автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Повышение работоспособности узлов трения лесных машин с подшипниками из модифицированной древесины

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ РАБОТОСПОСОБНОСТИ УЗЛОВ ТРЕНИЯ ЛЕСНЫХ МАШИН.

1Л. Особенности и преимущество подшипников из модифицированной древесины

1.2. Обзор и анализ литературных данных.

1.3. Постановка задачи теоретических и экспериментальных исследований

2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ УЗЛОВ ТРЕНИЯ.

2.1. Классификация узлов трения по характеру контакта поверхностей трения.

2.2. Методики тепловых расчетов узлов трения, работающих в условиях молекулярно-упругого контакта.

2.2.1. Классификация узлов трения по условиям теплообмена.

2.2.2. Определение количества тепла, отводимого из зоны трения валом.

2.2.3. Определение количества тепла, отводимого из зоны трения подшипником и корпусом.

2.2.4. Методика теплового расчета по приведенным коэффициентам теплопередачи.

2.2.5. Методика конструктивно-проверочного теплового расчета узлов трения первого класса.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПОДШИПНИКОВ, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ УПРУГО-ВЯЗКОГО КОНТАКТА.

3.1. Исследования энергетического баланса узла трения.

3.2. Дифференциальные уравнения определения количества тепла, отводимого из зоны трения валом и подшипником.

3.2.1. Количества тепла, отводимое валом.

3.2.2. Количество тепла, отводимое тонкостенным подшипником

3.3. Определение общего количества энергии, вырабатываемой узлом трения.

3.4. Алгоритм математической модели баланса энергии узла трения

3.5. Алгоритмы математических моделей по определению допускаемых пределов нагрузки, скорости скольжения и температуры.

3.6. Алгоритм математической модели по определению коэффициента трения.

3.7. Алгоритм математической модели удельной мощности трения . 82 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ И ИСПЫТАНИЕ ПОДШИПНИКОВ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ МОДИФИЦИРОВАННОЙ.

4.1. Исследование работоспособности подшипников из древесины модифицированной по критерию мощности трения.

4.2. Экспериментальные исследования зависимости коэффициента трения от нагрузки, скорости и температуры.

4.3. Экспериментальные исследования зависимости мощности трения от температуры и проверка достоверности теоретических исследований

4.4. Испытание узлов трения с подшипниками из древесины модифицированной

4.4.1. Устройство для испытания узлов трения с подшипниками из древесины модифицированной.

4.4.2. Методика исследования зависимости коэффициента трения от температуры, скорости скольжения и удельного давления в подшипнике.

ВЫВОДЫ.

Решение проблемы комплексного, рационального и наиболее эффективного использования древесины для изготовления продукции высокого качества с минимальными энергозатратами производства на данном этапе невозможно решать без широкого развития и внедрения аспектов модифицирования в древесине качественных показателей, имеющих спрос на современных рынках сбыта.

Причем под модифицированием древесины следует понимать различные способы ее обработки и переработки с целью привития и повышения природных показателей качества, имеющих спрос на рынках сбыта, или уменьшение и полная ликвидация тех показателей качества, которые снижают потребительские свойства продукции, полученные на основе «цельной», неразрушенной древесины. Главная цель, преследуемая при этом, это сохранение и преумножение природных качественных показателей древесины в готовых изделиях.

Древесина как природный материал имеет сложную ажурно-слоисто-пористую структуру в виде сложной арматуры (стенки клеток) и сложного химического вещества в виде наполнителя. Микро- и макропоры, равномерно распределенные по всему объему древесиной массы, создают капиллярную структуру, которая способна не только впитывать в себя (поглощать), но и перемещать различные химические вещества, наполняя их по объему в макро- и микропоры и впитывая в стенки клеток.

Природные химические вещества, содержащиеся в древесине или поглощаемые извне дополнительно при ее пропитке за счет микро- и макропор под воздействием физико-технологических факторов при обработке, способны полимеризироваться или превращаться в кристаллы, которые придают древесине показатели качества, присущие этим химическим веществам, после необходимой их полимеризации и кристаллизации.

В Воронежской государственной лесотехнической академии (ВГЛТА) при выполнении проектов Федеральной целевой программы (ФЦП) «Интеграция» разработаны методы, способы и методики математического моделирования процессов получения древесины модифицированной (ДМ) с заданными свойствами.

Проводится на создаваемой линии термомеханического модифицирования древесины экспериментальная проверка зависимости показателей свойств ДМ от технологических связей и оптимальных значений технологических параметров производства с использованием сверхвысокочастотной электромагнитной энергии. Сделаны первые шаги по созданию реальных технологических моделей модифицирования древесины по заданным показателям свойств.

