Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Во многих узлах деревообрабатывающего оборудования имеются детали, которые в процессе эксплуатации подвергаются воздействию динамических нагрузок, воспринимают вибрации и изнашиваются при трении скольжения. К таким деталям относятся подшипники скольжения, работающие в широком диапазоне скоростей и условий нагру-жения при действии вибраций, наличии абразивных сред, недостаточной смазке. Указанные условия эксплуатации быстро приводят рассматриваемые детали к достижению предельного износа рабочих поверхностей и потере работоспособности ответственных узлов. Восстановление подшипниковых узлов усложняется сложившимся дефицитом традиционных антифрикционных материалов и их высокой стоимостью. Поэтому повышение длительности жизненного цикла узлов трения деревообрабатывающих станков имеет важное технико-экономическое значение.
Во многих случаях оказывается целесообразным использование подшипников скольжения из модифицированной древесины, которая является одним из перспективных антифрикционных материалов благодаря таким преимуществам, как недефицитность, технологичность, экономичность и воспроизводимость. Важным является также экологическая чистота и безопасность производства и эксплуатации подшипников скольжения на основе древесины, что с учетом сегодняшнего экологического состояния окружающей среды имеет большое значение. В то же время многие известные конструкции подшипников скольжения из модифицированной древесины не всегда имеют характеристики, достаточные для обеспечения требуемой работоспособности деревообрабатывающего оборудования.
Поэтому для повышения работоспособности деталей узлов трения деревообрабатывающего оборудования возникает необходимость совершенствования конструкций подшипников скольжения, посредством использования модифицированной древесины в качестве антифрикционного материала. Должный результат в этом случае может быть достигнут в результате оптимизации теплофизических и триботехнических характеристик, виброгасяших свойств и совершенствования технологии изготовления древесных антифрикционных материалов. Это представляет достаточно сложную теоретическую и практическую задачу, решение которой может способствовать более широкому использованию подшипников скольжения на основе модифицированной древесины в деревообрабатывающей промышленности.
Цель и задачи работы. Целью работы является повышение долговечности подшипников скольжения деревообрабатывающего оборудования за счет разработки и использования в них новых видов древесно-металлических композиционных антифрикционных вкладышей.
Основные задачи настоящей диссертационной работы, решение которых
обеспечивает достижение поставленной СВОДЯттяТООї^КШе/уі'^,?" "Цели,
| *"6ЛИ0ТЕМ,,А,</
V^ouJ^/J^i
-
Проанализировать условия эксплуатации и возможные пути повышения срока службы подшипников скольжения деревообрабатывающего оборудования, изготавливаемых на основе модифицированной древесины.
-
Разработать теоретические основы создания антифрикционных вкладышей подшипников скольжения, состоящих из модифицированной древесины и введенных в нее металлических элементов различной формы для обеспечения требуемой теплопроводности.
-
Разработать методики исследований предлагаемых конструкций подшипников скольжения на трение и изнашивание, предусматривающие оценку температурного режима и водородного воздействия на материал контробразца.
-
Установить закономерности влияния эксплуатационных факторов на работоспособность древесно-металлических подшипников скольжения.
-
Установить влияние структуры древесно-металлических вкладышей на триботехнические характеристики подшипниковых узлов деревообрабатывающей техники.
-
Обосновать возможность использования различных пород древесины для изготовления подшипников скольжения с древесно-металлическими вкладышами в узлах деревообрабатывающего оборудования.
-
Провести производственные испытания древесно-металлических подшипников скольжения и оценить экономическую эффективность их использования в узлах трения деревообрабатывающего оборудования.
Объект и предмет исследования. Объектами исследования являются подшипники скольжения деревообрабатывающего оборудования, изготовленные из модифицированной древесины с теплопроводящими металлическими вставками.
Предметом исследования является изучение влияния металлических вставок на работоспособность подшипников скольжения из композиционных древесно-металлических материалов.
Методология выполнения работы.
Методология базировалась на реализации комплексного подхода к применению различных методик исследований, теоретического анализа и моделирования основных процессов изнашивания подшипников скольжения деревообрабатывающего оборудования, использовании методов математического моделирования температурных полей, трибологических и динамических систем, методов определения свойств композиционных материалов, использовании экспериментальных методов для оценки функциональных свойств древесно-металлических материалов.
