тяги в точке её срыва при максимуме статического трения.

Кроме этого, целесообразно продолжить экспериментальные работы по трению жгута дели и исследовать зависимость тягового усилия и коэффициента трения от скоростных параметров ФПМ и от угла обхвата жгутом барабана.

Рекомендуется провести натурные эксперименты по определению коэффициента трения максимально приближенные к реальным условиям эксплуатации с соответствующими нагрузками и материалами.

1. Андреев H.H. Проектирование кошельковых неводов.- М.: Пищевая промышленность, 1970.- 278с.

2. Баранов Ф.И. Техника промышленного рыболовства.- М.: Пищепромиздат, 1960.-696с.

3. Баранов Ю.Б. О методе расчета тяги фрикционных машин в рыбной промышленности. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н.-Калининград, 1962.

4. Баранов Ю.Б. О тяге фрикционных выборочных машин. Труды НИКИМРП -ВНИРО, т.1,Вып 1, JL: 1959.

5. Батурин В., Балдунчикс Ю., Справочник по сетеснастным материалам, промысловому снаряжению и эксплуатации промысловых судов. Научно-техническая коммерческая фирма «Экобалтика», Рига, 2000,381с.

6. Белый В.А., Свиридёнок А.И., Петроковец М.И. и др. Трение полимеров.- М.: Наука, 1972.- 202с.

7. Бершадский Л.И. Структурная термодинамика трибосистем,- Киев: Общ. Знание, 1990.-31с.

8. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твёрдых тел.- М.: Машиностроение, 1968.- 543с.

9. Браун Э.Д., Евдокимов Ю.А., Чичинадзе A.B. Моделирование трения и изнашивания в машинах. М.: Машиностроение, 1982. - 191с.

10. Великанов Н.Л. Выбор основных параметров при проектировании кошельковых неводов / НЛ.Великанов, Е.Е. Проскурина // Известия КГТУ.- №7. Калининград: Изд-во КГТУ, 2005. с. 60 - 65.

11. Великанов Н.Л. Коэффициент захвата рыб кошельковым неводом / Н.Л.Великанов, Е.Е. Проскурина // Известия КГТУ- №6. Калининград: Изд-во КГТУ, 2004.-с. 145- 154.

12. Великанов Н.Л. Механика кошелькового невода. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Калининград, 2002.

13. Войниканис Мирский В.Н. Рыболовные материалы, сетные и такелажные работы: Справочник / В.Н.Войниканис - Мирский. - М.: Агропромиздат, 1985. -183с.

14. Войниканис Мирский В.Н. Техника промышленного рыболовства и промысел морского зверя. - М.: Пищепромиздат, 1961. - 502с.

15. Войниканис Мирский В.Н. Техника промышленного рыболовства. - М.:Лёгкая и пищевая промышленность, 1983. -488с.

16. Гаркунов Д.Н. Самоорганизующиеся процессы при фрикционном взаимодействии втрибологической системе /Справочник по триботехнике./ Под ред. М. Хебды, A.B. Чичинадзе,- М.: Машиностроение, 1989.- Т.1 400с.

17. П.Гаркунов Д.Н. Триботехника. Износ и безызносность.- М.: МСХА, 2001.- 614с.

18. Гаркунов Д.Н. Триботехника.- М.: Машиностроение, 1985,- 424с.

19. Геккер Ф.Р., Хайралиев С.И. Влияние шероховатости и реологических свойств контактирующих тел на стационарные режимы скольжения. Известия ВУЗов. -М.: Машиностроение. № 5. - 1986. - с.23-27.

20. Гиренко В.Н. Кошельковый лов сельди с океанских сейнеров, Южно-Сахалинск, 1959.

21. Гиренко В.Н. Экспериментальные исследования и метод расчёта тяговых усилий сильных блоков при различных режимах выборки кошелькового невода. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н., Владивосток, 1969.

22. Дерягин Б.Н. Что такое трение.- М.: АН СССР, 1963.- 244с.

23. Дёмкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. М.: Наука, 1970. -220с.

24. Зарубежные фирмы по производству сетематериалов и орудий лова (обзор -справочник) // К.И. Жеребенкова. М.: 1992. - 167с.: 28 илл., 97 табл. - Рыбное хозяйство. Сер. Промышленное рыболовство: Обзорная информация (ВНИЭРХ). -Библиогр.: с. 137-147.

25. Изнанкин Ю.А. Основы конструирования сетных орудий лова. Учебник. -Калининград: КГТУ, 1996. 122с.

26. Изнанкин Ю.А., ЛисовойА.П. Учет внутренних свойств рыболовных сетей в устройстве орудий лова: Учеб. пособие.- Калининград: КГТУ, 1989.- 96с.

27. Изнанкин Ю.А., Шутов В.А. Поведение рыб и технология лова. Учебник. М.: «Колос», 1994.- 191с.

