Введение к работе
Актуальность темы. Анализ основных потерь на железнодорожном транспорте показал, что до 85 % всех отказов вызваны процессами трения и изнашивания. На преодоление сил трения затрачивается до 30 % расходуемой энергии, а в процессе изнашивания безвозвратно теряется более 10 % металла.
Основным условием нормального функционирования тяжелонагруженных узлов трения является обеспечение режима жидкостного трения, который в условиях непрерывного роста нагрузок и скоростей при одновременном снижении размеров изделий во все большем количестве неконформных сопряжений переходит в режим эластогидродинамической смазки (ЭГД-смазки). В экстремальных условиях этот режим характеризуется сильной неустойчивостью, приводящей к апериодическим разрушениям сплошной смазочной пленки. Для оценки условий смазывания в этом случае используется параметр – относительная продолжительность существования сплошной смазочной пленки (ДСП). С уменьшением ДСП износ сопряжения увеличивается и при достижении критического значения происходит отказ тяжелонагруженных неконформных сопряжений по причине задира.
Учитывая, что выход из строя узла трения может привести к аварийной ситуации, вопрос повышения ресурса неконформных сопряжений, таких как зубчатые передачи, подшипники качения, кулачковые механизмы и фрикционные передачи в условиях ЭГД-смазки является актуальным.
Работа выполнялась в соответствии с планом хоздоговорных научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО РГУПС по темам: «Исследование влияния физико-химических и теплофизических процессов на износ трибосистемы «колесо-рельс»» (договор № 77/41 от 19.07.07, шифр 19.2.016 Н.) и «Исследование трибологических свойств высокотяговых жидких смазочных материалов (ЖСМ) для фрикционных вариаторов» (договор № 443-11126 от 08.08.11).
Цель работы: Повышение ресурса пар трения в условиях ЭГД-контакта путем выбора ЖСМ с требуемыми свойствами.
Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ условий работы и методик расчета линейного ЭГД-контакта.
2. Получить аналитические зависимости, описывающие особенности течения ЖСМ в сопряжении абсолютно твердых цилиндров (АТЦ) с учетом изменения его вязкости от давления.
3. Разработать инженерную методику для расчета основных параметров линейного ЭГД-контакта.
4. Проверить выводы и рекомендации, полученные в работе, в лабораторных условиях.
Научная новизна:
1. Разработана модель течения ЖСМ в контакте абсолютно твердых цилиндров с учетом изменения ее вязкости, позволяющая без решения уравнения Рейнольдса, используя только один безразмерный параметр вх , аналитически определять несущую способность подобных сопряжений.
2. Установлено, что влияние турбулентности во входной зоне на увеличение вязкости ЖСМ при достаточной смазке незначительно и существенно возрастает (на 30…40%) при обильной смазке, характерной для высокоскоростных роликовых подшипников качения только в случае 1,5.
3. Предложено значение параметра Винклера, позволяющие оценить величину деформации поверхности линейных неконформных сопряжений в задачах ЭГД-смазки.
4. Разработан алгоритм и программа расчета толщины пленки и режима трения линейного ЭГД-контакта.
Практическая ценность работы.
1. Разработана методика определения толщины смазочной пленки в ЭГД-контакте в условиях «чистого» качения, включающая:
- измерительный комплекс для определения относительной продолжительности существования сплошной смазочной пленки;
- способ измерения толщины пленки по величине всплытия каретки;
- конструкции малогабаритных токосъемников.
2. Предложен критерий применимости уравнения Рейнольдса для абсолютно твердых цилиндров.
3. Обосновано предложение о включение в стандарты на ЖСМ дополнительного параметра – пьезокоэффициента вязкости.
4. Установлено существенное влияние боковых утечек на толщину смазочного слоя в линейном ЭГД-контакте при выполнении условия в>4a (a – полуплощадка Герца; в - ширина контакта).
5. Экспериментально идентифицирована базовая основа фрикционной жидкости, обладающей повышенным коэффициентом трения и толщиной пленки (в среднем на 3 %), чем у лучшего зарубежного трактанта «Сантотрак 50» и лучшими смазочными свойствами, что позволит повысить ресурс вариатора не менее чем на 9 %.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на всероссийских научно-практических конференциях: «Транспорт 2008», «Транспорт 2009», «Транспорт 2010» , «Транспорт 2011» «Транспорт 2012», (г. Ростов-на-Дону),; VIII Международной конференции «Трибология и надежность» (г. Санкт-Петербург); международной научной конференция «Механика и трибология транспортных систем» («МехТрибоТранс-2011», (г. Ростов-на-Дону); международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии» (г. Самара); всероссийской молодежной конференции «Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике» (г. Москва); XII Международной научной конференции «Трибология и надёжность» (г. Санкт-Петербург).
Реализация результатов работы. Методика определения толщины смазочной пленки использована при оценке товарных железнодорожных смазок в хозрасчетном договоре № 41 с ОАО «РЖД», что позволило установить смазочные материалы (СМ), имеющие лучшие эксплуатационные свойства для заданных условий работы. Результаты по определению смазочных свойств жидких фрикционных смазочных материалов (ФСМ) использованы ОАО «Средневолжский научно-исследовательский институт по нефтепереработке» (ОАО «СвНИИНП») при выборе базовой основы ФСМ и оптимального состава присадок. Это позволит уменьшить скорость проскальзывания фрикционных пар, особенно в условиях малых контактных давлений и, соответственно, повысить их ресурс.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 печатные работы, в том числе 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка использованных источников из 110 наименований и приложений. Диссертация изложена на 176 страницах машинописного текста, включая 101 рисунок и 22 таблицы.