Научная новизна работы:
- созданы теоретические основы и разработаны новые конструкции подшипников скольжения для деревообрабатывающего оборудования, сочетающие модифицированную древесину и металлические элементы повышенной теплопроводности; позволяющие повысить теплостойкость подшипниковых узлов, их податливость прирабатываемость и возможность концентрации загрязнений
грязнении в специальных микроемкостях с последующим удалением их из зоны фрикционного контакта;
установлены закономерности влияния условий приложения нагрузки и степени абразивного воздействия на работоспособность подшипников из композиционных древесно-металлических материалов, применяемых в узлах трения деревообрабатывающих станков;
разработаны теоретические основы расчета соотношения древесной и металлической составляющей в предложенных композиционных материалах, позволяющие оптимизировать фрикционные и диссипативные характеристики узлов скольжения деревообрабатывающего оборудования;
обоснованы и экспериментально подтверждены возможности использования эффекта избирательного переноса и обеспечения защиты контактирующих стальных валов от воздействия продуктов деструкции композиционного подшипникового материала..
Практическая значимость работы заключается в создании и производственном использовании новых подшипников скольжения для различных условий эксплуатации деревообрабатывающих станков, обеспечивающих повышение долговечности и снижение эксплуатационных затрат. Кроме того, практическое значение имеет разработанная программа прогнозирования теплового режима работы подшипника скольжения с древесно-металлическими вкладышами.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
- теоретические основы создания и использования новых конструкций
подшипников скольжения на основе использования древесно-металлических
композиционных материалов в узлах деревообрабатывающих станков;
установленные закономерности влияния структуры древесно-металлических вкладышей на триботехнические характеристики подшипников скольжения деревообрабатывающего оборудования;
технологические основы формирования древесно-металлических вкладышей подшипников скольжения;
закономерности трения, изнашивания, предлагаемые принципы повышения теплостойкости вкладышей подшипников скольжения деревообрабатывающего оборудования, увеличения их долговечности и сопротивляемости ударным и циклическим нагрузкам;
возможности практического использования подшипников скольжения из композиционных древесно-металлических материалов в узлах деревообрабатывающего оборудования.
Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается их сопоставлением с известными теоретическими решениями и исследованиями других авторов, применением апробированных методик при постановке и проведении экспериментальных исследований, оценке статистических характеристик полученных результатов, хорошей сходимостью теоретических выводов с результатами экспериментальных исследований.
Апробация результатов работы. Основные результаты исследований и разработок по теме диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: «Вклад ученых и специалистов в национальную экономику», Брянск, 2001-2002; «Актуальные проблемы лесного комплекса», Брянск, 2001-2002; «Состояние и перспективы развития дорожного комплекса», Брянск, 2001-2002; «Молодежная научно-техническая конференция вузов приграничных регионов славянских государств», Брянск, 2001-2002; «Новые материалы и технологии в машиностроении», Брянск, 2003; на научной конференции профессорско-преподавательского состава БГТУ, 2002; на кафедре «Механической технологии древесины» БГИТА, 2001-2004.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 17 научных работ, в т. ч. получен патент на изобретение № 2226240. В работах, опубликованных в соавторстве/4, 7, 8, 9, 13, 15, 16, 17/личное участие автора заключается в выполнении теоретических и экспериментальных исследований и анализе их результатов. В работах, где соискатель является единственным автором/1,2,3,5, 6,10,11,12,14/, сформулированы цель и задачи исследований,, представлен основной объем теоретического и экспериментального материала, приведенного в диссертации, рассмотрены перспективы использования полученных результатов для повышения работоспособности деревообрабатывающего оборудования.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 146 страницах, состоит из введения, 5 глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит 40 рисунков, 5 таблиц, 131 наименований использованной литературы, в том числе 8 иностранных.
Реализация результатов. Результаты работы использованы на ОАО «Брянский завод мебельных деталей» при модернизации узла перемещения каретки четырехшпиндельного фрезерно-копировального деревообрабатывающего станка.
Диссертационная работа выполнялась на основании планов научно-исследовательских работ Брянской государственной инженерно-технологической академии и в соответствии с научно-технической программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» на 2003-2004 г.
