Диссертация (1173010), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы из 47 наименований.БлагодарностиАвтор выражает глубокую признательность и благодарность за научное руководство и помощь на всех этапах от постановки задачи до выполнения работы научному руководителю профессору, д.т.н. О.Ю. Елагиной.Особая благодарность к.т.н., доценту, Гантимирову Б.М., а также коллективу кафедры трибологии и технологий ремонта нефтегазового оборудования ФГБОУ РГУ нефтии газа им.
И.М.Губкина: проф. Пичугину В.Ф., доц. Бурякину А.В., доц. Гусеву В.М., инж.Слободянникову Б.А., инж. Канунникову Н.Н., инж. Буклакову А.Г. за неоценимую помощь в ходе подготовки диссертации.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обосновывается актуальность выбранного направления исследований,определены цели и задачи работы, рассмотрены научная новизна и практическая ценностьисследований и формулируются основные положения, выносимые на защиту.Глава 1. АНАЛИЗ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВВ этой главе обобщены литературные и патентные сведения по изучаемой проблеме.В первом параграфе рассмотрены эксплуатационные характеристики и виды конструкций тормозных устройств.
Показано, что основной характеристикой тормозных уст6ройств является преобразование кинетической энергии движения в тепловую энергию;показано, что параметром, лимитирующим эксплуатационные характеристики тормозныхустройств является температура разогрева контактных поверхностей, вызывающая изменение коэффициента трения и эффективности торможения.Во втором параграфе проведен анализ материалов, используемых при конструировании тормозных устройств.
Показано, что широко используемые материалы имеютсущественные ограничения по температуре эксплуатации. В частности, чугун, один изнаиболее широко используемых материалов при изготовлении тормозных дисков, имееттемпературный предел эксплуатации 400 – 600 °С. Температурный предел эксплуатациинаиболее распространенных и относительно недорогих углеродистых сталей также составляет около 300 – 400 °С. Повышение температуры эксплуатации за счет увеличениястепени легирования не всегда является экономически выгодным. Остальные же материалы, способные работать при повышенных температурах, в настоящее время не нашли широкого применения в связи с их высокой стоимостью.В третьем параграфе рассмотрен энергетический баланс при трении. Энергия выделяющаяся при трении преимущественно трансформируется в тепловую и механическуюсоставляющие. Анализ литературных данных показывает, что в общем случае наибольшаячасть работы внешнего трения превращается в теплоту, меньшая идет на изменение внутренней энергии поверхностных слоев металла.
При использовании высокопрочных материалов и отсутствии заметных остаточных деформаций поверхностных слоев практическився работа внешнего трения трансформируется в теплоту. Это определяет ведущее значение процессов тепловыделения и теплораспределения при работе тормозных устройств. Вто же время на основе представленных исследований нельзя сделать окончательного вывода о влиянии на процесс преобразования кинетической энергии при трении характеристик материала контактных поверхностей, нормального давления, скорости относительного перемещения и пути трения.Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСА В УСЛОВИЯХТРЕНИЯ БЕЗ СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛАДанная глава посвящена исследованию распределения энергетического балансапри трении без смазочного материала.
Проведены экспериментальные исследования пооценке влияния параметров трения на распределение энергии по тепловой и механическойсоставляющим энергетического баланса; разработана методика расчета рациональных параметров тормозного устройства на основе сокращения величины энергии, идущей на деформацию фрикционной накладки тормозного устройства при торможении; проведенаэкспериментальная проверка полученных закономерностей.Первый параграф этой главы посвящен методике проведения экспериментальных исследований энергетического баланса при трении контактных поверхностей в условиях трения скольжения без смазки.
Для экспериментальной оценки долевого распределе7ния энергии, выделяющейся в процессе трения скольжения без смазки, была использованаопытная установка для возвратно – поступательного трения по высокотвердому фрикционному материалу, имитирующая основные особенности процесса торможения.
Конструкция установки позволила аккумулировать и замерить величину энергии трения, выделяющуюся в виде теплоты в металлическом контртеле. Для имитации условий нагруженияконтактной поверхности тормозного диска в неподвижном штоке установки закреплялсяобразец цилиндрической формы с диаметром контактной поверхности 10 мм, которыйприжимался к поверхности монолитного абразива под фиксированной нагрузкой. Дляоценки влияния механических свойств материалов контактирующих поверхностей на распределение энергии, выделяющейся при трении, образцы имели соотношение по твердости в диапазоне от 5 до 15 единиц.
Методика проведения испытаний включала в себя 2этапа. На первом этапе проводилось определение общей мощности трения. На второмэтапе определялась доля тепловой составляющей энергетического баланса.Измерение мощности, потребляемой на преодоление трения, осуществлялось причетырех значениях контактных нагрузок. По общей мощности, затраченной установкой натрение образца под фиксированной нагрузкой определялась общая энергия процесса трения, а также рассчитывался коэффициент трения.Второй этап исследований заключался в определении доли тепловой составляющейэнергетического баланса. Общее количество теплоты, выделившееся в процессе трения,определялось методом калориметрирования испытываемого образца.
