Повышение эффективности защиты приводов машин от перегрузок адаптивными фрикционными муфтами второго поколения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат наук Лущик, Александр Алексеевич

• Лущик, Александр Алексеевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Лущик, Александр Алексеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ АДАПТИВНЫХ ФРИКЦИОННЫХ

МУФТ В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

1.1. Обзор предохранительных муфт

1.2 Классификация АФМ и место в ней муфт второго поколения

1.3 Фрикционные материалы, применяемые в АФМ

1.4 Анализ существующих способов стабилизации вращающего момента предохранительных фрикционных муфт

1.5. Анализ существующих исследований АФМ

1.5.1 Режимы стационарного нагружения

1.5.2 Динамические процессы в приводах с АФМ

1.6. Основные направления совершенствования АФМ второго поколения. Цель и

задачи исследования

1.7 Выводы

2. РАЗРАБОТКА АДАПТИВНЫХ ФРИКЦИОННЫХ МУФТ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ С РАЗДЕЛЬНЫМ СИЛОВЫМ ЗАМЫКАНИЕМ

2.1 Теоретические предпосылки применения раздельного силового замыкания в АФМ второго поколения

2.2 Разработка принципиальной схемы и исследование стационарного режима нагружения АФМ второго поколения с раздельным силовым замыканием

2.2.1 Разработка и исследование адаптивной фрикционной муфты второго поколения с раздельным силовым замыканием

2.2.2 Исследование нагрузочной характеристики АФМ

2.2.3 Установление оптимальной величины КУ

2.2.4. Исследование точности срабатывания АФМ

2.2.5 Исследование нагрузочной способности АФМ

2.3 Исследование динамических процессов при работе АФМ в приводе

машины

2.4 Выводы

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АДАПТИВНЫХ ФРИКЦИОННЫХ МУФТ

3.1 Цель и задачи экспериментальных исследований

3.2 Программа и методика экспериментальных исследований

3.3 Технические и измерительно-регистрирующие средства для проведения экспериментальных исследований

3.4 Подготовка датчиков и приспособлений стационарного

нагружения

3.5 Содержание экспериментальных исследований адаптивных фрикционных муфт

3.6 Обработка полученных опытных данных

3.7 Анализ полученных результатов

3.8. Выводы

4 РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1 Разработка методики расчета и проектирования АФМ второго

поколения с раздельным силовым замыканием

4.2 Рекомендации по настройке адаптивных фрикционных муфт второго поколения с раздельным силовым замыканием

4.2.1 Определение рационального способа настройки АФМ

4.2.2 Настройка АФМ в процессе эксплуатации

4.2.3 Влияние настройки АФМ на форму кривой нагрузочной характеристики

4.2.4 Исследование точности срабатывания при настройке АФМ

4.3 Рекомендации по применению АФМ с раздельным силовым

замыканием

4.4 Внедрение и ожидаемый социально-экономический эффект

4.5 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности защиты приводов машин от перегрузок адаптивными фрикционными муфтами второго поколения»

ВВЕДЕНИЕ

Одним из важнейших средств защиты от перегрузок машин являются предохранительные фрикционные муфты. Задача повышения стабильности вращающего момента частично решена фрикционными муфтами повышенной точности срабатывания, в которых автоматически изменяется давление на поверхностях трения в зависимости от коэффициента трения и нагрузки, поэтому в последнее время они называются адаптивными фрикционными муфтами (АФМ). Эффективность работы АФМ основана на повышении стабильности вращающего момента, что согласуется с ее оценкой по критерию точности срабатывания.

