СКЛЕРОДИНАМИКА ЭЛЕМЕНТОВ ТРИБОСИСТЕМ СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Густов Ю.И., Орехов А.А., Ярмолик Н.В. (МГСУ, г. Москва, РФ)
Sclerodynemical characteristics G.
Под склеродинамикой понимается изменение твердости поверхностей трения в процессе трения и изнашивания вследствие трибодеформации и разрушения подверхностных активных слоев.
Согласно [1], рассматриваются триада исходной (технологической) Но, поверхностной Нs и предельной На, микротвердости, а также относительные величины Кs= Нs/ Но и Ка= На/ Но.
Между последними приняты зависимости [2]
при Кs>1 Ка= Кs[ Кs0,5+( Кs-1)0,5 ], (1)
при Кs<1 Ка= Кs[ Кs2- ( Кs-1)2 ]. (2)
Для выбора наиболее износостойкого металла из определённой группы материалов рекомендуется склеродинамический критерий вида
G = [ ( Кт - 1)2 + ( Кs-1)2 +( Ка-1)2 ]0,5 → min, (3)
где Кт= Но/ Набр – относительная твердость металла при твердости абразива Набр.
Для ножей дорожной фрезы [1] получены следующие значения относительных твердостей Кт, Кs и Ка (табл.1).
Таблица 1 - Склеродинамические показатели ножей дорожной фрезы
|
Материал |
Кт |
Кs |
Ка |
G |
Jh,мм |
εр |
εэ |
|
сталь 45 |
0,22 |
1,51 |
2,934 |
2,17 |
61,56 |
1 |
1 |
|
110Г13Л |
0,42 |
1,37 |
2,436 |
1,592 |
39,06 |
1,349 |
1,576 |
|
И-1 |
0,6 |
1,21 |
1,886 |
0,995 |
36,7 |
2,158 |
1,677 |
|
И-2 |
0,445 |
1,26 |
2,057 |
1,222 |
36,18 |
1,757 |
1,701 |
|
Э-3 |
0,46 |
1,2 |
1,851 |
1,028 |
21,71 |
2,089 |
2,836 |
|
ВСН-6 + ВСН-8 |
0,5 |
1,2 |
1,851 |
1,007 |
17,58 |
2,132 |
3,502 |
|
СКБ |
0,5 |
1,19 |
1,817 |
0,976 |
22,4 |
2,2 |
2,748 |
|
ЦН-16 |
0,53 |
1,18 |
1,782 |
0,92 |
20,7 |
2,334 |
2,974 |
|
ПП-У40Х38Г3РТЮ |
0,8 |
1,25 |
2,0225 |
1,071 |
16,3 |
2,005 |
3,777 |
|
Т-620 |
0,82 |
0,905 |
1,14 |
0,247 |
17,1 |
8,692 |
3,6 |
|
КБХ-45 |
1,06 |
0,882 |
1,131 |
0,186 |
13,44 |
11,543 |
4,58 |
|
Х-5 |
1,13 |
0,85 |
1,172 |
0,263 |
10,43 |
8,163 |
5,902 |
Для сопоставления расчетных и экспериментальных величин приняты показатели εр=G45/Gi и εэ=(Jh)45/Jhi при эталонных значениях G45 и износа (Jn)45 стали марки 45. Графическая зависимость расчетных εр и экспериментальных εэ величин представлена на рис.1. Её можно аппроксимировать линейной функцией вида
εр=4,5(0,6 εэ-1) (4)
Видно, что в группе испытанных материалов наименьший линейный износ Jh (наибольшую износостойкость ε) имеют материалы, наплавленные электродами КБХ-45, Т-620, Х-5. Выбор конкретного наплавочного электрода делается с учетом их лучшей технологичности, недефицитности и меньшей стоимости.
