ВВЕДЕНИЕ 7
1 Назначение и классификация триботехнических испытаний 12
1.1 Цели испытаний на трение и износ 12
1.2 Выбор и постановка триботехнических испытаний 15
1.3 Классификация конструктивных схем и машин трения 17
1.4 Общее устройство лабораторных машин трения 19
1.4.1 Привод трения машин 23
1.4.2 Приложения нагрузки 23
1.4.3 Приспособления для установки образцов 25
1.4.4 Установка для измерения сил и моментов трения 29
1.5 Литературно-патентный обзор существующих установок для испытаний на
трение и износ 30
1.5.1 Обзор существующих машин трения 30
1.5.2 Устройство для испытания материалов на фреттинг-коррозию 32
1.5.3 Машина для испытания цилиндрических образцов на контактную
усталость 35
1.5.4 Контактная машина для испытания смазок и цилиндрических образцов
материалов на трение 37
1.5.5 Устройство для испытания материалов на изнашивание 38
1.5.6 Машина трения 40
1.5.7 Экспериментальный механизм нагружения для машины трения МИ - 1М 44
1.6 Вывод 48
2 Разработка конструкции лабораторной машины трения 50
2.1 Исследование износостойкости деталей узлов технологических машин ... 50
2.2 Конструкция разрабатываемой лабораторной машины трения 56
3 Методика проведения лабораторных исследований 62
3.2 Определение коэффициента трения и линейного износа
фрикционных материалов 65
3.3 Определение коэффициента трения фрикционных материалов 73
3.4 Определение влияния смазочных материалов на величину коэффициента
трения 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 81
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 82
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ИНФОРМАЦИОННО-ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК 85
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ГРАФИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ 118
Купить

Уровень фрикционного взаимодействия в узлах трения машин и оборудования во многом определяет их эффективность в работе, а также материальные и энергетические потери. Например, на железнодорожном транспорте в прямой зависимости от величины коэффициента сцепления колес с рельсами находятся такие важные показатели его работы, как скорость движения и масса поездов. Увеличение коэффициента сцепления колес с рельсами всего на 0,01 может дать годовой экономический эффект 10 млн. руб., а уменьшение потерь от сопротивления движению поездов на 1 % экономию 15 млн. руб. в год.
Опыт свидетельствует, что в 80...90 % случаев машины выходят из строя по причинам неудовлетворительной работы узлов трения (износа, задира, связанных с этим поломками и т.п.). Затраты на ремонт и обслуживание машин в несколько раз превышают их первоначальную стоимость: для автомобилей в 6 раз, самолетов в 5 раз, станков до 8 раз. На долю заводов, выпускающих новые тракторы в нашей стране, приходится 22 % мощностей, на долю же заводов, изготавливающих запасные части к тракторам 30 %, а на долю ремонтных предприятий 44 %. Это означает, что на ремонт тракторов затрачивается почти в 4 раза больше производственных мощностей, чем на их изготовление. В сумме на запасные части расходуется более одной пятой выплавляемого в стране металла. Трудоемкость ремонта и технического обслуживания многих строительных машин за срок их службы в 15 раз превышает трудоемкость изготовления новых.
За весь срок службы двигатели автомобилей, тракторов и комбайнов ремонтируют до 5 раз. Ресурс двигателя после ремонта составляет 30...50 % от нового. Общий объем отремонтированных двигателей почти в 2 раза превышает объем новых. Отремонтированные двигатели расходуют больше топлива и смазочных материалов на 10 % и более.
Положение дел усугубляется еще и тем, что выпускаемые в нашей стране моторные масла, служащие для уменьшения потерь энергии, износа и повреждаемости машин, не всегда соответствуют международному уровню. Объем выпуска масел высшего качества для автотракторных дизелей составляет лишь 6 %. Крайне мал выпуск моторных масел с улучшенными низкотемпературными свойствами. Выпуск легированных индустриальных масел не превышает 6 % от общего объема. Производство многоцелевых литиевых смазок не достигает и 10 %. Применяемые же в РФ смазочные материалы, как правило, низкого качества, а также недостаточное развитие триботехнического материаловедения привели к тому, что в РФ расход моторных масел по отношению к расходу топлива в 2...3 раза превышает этот показатель по США. Все это приводит к тому, что при приблизительно равном потребляемом в стране объеме моторных масел в США обслуживается парк автомобилей, в 8 раз больший, чем в РФ.