Согласно классификации М.П. Шишкарева, существует три поколения АФМ. В основу классификации положен тип обратной связи, определяющий структурно-функциональную схему муфты. Особое место занимают АФМ второго поколения, обладающие повышенной нагрузочной способностью. Их недостатком является ограниченная точность срабатывания, что в ряде случаев не позволяет эффективно защищать приводы машин. Причиной указанного недостатка является относительно невысокий коэффициент усиления (КУ) обратной связи вследствие необходимости обеспечивать работу АФМ в адаптивном режиме в интервале значений коэффициента трения. Существующие конструктивные решения базового варианта АФМ второго поколения не позволяют повысить точность срабатывания и, следовательно, улучшить защиту приводов машин от перегрузок.

Следовательно, задача, связанная с исследованием, проектированием и расчетом АФМ второго поколения, базирующаяся на установлении закономерностей силового замыкания фрикционных групп, является в настоящее время актуальной.

Объект исследования - процессы, происходящие в АФМ второго поколения при регулировании усилий замыкания пар трения основной (ОФГ) и дополнительной (ДФГ) фрикционных групп в зависимости от коэффициента трения.

Предмет исследования - АФМ второго поколения с комбинированной обратной связью.

Цель работы - разработка элементов теории АФМ второго поколения с раздельным силовым замыканием для повышения точности срабатывания и нагрузочной способности муфт.

Задачами, которые предполагается решить в диссертационной работе, являются:

- установление причины ограниченной точности срабатывания базового варианта АФМ второго поколения;

- определение условий высокой точности срабатывания на основе установления функциональных зависимостей между КУ управляющего устройства и коэффициентом трения;

- разработка и исследование АФМ, удовлетворяющей поставленной цели;

- исследование влияния КУ на устойчивость колебаний системы в процессе срабатывания;

- проведение экспериментальных исследований и апробация на модели разработанной конструкции АФМ;

- разработка методики расчета и проектирования АФМ.

Методика исследований. Выполненные в работе исследования основаны на использовании положений теоретической механики, теории механизмов и машин, деталей машин, а также методов моделирования.

На защиту выносятся следующие новые и содержащие элементы новизны основные положения:

- разработаны основы применения раздельного силового замыкания в АФМ второго поколения;

- выделены и охарактеризованы формы нагрузочной характеристики АФМ второго поколения с раздельным силовым замыканием;

- выявлены факторы, влияющие на точность срабатывания АФМ второго поколения с раздельным силовым замыканием;

- разработана научно обоснованная инженерная методика расчета и проектирования АФМ второго поколения с раздельным силовым замыканием.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- созданы теоретические основы раздельного силового замыкания пар трения ОФГ и ДФГ в АФМ второго поколения для повышения стабильности передаваемой нагрузки;

- разработана принципиальная схема АФМ второго поколения с раздельным силовым замыканием и установлена закономерность распределения усилий замыкания пар трения ОФГ и ДФГ, обеспечивающая повышение точности срабатывания;

- найдены зависимости между величиной КУ, коэффициента трения и распределением усилий замыкания пар трения ОФГ и ДФГ, позволяющие реализовать две формы кривой нагрузочной характеристики, при которых АФМ имеет наибольшую стабильность передаваемой нагрузки.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

- разработана и обоснована конструкция АФМ второго поколения, основанная на использовании раздельного силового замыкания пар трения ОФГ и ДФГ, которое обеспечивает повышение стабильности передаваемой нагрузки;

- предложена инженерная методика расчета и проектирования АФМ второго поколения с раздельным силовым замыканием, позволяющая создавать муфты с высокой стабильностью передаваемой нагрузки.

- результаты исследования в виде разработанной методики расчета и проектирования АФМ второго поколения с раздельным силовым замыканием приняты к внедрению в ООО «Комбайновый завод «РОСТСЕЛЬМАШ», г. Ростов-на-Дону.

Апробация работы. Основные положения, результаты и выводы диссертационной работы докладывались и обсуждались на 5-й Международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения», Ростов н/Д, 2012 г.; на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, Донской государственный технический университет, Ростов н/Д, 2011-2013 гг.; У-й научно-практической конференции «Инновационные технологии в машиностроении и металлургии» в рамках IX Промышленного конгресса юга России, Ростов н/Д, 2013 г., 7-й Междуна-

родной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения», Ростов н/Д, 2014 г.