28. Карпенко В.П., Торбан С.С. Механизазия и автоматизация процессов промышленного рыболовства.- М.: Агропромиздат, 1990,464с.

29. Комбалов B.C. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ.- М.: Наука, 1974,- 112с.

30. Конструкторская документация сетных орудий рыболовства ОСТ 1530-72, ОСТ 1535-72. М.: МРХ СССР, 1973. - 148с.

31. ЗЬКостецкий Б.И.Трение, смазка и износ в машинах.- Киев: Тэхника, 1970.-396с.

32. Крагельский И.В. Трение и износ.- М.: Машиностроение, 1968.- 480с.

33. Крагельский И.В., Виноградова Н.Э. Коэффициенты трения,- М.: Машгиз, 1962.-186с.

34. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C., Основы расчётов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977 - 526с.

35. Кулагин В.Д. Статика сетных оболочек: Учеб. пособие.- Калининград: КГТУ, 1995.- 108с.

36. Курапцев П.А. Исследование и совершенствование рабочих органов подвесных машин для выборки кошельковых неводов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Калининград, 1969.

37. Курапцев П.А. Особенности работы машин для выборки орудий лова. Труды НИКИМРП, т1 V, JL: 1968.

38. Ломакина Л.М. Технология постройки орудий лова / Л.М. Ломакина. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.- 207с.

39. Лукашов H.H. Устройство и эксплуатация орудий промышленного рыболовства.-М.: Пищевая промышленность, 1972.- 368с.

40. Маняхин A.M. Защита стальных ваерных канатов рыболовных траулеров от интенсивного износа. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н.- М.: ВНИРОД981

41. Мельников В.Н., Лукашов В.Н. Техника промышленного рыболовства.- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.- 312с.

42. Морские орудия лова Северного бассейна // Альбом. Мурманск, ЦПКТБ ВРПО Севрыба, 1981.- 176с.

43. Наставление по эксплуатации орудий лова, применяемых в бассейне Балтийского моря. Таллин: МРХ БАЛТНИИРХ, 1988. - 206с.

44. Орудия лова, применяемые на судах западного бассейна // Альбом. Клайпеда, ЦПКТБ Кл. ф. ВРПО Запрыба, 1990. 151с.

45. Основы трибологии (трение, износ, смазка): Учебник для технических вузов./Э.Д. Браун, H.A. Буше, И.А. Буяновский и др. /Под ред. A.B. Чичинадзе- М.: Машиностроение, 2001 777с.

46. Пахомов Т.Н., Лисовой А.П., Соловьев Ю.Я. Техника и тактика кошелькового лова в Атлантике. Калининград: Кн. Издательство, 1977.- 128с.

47. Погодаев Л.И., Шевченко П.А. Гидроабразивный и кавитационный износ судового оборудования.- Л.: Судостроение, 1984.- 264с.

48. Полимеры в узлах трения машин и приборов: Справочник / Под ред. A.B. Чичинадзе М.: Машиностроение, 1988. - 328с.

49. Полуляк С.И. Исследование тяговых свойств рабочих органов неводовыборочных машин методом тензометрии. Рыбное хозяйство, №8,1966.

50. Полуляк С.И. Методика исследования процесса трения элементов сетного полотна о рабочие поверхности неводовыборочных машин. Рыбное хозяйство, №12,1975.

51. Польцер Г., Майснер Ф. Основы трения и изнашивания.- М.: Машиностроение, 1984.- 264с.

52. Поляков A.A., Рузанов Ф.И. Трение на основе самоорганизации. / под ред. A.B. Чичинадзе.-М.:Наука, 1992- 135с.

53. Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для студёнтов машиностроительных и механических специальностей вузов.- 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1989.- 496с.

54. Розенштейн М.М. Механика орудий промышленного рыболовства /М.М.Розенштейн. Калининград: КГТУ, 2004. -412с.

55. Розенштейн М.М. Проектирование орудий рыболовства. Учебник. Калининград: КГТУ, 1996.-368с.

56. Розенштейн М.М., Фридман А.Л. Сборник задач и упражнений по теории и проектированию орудий промышленного рыболовства. Учебник. М.: Агропромиздат, 1987. - 256 с.

57. Рыбакова JI.M., Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металла. М.: Машиностроение, 1982.- 209с.

58. Сатин В.В. Конструкции современных орудий промышленного рыболовства: Учебно- наглядное пособие. Калининград: БГА РФ, 2003. - 132 с.

59. Совершенствование методов проектирования и эксплуатации техники промышленного рыболовства. Отчёт о НИР (Промежуточный) Т.1 86-23.21.100.2 / КТИ РП и X, Руководит. А.Л. Фридман, 1986.

60. Справочник по триботехнике. В 3-х т./ Под общ. ред. М. Хебды, A.B. Чичинадзе.-М.: Машиностроение, 1992.- 730с.