Линия термомеханического модифицирования древесины по высокой технологии на конкурсе инновационных проектов на областных выставках в г. Воронеже в 2001 г. награждена двумя дипломами первой степени, а Первым международным салоном инноваций и инвестиций на выставке ВВЦ в г. Москве в 2001 г. награждена дипломом с бронзовой медалью.

В ВГЛТА с давних времен проводятся исследования по модифицированию в древесине заданных показателей качества, успешно используемой для изготовления подшипников узлов трения, в том числе в лесных машинах, механизмах и технологическом оборудовании.

Подшипники из ДМ, изготовленной по высоким технологиям, обладают повышенной твердостью и стабильностью при работе на самосмазке.

Одной из важнейших проблем технического прогресса на данном этапе является замена в ряде отраслей промышленности, в том числе и в лесопромышленном комплексе, дорогостоящих дефицитных материалов менее дефицитными и дешевыми, но в тоже время более полноценными. Таким материалом является ДМ, изготовленная по высоким технологиям. Ее получают путем уплотнения естественного дешевого полимера - натуральной древесины лиственных мягких пород - с последующей термообработкой СВЧ электромагнитной энергией и пропиткой композиционными модификаторами. В результате уплотнения, термообработки и химической обработки ДМ получают антифрикционный материал не уступающий цветным, черным металлам и другим дефицитным антифрикционным материалам.

Коэффициент качества ДМ (отношение показателя качества к объемному весу) значительно превосходит многие подшипниковые сплавы. Например, коэффициент качества предела прочности ДМ при сжатии вдоль волокон в 8 раз больше, чем у баббита марки БН, и в два раза больше, чем у бронзы; коэффициент качества торцевой твердости ДМ превосходит баббит в 5 раз; коэффициент качества предела прочности ДМ при растяжении вдоль волокон выше в 200 раз по сравнению с баббитом БН и второпластом, т.е. ДМ не обладает текучестью при повышенной температуре.

Широкомасштабное внедрение подшипников из ДМ взамен подшипников из цветных, черных металлов и других дефицитных, энергоемких материалов, а также шариковых подшипников, работающих в абразивных и агрессивных средах, в настоящее время сдерживается недостаточной изученностью их работоспособности, долговечности и надежности в различных условиях эксплуатации.

Несмотря на ряд преимуществ подшипники из ДМ не получили широкомасштабного внедрения в машиностроение и ремонтное хозяйство. Причиной этому - недостаточная изученность ДМ как антифрикционного материала, а именно ее теплофизических, триботехнических, реологических, химических и других свойств. До настоящего времени не разработан системный подход к разработке расчетно-математических моделей по установлению зависимости технологических и режимных параметров работы узлов трения от теплофизических, триботехнических, химических и реологических свойств ДМ как антифрикционного материала.

Мною под руководством профессора Н.И. Винник были проведены исследования работоспособности узлов трения лесных машин с подшипниками из ДМ, произведена классификация узлов трения в зависимости от характера контакта, имеющего место на поверхности трения пары ДМ-металл. Установлено, что характер контакта упругий, упруго-вязкий или упруго-вязкий на грани с пластическим определяет работоспособность и долговечность узлов трения с подшипниками из ДМ, а также устанавливает характер их расчетных моделей.

По характеру контакта в диссертации узлы трения подразделены на три группы и по первым двум группам в данной диссертации разработаны расчетные математические модели.

При этом к первой группе были отнесены узлы трения с подшипниками из ДМ, работающими в условиях наиболее приближенных к упругому контакту. Это узлы трения, когда твердость ДМ высокая при небольших нагрузках на подшипник, которые не вызывают значительных временных остаточных деформаций, т.е. деформационная составляющая коэффициента трения не превышает предела погрешности при расчетах.

Ко второй группе отнесены узлы трения с подшипниками из ДМ, работающими в условиях упруго-вязкого контакта, когда деформационная составляющая коэффициента трения занимает большой удельный вес от общего его значения.

В данной диссертационной работе приведены исследования работоспособности и разработаны расчетные алгоритмы и модели для узлов трения второй группы из условий приведенного равновесия энергетического баланса, когда только часть энергии трения превращается в тепловую (молекулярная составляющая коэффициента трения), но в то же время большая часть энергии, достигающая до 50% и более, затрачивается на деформацию и износ трущихся поверхностей, звук, электрический потенциал и другие энергетические преобразования.