По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 1 научная монография.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 99 наименований, включает 51 рисунок, 2 таблицы. Основной текст диссертации изложен на 134 страницах машинописного текста, приложения на 19 страницах.

1 СОСТОЯНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ АДАПТИВНЫХ ФРИКЦИОННЫХ МУФТ В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

1.1 Обзор предохранительных муфт

На всех этапах развития машиностроения большое внимание уделялось увеличению мощности машин и параллельному уменьшению их массы и размеров. Так как доля материала в общей структуре стоимости детали для серийного производства составляет, в среднем, 50...70 % [32, 44, 64], уменьшение общей массы деталей привода позволит снизить в соответствующем масштабе затраты на производство и стоимость изделий в целом. В основном это достигается либо опытно-конструкторской работой, направленной на поиск новых конструктивных решений, либо за счет применения современных материалов повышенной прочности, что сильно увеличивает стоимость оборудования, либо за счет снижения запаса прочности деталей машин.

В данных условиях остро встает проблема ограничения возможных перегрузок, существенно сокращающих ресурс отдельных деталей и машин в целом, или вообще выводящих оборудование из строя. Для решения данной проблемы разработаны предохранительные устройства различных конструкций. Наиболее широкое применение получили предохранительные муфты. Существует несколько типов предохранительных муфт, самыми распространенными из них являются фрикционные, пружинно-шариковые, пружинно-кулачковые и муфты с разрушающимися элементами. Фрикционные муфты обладают более высокой плавностью при буксовании по сравнению с муфтами других типов, бесшумны при работе. Однако, данным муфтам присущ существенный недостаток, заключающийся в нестабильности предельного вращающего момента [57]. Задача повышения стабильности передаваемого вращающего момента частично решена разработкой фрикционных муфт повышенной точности срабатывания. Эти муфты обладают свойством автоматического изменения силы нормального давления на поверхности трения в зависимости от текущего значения коэффициента трения, т. е. явля-

ются самонастраивающимися объектами, поэтому их называют адаптивными фрикционными муфтами (АФМ) [65].

1.2 Классификация АФМ и место в ней муфт второго поколения

Классификации АФМ основаны на их различии по форме фрикционных поверхностей (дисковые, конусные и ленточные) и конструктивным особенностям управляющего устройства (УУ) (с шариками, роликами, винтовыми парами, кулачками, комбинированные, с гидравлической обратной связью), либо по угловой жесткости и величине сигнала обратной связи (жесткие и упругие, с частичной и полной обратной связью) [7].

По мнению М.П. Шишкарева [81], основой принадлежности АФМ к какому-либо классу должен быть тип обратной связи, определяющий структурно-функциональную схему, которая устанавливает характер внутриструктурных связей. В соответствии с этим все современные АФМ разделены на 3 поколения.

Структурно-функциональная схема АФМ первого поколения построена на основе отрицательной одноконтурной обратной связи с одной фрикционной группой. Обратная связь создается при помощи УУ в виде тел качения.

Ограниченная стабильность вращающего момента АФМ первого поколения и принципиальная невозможность ее повышения [65] привели к созданию АФМ второго поколения, особенностью которых является введение ДФГ, что позволило значительно повысить стабильность вращающего момента, точность срабатывания, а также нагрузочную способность муфт. Отличительной особенностью АФМ второго поколения является возможность получения равенства распорной силы, возникающей от УУ и силы замыкающей пружины. Данное равенство разграничивает режимы работы муфты - режим с отрицательной обратной связью до, и режим с положительной обратной связью после наступления указанного равенства.