Принято считать, что в РФ в сложившихся условиях потери от трения и связанных с этим явлений составляют порядка 40 млрд. руб. при имеющейся тенденции ежегодного увеличения их приблизительно на 1 млрд. руб. В США те же самые потери составляют порядка 46 млрд. долларов, причем половина из них приходится на автомобили. Аналогичные явления наблюдаются и в других странах, и в большинстве случаев потери составляют 1,5...4 % их национального дохода. Это свидетельствует о том, что проблема трения, износа и смазки машин и оборудования, помимо чисто технической, является и экономической проблемой государственного масштаба. Экспертный анализ специалистов свидетельствует, что столь большие потери от трения происходят из-за разрыва между триботехникой и развитием промышленности и транспорта. Большое значение при этом отводится и отсутствию достаточной подготовки специалистов в этой области [1]. Уже сейчас только за счет использования имеющихся достижений триботехники потери от трения можно уменьшить на 30...40 %, причем первые 10 % из них без дополнительных материальных вложений. При этом, как показывают исследования, проведенные в Великобритании, основная масса экономии средств от внедрения достижений триботехники достигается за счет сокращения затрат на обслуживание и ремонт машин, исключения потери из-за поломки оборудования и экономии капиталовложений за счет повышения долговечности машин [2].
Помимо явно выраженных технических и экономических аспектов, решаемых триботехникой, не менее важным является направление ее работ по улучшению экологии. Это, прежде всего, относится к переработке отработанных в машинах смазочных материалов. При производстве в мире смазочных материалов в 100 млн. т проблема их утилизации достаточно сложна. Актуальной стала и проблема поиска путей ускорения процесса разложения смазки, выпадаемой на землю, в ходе работы транспортных средств, а также и обратная проблема по восстановлению работоспособности смазки в климатических условиях с активным воздействием бактерий. В этой области открываются большие перспективы для использования триботехнических технологий. Острой также стала проблема замены на транспорте и в промышленности широко распространенных, но вредных для организма человека материалов. Этим и другими аналогичными вопросами активно занимаются сейчас трибологи ряда некоторых стран.
В соответствии с вышесказанным можно выделить основные задачи триботехники на современном этапе.
1. Углубление научных представлений о природе фрикционного взаимодействия и закономерностях трения и изнашивания наиболее ответственных узлов трения машин и оборудования и определение направлений по более эффективному совершенствованию узлов трения, лимитирующих работу машин.
2. Разработка прогрессивных фрикционных и антифрикционных материалов (несущих поверхностей твердых тел, смазок и т.п.).
3. Разработка технологий, регулирующих свойства поверхностей трения.
4. Оптимизация конструктивных решений узлов трения.
5. Эксплуатационные мероприятия по повышению долговечности машин.
6. Повышение квалификации инженеров в области трения, износа и смазки и совершенствование контрольно-измерительных и расчетных триботехнических методов.
7. Организация комплексного подхода к решению проблемы повышения экономичности, долговечности и обеспечения узлов трения экологически чистой их работы.
В условиях, когда для жизнеобеспечения человечества требуются более производительные и менее энергоемкие машины и когда в мире приходится сталкиваться с дефицитом топливно-энергетических и материальных ресурсов, достижения и возможности трибологии и триботехники приобретают особое значение для решения стоящих перед обществом задач по повышению экологической чистоты, эффективности и безопасности использования машин и оборудования.
Механические испытания предназначены для определения механических свойств материалов и конструкций, исследования закономерностей деформирования и разрушения материалов. В связи с большим количеством видов и типов механических испытаний существует обширный класс испытательных машин и стендов, работа которых основана на различных принципах. В силовых схемах испытательного оборудования используют механический привод, гидравлические нагружены, электромагнитные и вибрационные возбуждения.
На целевых машинах проводят испытания строго определенных видов, как правило, при экстремальных значениях параметров (скоростные машины для испытания с наивысшей достижимой мощностью, разрывные машины для определения высоких нагрузок и др.).
Для уменьшения зависимости результатов испытаний от субъективных особенностей проверяющего и качества поверочного оборудования, обеспечения идентичности условий проверки метрологического обеспечения и повышения надежности испытаний осуществляют автоматизацию испытаний.
Автоматизация процессов испытаний проводится по двум независимым направлениям. Первое характерно для массовых видов испытаний и связано с созданием специализированных машин и комплексов для контроля качества или статистической оценки свойств материалов по стандартизованным методикам, обеспечивающим автоматическое управление режимами испытаний, централизованный сбор информации в многоточечных системах и обработку однотипных результатов испытаний.
Второе направление характерно для решения сложных инженерных и научных задач при проведении многофакторных испытаний по программам, которые могут изменяться или совершенствоваться в процессе испытаний, для чего необходимо универсальное оборудование с мобильной структурой, легко приспособляемой для решения различных задач.
Механизация и автоматизация технологических испытаний изделий дает возможность в случае применения программных устройств приблизить режим испытаний к реальным условиям работы изделия и более полно выявить его эксплуатационные характеристики.
Купить