Экспериментально-расчетные трибологические показатели модельных шарниров драг [1] приведены в табл.2
Таблица 2 - Склеродинамические показатели пальцев черпаковых цепей драг
|
Материал |
Кт |
Кs |
Ка |
G |
Jh,мкм |
εр |
εэ |
|
ВСН-12 |
0,75 |
1,333 |
2,856 |
1,9 |
78 |
0,898 |
1,91 |
|
ОМГ-Н |
0,47 |
1,255 |
2,601 |
1,706 |
149 |
1 |
1 |
|
ВСН-6 |
0,62 |
1,306 |
2,773 |
1,839 |
85 |
0,928 |
1,753 |
|
ОЗШ-1 |
0,56 |
1,214 |
2,462 |
1,542 |
71 |
1,106 |
2,099 |
|
ОЗИ-1 |
0,73 |
1,164 |
1,872 |
0,928 |
52 |
1,838 |
2,865 |
|
НГ-2 |
0,65 |
1,215 |
2,467 |
1,523 |
66 |
1,12 |
2,258 |
|
Х-5 |
1,04 |
0,817 |
0,625 |
0,419 |
21 |
4,072 |
7,095 |
|
Т-620 |
0,67 |
1,215 |
2,467 |
1,52 |
44 |
1,122 |
3,386 |
|
ОЗН-6 |
0,53 |
1,24 |
2,875 |
1,948 |
140 |
0,876 |
1,064 |
Из полученных результатов (см.табл.2) следует, что наименьший линейный износ Jh (наибольшую износостойкость ε) имеют материалы с меньшими значениями склеродинамического показателя G. Из числа испытанных этим выделяется наплавка электродами Х-5 (G=0,419, Jn=21мкм).
При сравнении расчетных и экспериментальных величин приняты показатели εр=Gомг-н/Gi и εэ=(Jn)омг-н/Jhi при эталонных значениях Gомг-н и (Jn)омг-н наплавки электродами марки ОМГ-Н. Графическая зависимость расчётных εр и экспериментальных εэ величин представлена на рис.2. Эту зависимость можно аппроксимировать линейной функцией вида
εр=0,6εэ (5)
На основе склеродинамики трущихся деталей машин предлагается вязкостно-энергетический (синергетический) критерий износостойкости
ε = КтWc / Кs Аc , (6)
где Wc – относительная удельная энергия разрушения
Аc – относительная вязкость металла, вычисляется по формулам
Wc = 0,5(Ка + 1)ln(1/Dm), (7)
Аc = 0,5(Ка - 1)ln(1/Dm), (8)
здесь Dm – парциальный микрометалл в пределах шероховатого слоя (коэффициент заполнения профиля).
Расчет по (6) с использованием данных таблицы 2 и Dm = 0,42…0,68 показал удовлетворительное совпадение рядов металлов по расчетной и экспериментальной износостойкости. По наибольшему расчетному значению вязкостно-энергетического критерия (ε = 6,55) можно рекомендовать для наплавки пальцев черпаковых цепей драг электроды Х-5 (εэ= 7,095).
На основе склеродинамических показателей Кт и Кs предлагается формула для определения коэффициента полезного действия (ή) трибосистем строительной техники:
ή = 1 – (ƒ / Кт Кs) Dа, (9)
где Dа – парциальный микроизнос в пределах шероховатого слоя [1];
ƒ – полный коэффициент трения.
Применительно к данным таблицы 2 получены следующие значения ή (%) системы «материал – сталь 110 Г13Л».
Таблица 3
|
Мате-риал |
ВСН-12 |
ОМГ-Н |
ВСН-6 |
ОЗШ-1 |
ОЗИ-1 |
НГ-2 |
Т-620 |
ОЗН-6 |
Х-5 |
|
ήп,% |
56,3 |
36,2 |
42,2 |
38,7 |
39,9 |
41,3 |
42,1 |
42,5 |
27,6 |
Полученные значения ή удовлетворительно согласуются с величинами КПД трибосистемы «клиновой привод» [3].
На основании результатов проведенных исследований можно сформулировать следующие основные выводы:
1. Предлагаемый склеродинамический показатель G может служить критерием выбора износостойких материалов для конструктивных элементов трибомеханических систем.
2. Из номенклатурного ряда материалов наибольшей абразивной износостойкостью обладает материал с наименьшим значением склеродинамического показателя.
3. Применительно к ножам дорожных фрез и пальцам черпаковых цепей драг по критерию G можно рекомендовать износостойкую наплавку электродами марки Х-5.
4. На основе склеродинамики трущихся элементов рекомендуется вязкостно-энергетический критерий, максимальному значению которого соответствует наибольшая износостойкость наплавки Х-5.
5. Предлагаемая формула для определения КПД трибосистем строительной техники дает значения, удовлетворительно согласующиеся с КПД трибосистемы «клиновой привод».
Литература
1. Густов Ю.И. Повышение износостойкости рабочих органов и сопряжений строительных машин. Дис. … д.т.н. -М.: 1994.-529с.
2. Густов Ю.И., Густов Д.Ю., Воронина И.В. Методология определения триботехнических показателей металлических материалов// Сборник докладов ХVI Словацко-российско-польского семинара «Теоретические основы строительства». – М.: МГСУ, 2007. -с.339-342.
3. Чихос Х. Системный анализ в трибонике. -М.: МИР, 1982. -351с.