61. Справочник. Полимеры в узлах трения машин и приборов / под ред. A.B. Чичинадзе.- М.: Машиностроение, 1988 328с.

62. Торбан С.С. Механизация процессов промышленного рыболовства. М.: Пищевая промышленность, 1977,471с.

63. Торбан С.С., Карпенко В.П. Механизазия и автоматизация процессов промышленного рыболовства. М.: Агропромиздат, 1986,

64. Торбан С.С., Полуляк С.И. Исследование нагрузок, действующих на машину ПМВК-4 при выборке кошелькового невода. Рыбное хозяйство, №2,1967.

65. Торбан С.С. Промысловые механизмы для комплексной механизации кошелькового лова рыбы. М.: Пищевая промышленность, 1971, 384с.67. «Трение и износ». Журнал. Гомель. Беларусь. 1985-1992г.г. и 2000-2002г.г.

66. Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения. ГОСТ 27674-88, М.:ГК СССР по стандартам, 1988- 20с.

67. Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2-х кн./ Под ред. И.В. Крагельского, В.В.Алисина.- М.: Машиностроение, 1978- Кн. 1.- 400с.

68. Трещев А.И. Интенсивность рыболовства.- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983.- 236с.

69. Трещев А.И. Научные основы селективного рыболовства.- М.: Пищевая промышленность, 1974.- 446с.

70. Тюрин Н.И. Введение в метрологию.- М: Издательство стандартов, 1973.- 278с.

71. Фёдоров В.В. Кинетика повреждаемости и разрушения твёрдых тел.- Ташкент: ФАН, 1985.- 168с.

72. Фёдоров В.В. Термодинамические аспекты прочности и разрушения твердых тел.-Ташкент: ФАН, 1979.-186с.

73. Фёдоров В.В., Ромашев Р.В. Явление структурно-энергетической аналогии процессов механического разрушения и плавления металлов и сплавов // Синергетика и усталостное разрушение металлов.- М.: Наука, 1989.- с. 29-44.

74. Фёдоров C.B. Основы трибоэргодинамики и физико-химические предпосылки теории совместимости. Калининград: КГТУ, 2003. - 415 с.

75. Фёдоров C.B. Современный энергетический анализ процесса трения. Часть 1. Структурно-энергетическая интерпретация трения скольжения.- Калининград: КГТУ, 2002.-168с.

76. Фёдоров C.B. Современный энергетический анализ процесса трения. Часть 2. Физические и количественные закономерности эволюции совместимых трибосистем.- Калининград: КГТУ, 2003.- 244с.

77. Фёдоров C.B., Зеброва Е.М. Эффекты максимума статического трения фрикционных органов рыбопромысловых механизмов. // Научный журнал «Известия КГТУ»./ КГТУ. Калининград, 2006 №10. - с. 181 - 185.

78. Фёдоров C.B., Зеброва Е.М., Сапленков А.О., Прохорчик А.А. Эффект потери тяги в точке максимума статического трения фрикционных устройств рыбопромысловых лебедок // Труды науч. конф./ КГТУ. Калининград, 2005. - ч. I.-с. 314-316.

79. Фёдоров C.B., Зеброва Е.М., Суконнов А.В. Исследование коэффициента трения скольжения жгута дели во фрикционных устройствах рыбопромысловых механизмов. // Труды науч. конф./ КГТУ. Калининград, 2006. - ч. I. - с. 200 - 202.

80. Фридман A.JI., Розенштейн М.М., Лукашов В.Н. Проектирование и испытание тралов / А.Л.Фридман, М.М.Розенштейн, В.Н.Лукашов. М.: Пищевая промышленность, 1973.-264с.

81. Фридман А.Л. Теория и проектирование орудий промышленного рыболовства. -М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1981. 328с.

82. Фролов В.К., Пинегин С.В., Чичинадзе A.B. Теоретические и прикладные задачи трения, износа и смазки машин. Сб. М: Наука, 1982,307с.

83. Чичинадзе A.B. Расчет и исследование внешнего трения при торможении.-М.:Наука,1967.- 232с.

84. Bowden F.P.,Tabor D. Friction an introduction to tribology. Garden City, New York, 1973.- 178 p.

85. Ebeling W, A. Engel, R. Feistel «Fhysik der Evolutions-prozesse» Akademie-Verlag Berlin. 1990. S. 332.

86. Czichos H. Tribology a system approach to science and technology of friction, lubrication and wear. Elsevier Publ. Co. - Amsterdam. 1978. - 128 p.

87. Rabinowicz E. Friction and Wear of Materials J. Willey, New York, 1965.- 244p.

88. Fleischer G., Groger H., Thum H. Verscheiss und Zukerlassigkeit. VEB Verlag Technik. Berlin. 1980.-244p.