Для замера выделившейся в процессе трения тепловой энергии, образец после остановки установки сразупомещался в водяной калориметр. На основе полученных данных по приросту температуры воды в калориметре, определялись значения тепловой энергии, накопленной образцомза время одного цикла испытаний.
Из разницы полученных значений общей мощноститрения и тепловой энергии рассчитывалась величина механической составляющей энергетического баланса и определялось их долевое соотношение в энергетическом балансе.В результате реализации предложенной методики были найдены соотношения тепловой и механической составляющих в энергетическом балансе при разных условиях испытаний.Во втором параграфе был проведен анализ результатов экспериментальных исследований энергетического баланса при трении контактных поверхностей в условияхтрения без смазочного материала, определены энергетические затраты на механическоеразрушение образца и найдено долевое соотношение механической и тепловой составляющих энергетического баланса при трении без смазочного материала (рисунок 1).8Рисунок 1 - Зависимость тепловой составляющей энергии трения от удельной нагрузки для сталей с разными значениями прочностных свойствКак видно из представленных данных параметрами, определяющими соотношениетепловой и механической составляющих в энергетическом балансе в условиях сухого трения, являются удельная нагрузка на контакте и механические свойства контактирующихповерхностей.
С увеличением удельной нагрузки наблюдается рост доли механическойсоставляющей с соответствующим снижением доли выделяющейся теплоты. Использование для контактирующих поверхностей тормозных устройств материалов с меньшей разницей в прочностных свойствах может существенно снизить долю механической составляющей в энергетическом балансе при трении, уменьшая за счет этого износ менее прочного контртела.Третий параграф посвящен расчетному определению энергетического баланса взависимости от параметров трения. Энергетический баланс процесса трения тормозногоустройства в единицу времени можно представить следующим образом:WW f тр N v Wмех Wтепл- общая мощность трения, Дж/с, W = ƒтр·N·v;(1)Wдеф - механическая составляющая, Дж/с;Wтепл - тепловая составляющая, Дж/с;ƒтр- коэффициент трения;N- нагрузка на контакте, Н;v- относительная скорость перемещения, м/с.В данной главе, опираясь на теорию удельной энергии изменения формы и учитывая нормальные и тангенциальные напряжения, возникающие в поверхностном слое притрении была выведена формула для определения механической составляющей энергиитрения:Wмех Wуд Vед Wуд B t p h v t p9(2)где:Wуд - доля энергии трения, затраченная на деформацию металла в единице объемаповерхностного слоя металла;Vед - единичный объем деформируемого металла в единицу времени, м3/с;В – ширина зоны контакта, м;v – cкорость скольжения, м/с;h – величина деформации в направлении, перпендикулярном поверхности нагружения, м;tp - относительная площадь контакта.С помощью данной методики был произведен расчет доли тепловой составляющейэнергетического баланса для всего диапазона изменения нагрузок, использованных припроведении эксперимента.
Анализ данных показывает, что средняя погрешность расчетных данных к экспериментальным не превышает 10 %, что позволяет использовать данную методику расчета для определения долевого соотношения составляющих энергетического баланса в условиях внешнего трения, а также для определения влияния параметровтрения тормозных устройств на характеристики энергетического баланса при торможении.Четвертый параграф посвящен определению рациональных параметров тормозного устройства.
Использование предложенной методики расчета применительно к контактным поверхностям тормозных устройств позволяет оценить влияние основных конструктивных элементов на распределение энергии торможения по составляющим энергетического баланса. При этом следует учитывать, что механическая составляющая энергетического баланса будет преимущественно поглощаться материалом фрикционной накладки. В то же время тепловая составляющая будет распределяться в объеме тормозного диска вследствие значительной разницы в характеристиках теплопроводности металла ифрикционной колодки.Если преобразовать зависимость для определения механической составляющейэнергетического баланса с учетом особенностей внедрения тормозного диска в фрикционную накладку и физико-механических свойств фрикционной накладки, то механическаясоставляющая энергетического баланса примет следующий вид:2RNW 0, 6 104 мехF Hгде,R – радиус микронеровности поверхности тормозного диска, м;v – cкорость скольжения, м/с;10(3)N – нормально направленная прижимная нагрузка, Н;F – площадь фрикционной накладки, м²;Н – длина фрикционной накладки.Как видно из полученной зависимости на величину механической составляющейэнергетического баланса оказывают влияние силовые и геометрические факторы.
Рассчитав энергетическую интенсивность изнашивания и зная механическую составляющуюэнергии трения, можно рассчитать объемную интенсивность изнашивания, что в своюочередь позволяет рассчитать ориентировочное время наработки до отказа фрикционнойнакладки тормозного устройства.2F S Ht420, 6 10 IW R v N(4)F – площадь фрикционной накладки, м²;S – высота фрикционной накладки, м;R – радиус микронеровности поверхности тормозного диска, м;Н – длина фрикционной накладки;Iw – энергетическая интенсивность изнашивания;N – нормально направленная прижимная нагрузка, Н;v – cкорость скольжения, м/с.Как видно из полученной зависимости основными геометрическими факторами,влияющими на время наработки до отказа фрикционной накладки являются – радиус шероховатостей тормозного диска, площадь фрикционной накладки и ее длина.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
