Введение к работе
Актуальность работы. На современном этапе развития экономики в России остро встает вопрос эффективного проектирования, производства и эксплуатации машин и оборудования за счет повышения долговечности, обеспечения высоких технико-экономических показателей, экологической чистоты технологий. При этом, понятие эффективное проектирование предполагает применение компьютерных технологий и вычислительных систем, а производство машин должно основываться на использовании ресурсосберегающих и энергосберегающих технологий.
В современных машинах и механизмах наибольшая потеря энергии и мощности происходит в узлах трения. Особенно это касается узлов трения скольжения, к которым относятся столы, суппорты, направляющие, опоры скольжения и т.д. Общие рекомендации по уменьшению потерь энергии сводятся к замене скольжения качением, однако, в ряде случаев это не возможно, что связано с ограничениями размеров узла, особенностями конструкции, условиями работы и т.д. Благодаря глубоким исследованиям трения скольжения, разработано большое количество антифрикционных материалов, среди которых известны группы антифрикционных чугунов, бронз, баббитов и т.д. Эти и другие материалы с успехом применяются в узлах трения различных машин. Однако для некоторых условий работы, к которым можно отнести действие химически активных сред, динамическое нагружение, наличие абразива в зоне фрикционного контакта и т.д., трибо-логических характеристик этих материалов не достаточно для обеспечения работоспособного состояния машины. Поэтому, задача повышения триботехнических свойств материалов остается важной по сей день.
Опыт применения подшипников скольжения с вкладышами из растительных полимеров, в частности, твердых пород древесины, модифицированной древесины, древесных пластиков, в узлах машин деревообрабатывающей, машиностроительной, химической, текстильной и других отраслях промышленности показывает, что по эксплуатационным характеристикам для ряда условий работы они превосходят подшипники скольжения с баббитовыми, бронзовыми, чугунными вкладышами.
Вместе с тем, проблема повышения долговечности вкладышей подшипников скольжения из растительных полимеров остается не решенной. Недостаточно исследованы вопросы моделирования динамических процессов при трении, особенно применительно к вкладышам подшипников скольжения из растительных полимеров, которые обладают специфической совокупностью упруго-диссипативных характеристик.
Анализ путей повышения работоспособности подшипников скольжения с вкладышами из растительных полимеров показывает, что перспективным направлением является разработка древесно-металлических материалов, совершенствование составов и технологий пропитки вкладышей в совокупности с созданием конструкций подшипников скольжения.
Г '^"национальная І
Для решения данной проблемы представляется целесообразным применение средств автоматизированного проектирования для выявления оптимального сочетания триботехнических свойств.
Анализ систем автоматизированного проектирования выявил недостаток научных разработок в этом направлении, применение существующих методов ограничено простейшими моделями и не учитывает современных научных представлений и накопленный опыт.
Выше изложенное определяет актуальность решения задачи повышения долговечности вкладышей подшипников скольжения из растительных полимеров и необходимость разработки информационной системы для автоматизированного решения задач проектирования подшипников скольжения.
Цель работы - разработать комплекс мероприятий, направленных на повышение долговечности материала вкладышей подшипников скольжения из растительных полимеров с созданием и использованием средств автоматизированного проектирования.
Для достижения намеченной цели настоящей работы, были поставлены следующие задачи:
-
На основании анализа характеристик подшипников скольжения выделить группу свойств определяющих их качество и разработать методику автоматизированного выбора подшипниковых материалов и конструкций подшипников скольжения. Разработать информационную систему для решения задач трибо-логического материаловедения;
-
На основании анализа трибологических свойств прессованной древесины разработать алгоритм выбора материалов для подшипников скольжения на основе прессованной древесины;
-
Разработать конструкцию подшипника скольжения, обладающего повышенной работоспособностью в условиях повышенных нагрузок, скоростей скольжения и абразивной среды;
-
Выполнить теоретическое обоснование разработанной конструкции и методики создания материалов с применением методов математического моделирования;
-
Разработать трибодинамическую модель подшипника скольжения с вкладышем из модифицированной древесины и выполнить сравнительный анализ динамических характеристик подшипника новой конструкции с аналогом;
-
Разработать методику и выполнить экспериментальные исследования трибологических характеристик подшипника скольжения из прессованной древесины, работающего в условиях самосмазывания;
-
Выполнить анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований, разработать рекомендации по эксплуатации подшипника скольжения и выполнить расчет экономического эффекта от внедрения результатов НИР;
Методика исследования. В работе использованы существующие методы комплексной оценки трибологических свойств подшипниковых материалов, методы проектирования композиционных материалов и определения их свойств. Применялись экспериментальные методы для оценки трибологических свойств
материалов, математического моделирования температурного поля подшипника скольжения, методы моделирования трибологических и динамических систем. Использовались методы расчета и проектирования узлов и деталей машин с использованием математических пакетов и систем автоматизированного проектирования.
Научную новизну работы составляют:
-
методология создания новых композиционных материалов на основе модифицированной древесины;
-
методика автоматизированного выбора материалов и базовых конструкций подшипников скольжения с использованием экспертных систем, учитывающая комплекс трибологических, экономических и экологических параметров;
-
трибодинамическая модель подшипника скольжения с вкладышем из древесно-металлического композиционного материала, позволяющая оценить влияние металлической составляющей древесно-металлического вкладыша подшипник скольжения на амплитудно-частотную характеристику системы и коэффициент трения;
-
подшипник скольжения с вкладышем из древесно-металлического композиционного материала, обладающего повышенной долговечностью и грузоподъемностью;
Практическую ценность представляют:
-
система методических разработок и рекомендаций по проектированию дре-весно-металлических композиционных материалов;
-
новая конструкция подшипника скольжения с вкладышем из древесно-металлического композиционного материала, отличающегося повышенной долговечностью;
-
компьютерная программа определения и анализа стационарного температурного поля подшипника скольжения с древесно-металлическим вкладышем с учетом анизотропии свойств материала;
-
трибологическая информационная система, предназначенная для решения задачи оптимального выбора подшипниковых материалов, основанная на использования экспертных систем;
Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается их сопоставлением с известными теоретическими решениями, а также исследованиями других авторов и применением стандартных методик при постановке и проведении экспериментальных исследований, оценке статистических характеристик полученных результатов. Сопоставимостью теоретических, экспериментальных и натурных результатов испытаний.
Апробации и реализация результатов. Основные теоретические, методические и практические результаты и рекомендации, содержащиеся в диссертации, апробированы в следующих формах:
-
обсуждались и были одобрены на международных научно-практических конференциях, проходивших в Брянской государственной инженерно-технологической академии (БГИТА, 1999-2003), Брянском государственном техническом университете; а также региональных научно-практических конференциях;
-
использованы в учебной работе БГИТА в рамках изучения курсов «Информатика», «Надежность машин»;
-
апробированы на ООО «БрянскТекстиль»;
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем работы 154 страниц машинописного текста, включая 11 таблиц, 38 рисунков и списка литературы из 143 наименований.
