Duration of wear test with active participation of abrasive particles

АННОТАЦИЯ

В статье констатируется, что нагрузка шестерен и концентрация активных абразивных частиц в масле блока постоянно меняется при каждом трении, как следствие внесения новой части абразивных частиц из окружающей среды и закономерностей изменения их активности в процессе замкнутая циркуляция масла в блоке.

ABSTRACT

The article states that the load of the gears and the concentration of active abrasive particles in the block oil constantly changes with each friction, as a result of the introduction of a new part of abrasive particles from the environment and the regularities of changing their activity during closed circulation of oil in the block.

Ключевые слова: шестерен, абразив, концентрация, циркуляции, масла, агрегате, процесса, дробления, трения, износ, эксплуатацион, дробления, зубьев.

Keywords: gears, abrasive, concentration, circulation, oil, aggregate, process, crushing, friction, wear, operational, crushing, teeth.

В процессе трения за каждом цикле нагружения зубьев шестерен, концентрация активных абразивных частиц в масле агрегата постоянно меняется. Это является результатом дробления и поступления свежей порции абразивных частиц из окружающей среды. Поэтому при расчете продолжительности износного испытания зубьев шестерен необходимо учитывать закономерности изменения их активности в процессе замкнутой циркуляции масла в агрегате. Анализ состояние, данного вопроса показал, что в литературных источниках данный вопрос недостаточно освещен, в основном ограничиваются изучением процесса дробления абразивных частиц[1]. Методика расчета продолжительности износного испытания предусматривает приближении условия испытания к реальным условиям эксплуатации агрегата. Исходя из общей концентрации абразивных частиц в масле при стендовом испытании, в масла агрегата периодически порциями добавляют абразивные частицы. Масса одной порции абразивных частиц, добавляемые в масло, при испытании на износостойкость составляет:

, кг,

где - изменение концентрации абразивных частиц в масле агрегата за один цикл нагружения зубчатой пары, когда в масла поступает новой порции абразивных частиц извне, %/об; G_m-количества масла, заливаемое в агрегат, кг; kl- количество циклов нагружения за время испытания одной порции абразивных частиц[2]. Продолжительность износного испытания первой порции абразивных частиц в масле агрегата составляет:

, ч,

где n_k- частота вращения ведомой шестерни агрегата, об/с.

Количество порций абразивных частиц, добавляемые в масла агрегата в процессе испытания на износостойкость, равно:

.

где G_a – общее количество абразивных частиц в масле агрегата, кг.

Продолжительность испытания на износостойкость без учета соответствия концентрации активных абразивных частиц к эксплуатационным условиям агрегата:

, ч.

Рассмотрим закономерности изменения концентрации активных абразивных частиц в масле агрегата после добавления каждой порции, в зависимости от количества циклов нагружения.

Первой порции:

до дробления

,

где - концентрация абразивных частиц в масле агрегата после добавления первой порции;

после дробления,

где k₁- количества циклов дробления абразивных частиц; Б – доля раздробленных абразивных частиц в масле агрегата за один цикл нагружения ведомой шестерни,

здесь n₁- количество пар шестерен в агрегате, окунающихся в масло; m - модуль зацепления, d_ср - средний размер абразивных частиц, γ_м - плотность масла, k_p - коэффициент учитывающий неоднородность размера абразивных частиц в масле агрегата, G_м- количества масла в агрегате[3,4].

Второй порции:

до дробления

;

после дробления

.

Аналогично n - порции:

до дробления

 ,

из формулы суммы членов геометрической прогрессии имеем:

,

после добления

Для сравнения расчетной общей продолжительности испытания на износостойкость на стендовых испытаниях и в эксплуатационных условиях могут быть два нижеприведенных вариантов.

1. Когда концентрация  абразивных частиц в масле агрегата в конце испытания меньше, чем в эксплуатационных условиях, она описивается выражением:

где k₂ - количество, циклов нагружения ведомой шестерни агрегата, недостающих до эксплуатационного, соответствующих одному сроку замены масла в агрегате. Решив выражение относительно k₂, получим:

.

Время, затраченное на совершение k₂ циклов нагружения,

Тогда общая продолжительность испытания на износостойкость будет:

  .

где ε_max- начальная концентрация абразивных частиц в масле агрегата,%.

2. Концентрация активных абразивных частиц в масле агрегата в конце испытания на износостойкость превышает эксплуатационную, т.е;

где k_З -количества циклов нагружения, превышающих эксплуатационную за один срок замены масла в агрегате,

Решив выражение относительно k_З, получим:

.

Время, затраченное на совершение k_З циклов нагружения,

Тогда общая продолжительность испытания на износостойкость,

,

1 - т=0,005 м; 2 - т=0,010 м; 3 -т=0,015 м; 4 - т=0,020 м

Зависимости на рис. 1 получены из выражений (3) или (5) при следующих ис­ходных данных: ; ;  об/с; ; /об; ; ; d_cp=0,000012 м; L=0,058 м; _м=910 кг/м³; k_р=0,5.

Рисунок 1. Продолжительность испытания материалов зубчатых колес на износостойкость, при периодически изменяющихся концентрациях абразивных частиц, от массы заправки агрегата маслом:

Таким образом, из полученных зависимостей можно сделать вывод о том, что при стендовом испытании с периодическим добавлением абразивных частиц увеличение модуля зацепления приводит к уменьшению продолжительности испытания, в связи с увеличением доли раздробленных абразивных частиц за один цикл нагружения[5,6].

Список литературы:

1. Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка методики теоретической оценки параметров и продолжительности износного испытания материалов зубчатых передач» по теме: «Разработка научных основ повышения износостойкости зубчатых передач агрегатов мобильных машин и промышленного оборудования» – Ташкент, ТашГТУ, 2014. -86 с. 
2. Иргашев А. Методика расчета износостойкости зубчатых передач агрегатов машин, работающих в абразивной среде: Вестник ТашГТУ 2013. № 4 С.95-101.
3. Иргашев А. Методика расчета объема продуктов износа подшипников качения,  выпадающих в масла агрегата. Вестник ТашГТУ 2012 № 2-3.
4. Иргашев А.,  Мирзаев Н.Н.,  Иргашев Д. А. Оценка износа деталей агрегатов машин по концентрациям продуктов износа в масле. Монография – Ташкент, ТашГТУ, 2012. – 160 с.
5. Икрамов У.А., Иргашев А., Махкамов К.Х.  Расчётная модель для оценки износостойкости зубчатых передач по концентрациям продуктов износа  в масле. Ж.Трение и износ. 2003. Том 24, № 6. С 620-625
6. Ямпольский Г.Я., Крагельский И.В. Исследование абразивного износа элементов пар трения качения. М.: Наука. 1973 - 63 с.