В рассмотренных выше АФМ используется отрицательная обратная связь по управляющему воздействию. Положительная обратная связь в АФМ второго

поколения не характерна и в основном режиме работы муфт не используется. Поэтому управляющее воздействие существует независимо от величины возмущающего воздействия, что приводит к снижению стабильности вращающего момента при малых значениях возмущающего воздействия [38]. В связи с этим созданы АФМ с переменной - отрицательно-положительной и положительной обратной связью — АФМ третьего поколения. Введение положительной обратной связи позволяет стабилизировать вращающий момент в интервале значений Лш1--/ср [38].

Эволюционная классификация АФМ, составленная на основе предложенного принципа, приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Классификация АФМ

1.3 Фрикционные материалы, применяемые в АФМ

Качество работы АФМ находится в сильной зависимости от конструкции и материала фрикционных вставок. В отличие от антифрикционных фрикционные материалы должны обладать высоким и стабильным коэффициентом трения, достаточной износостойкостью, прочностью, устойчивостью к температурным скачкам, воздействию абразива и агрессивных сред [10]. В частности, материалы фрикционных муфт должны обеспечивать плавное срабатывание системы без ав-

тофрикционных колебаний, проявляющихся в форме скрипа при пробуксовке и обеспечивать высокий срок службы.

Фрикционные элементы с порошковыми материалами изготавливают в виде дисков, секторных накладок и колодок различной конфигурации. Они представляют собой, как правило, конструкцию, состоящую из стального несущего каркаса, облицованного с одной либо с двух сторон слоем спеченного фрикционного материала [9].

Во фрикционных материалах сочетается металлическая несущая матрица, обладающая необходимыми свойствами: прочностью, износостойкостью, жаропрочностью и пластичностью, с хрупкими наполнителями, обеспечивающими достижение требуемых значений коэффициента трения и их стабильность и предотвращающими схватывание. В связи с этим порошковые фрикционные материалы представляют собой сложные композиции из металлических и неметаллических порошков. Доля последних нередко достигает 50-60 об. %. Высокое содержание неметаллических добавок снижает прочность металлической основы, ухудшает прессуемость и требует приложения нагрузки при спекании. Именно из-за хрупкости фрикционного материала, как было сказано выше, изделия изготавливают путем припекания фрикционного слоя к стальной прокладке.

В качестве компонентов, образующих металлическую матрицу материалов, обычно используют порошки меди и железа.

Для фрикционных материалов на медной основе наиболее подходящим является медный порошок с дендритной формой частиц, полученный электролизом. Для изготовления обычно используют порошки марок ПМА, ПМ, ПМС-1, ПМС-2, ПМС-К [18]. Предпочтение обычно отдается порошкам марок ПМС-1 и ПМС-2

[9].

Для изготовления фрикционных изделий на железной основе используют железные порошки марок ПЖ1, ПЖ2, ПЖЗ [22], изготавливаемые методом восстановления. Они имеют разветвленную форму частиц, уменьшающую сегрегацию различных присадок и улучшающую прессуемость. Рекомендуется применять мелкие и очень мелкие железные порошки, так как с увеличением дисперс-

ности исходного порошка улучшаются фрикционные характеристики [9].

Сорт графита не влияет существенно на фрикционные свойства материала, поэтому возможно применение порошков графита различного происхождения, в частности, выпускаемых по [19].

Форма и размер частиц порошка олова существенно не влияют на технологические свойства и структурообразование. В производстве фрикционных материалов используют порошок олова, получаемый методом распыления, с размером частиц 50-60 мкм (олово марки ПО, [21]).

Другие легкоплавкие металлы - свинец, висмут, сурьма, мышьяк - применяют в материалах на медной и железной основах в качестве твердых смазок.

В качестве фрикционной добавки в материалах на бронзовой и железной основах наибольшее распространение получил диоксид кремния. Дисперсность и форма частиц могут изменяться в очень широких пределах и зависят от состава материала и предъявляемых к нему требований. Для изготовления фрикционных материалов на основе железа используют кварцевый песок первого, второго и третьего классов, содержащий не менее 94 % оксида кремния [16].

Основными типами порошковых материалов, предназначенных для тормозных и передаточных устройств, являются материалы на железной и медной основах. Первые обычно применяются для тяжелых и самых тяжелых условий работы и, как правило, используются в условиях сухого трения. Материалы на медной основе предназначены для работы в более легких условиях и применяются как при сухом трении, так и при работе с жидкостной смазкой.

Из материалов на железной основе наибольшее распространение получили ФМК-8, ФМК-11, МКВ-50А и СМК. Составы и некоторые физико-механические свойства этих материалов приведены в [9].

К материалам, отличающимся высокими фрикционными свойствами при работе в тяжелых условиях, относятся также материалы типа СМК [9]. Они характеризуются повышенным содержанием марганца, присутствием карбида и нитрида бора, карбида кремния и дисульфида молибдена. Материалы СМК имеют высокую стабильность коэффициента трения и величины износа.

Фрикционные порошковые материалы на основе меди находят широкое применение для работы в условиях сухого трения. Примеры фрикционных материалов на основе меди даны в [9]. Материалы на основе оловянистой бронзы по своей высокой износостойкости и достаточно высокому коэффициенту трения хорошо зарекомендовали себя в тормозных и передаточных устройствах различного назначения. По сравнению с материалами на основе железа они значительно меньше истирают сопряженную деталь, изготовленную из стали или чугуна. В отечественном материаловедении широкое распространение получил материал марки МК-5 [9] на основе оловянистой бронзы.

Наиболее распространенным армирующим элементом является асбест.

Асбест обладает высоким коэффициентом трения (до 0,8), который мало меняется в зависимости от температуры. То же можно сказать о прочности волокон, которая при нагревании до 400°С снижается всего на 20%. Лишь при 800°С наблюдается разрушение волокнистой структуры.

Наполнителями асбестовых материалов служат железный сурик, баритовый концентрат, окислы хрома и других металлов. Добавляются также порошкообразный кокс, графит, технический углерод. Для повышения теплопроводности вводятся порошки и стружка из меди, латуни, цинка, алюминия, железа и т.д.

Связующими являются натуральные и искусственные каучуки и смолы, а также их комбинации. Используются утодиеновые, бутадиен-тиррильные, бута-диенметилвинилпиридимовые, стирольные и другие синтетические каучки. В качестве смол применяются фенол-формальдегидные, анилинфенолформальдегид-ные, кремнеорганические, эпоксидные компаунды и др. Одновременно вводятся вулканизаторы и отвердители.

Фрикционно-полимерные материалы на каучуковых связующих обладают достаточно высокими фрикционно-износостойкими свойствами до 200...250°С. При более высоких температурах их износостойкость недостаточна, что является причиной низкого коэффициента трения. Изделия на смоляной основе имеют большую теплостойкость, но обладают нестабильным коэффициентом трения, хрупкостью. Поэтому наилучший результат достигается при совместном исполь-

зовании смол и каучуков. Неудачное сочетание связующих из-за нестабильности коэффициента трения приводит к возникновению автофрикционных колебаний (скрип и визг тормозов).

Наиболее распространенными фрикционными материалами на основе асбеста являются ретинакс [23] и НСФ [42]-. Материал ретинакс А может отлично работать в муфтах при кратковременной температуре до 1100° С, ретинакс Б - при поверхностной температуре до 700° С, а материалы НСФ обладают высоким коэффициентом трения и пределом прочности.

Для снижения износа, отвода теплоты, обеспечения стабильности коэффициента трения и предотвращения заедания в фрикционных муфтах применяются различные смазки. Применение смазки также расширяет возможности конструирования муфт с большей нагрузочной способностью, т.к. значения допустимых давлений на поверхностях трения для смазываемых пар в 2...3 раза выше, чем для пар, работающих в сухую [25].

1.4 Анализ существующих способов стабилизации вращающего момента предохранительных фрикционных муфт

Экспериментальные исследования, проведенные В.К. Тепинкичиевым в работе [56], показали, что основным фактором, определяющим ошибки срабатывания, является коэффициент трения. В настоящее время в практике эксплуатации машин и механизмов используют два основных способа повышения точности срабатывания предохранительных муфт.

Первый способ - посредством подбора материалов пар трения свести к минимуму изменение коэффициента трения. Рациональный выбор материалов фрикционных пар уменьшает рассеяние величины коэффициента трения, например, это справедливо для пары трения «сталь-металлокерамика» [57] Для уменьшения влияния на величину коэффициента трения состояния фрикционных поверхностей качество их обработки должно сводить к минимуму действие молекулярной составляющей силы трения [34];

Второй способ - компенсация рассеяния величины коэффициента трения за счет изменения силы, возбуждающей момент трения муфты, путем введения отрицательной обратной связи. Существуют два варианта реализации данного способа - формирование управляющего воздействия: а) за счет части вращающего момента муфты; б) за счет полного вращающего момента муфты [47].

Несмотря на то, что для применяемых в АФМ фрикционных материалов установлены опытным путем зависимости величины коэффициента трения от перечисленных выше факторов, в большинстве случаев затруднительно, а иногда невозможно теоретически прогнозировать процесс изменения коэффициента трения во времени и оценить границы этого изменения. Поэтому наиболее эффективным способом стабилизации вращающего момента предохранительных фрикционных муфт в настоящее время считается автоматическое регулирование величины нормальной силы между поверхностями трения в соответствии с изменением коэффициента трения и передаваемой нагрузки.

В существующих АФМ повышение точности срабатывания достигается увеличением КУ. При этом стабилизируется и одновременно уменьшается величина приведенного коэффициента трения, что снижает эффективность использования задающего воздействия и нагрузочную способность АФМ, а также увеличивает их габариты и массу [29]. Поэтому, как отмечает P.M. Запорожченко, наибольший эффект от использования АФМ достигается при С<5...6, причем коэффициент точности равен 1,15... 1,20 при изменении коэффициента трения 0,24...0,36 [30].

Указанные значения КУ дают эффект для АФМ, в которых управляющее воздействие формируется полным вращающим моментом. Если управляющее воздействие формируется частью вращающего момента, величина КУ ограничена значениями [75]

шах

где /тах - максимальная величина коэффициента трения; - число ведущих пар

трения - для АФМ первого поколения.

Для повышения величины КУ конструируют муфты с различными средними радиусами фрикционных дисков ОФГ и ДФГ, при данном способе максимальный КУ достигается при определенном отношении величин средних радиусов ведущей и ведомой полумуфт:

/ *ср1

¡г _ 1 тогда

Дер

с < 1

Установлено, что данная схема имеет ограничение по коэффициенту к = 0,85 [76].

Последние исследования АФМ первого поколения показали, что при компоновке фрикционной группы по принципу дифференциации пар трения на ведущие и ведомые, величина КУ ограничена значением [27]

(1.1)

./ шах

Отсюда их точность срабатывания ограничена и относительно не высока.

В АФМ второго поколения с одной парой трения ДФГ ограничение величины КУ также представлено зависимостью С < 1 / /тах, но, ввиду наличия ДФГ, зависимость изменения величины распорной силы более оптимальна по сравнению с АФМ первого поколения, что позволяет получить более высокую точность срабатывания.

Исследования в области модифицирования АФМ второго поколения выявили наилучшую модификацию адаптивного фрикционного контакта (АФК) второго поколения на основе дифференциации величин КУ первого и второго контуров обратной связи [78]. Являясь составной частью соответствующих АФМ, упомянутый АФК в наибольшей степени удовлетворяет требованиям оптимального сочетания точности срабатывания и нагрузочной способности.

На рис. 1.2 изображены графики Гп(/) для модифицированной АФМ второ-

го поколения (кривая 1 - С=Скр, кривая 2 -С<Скр, кривая 3 - ОСкр, где Скр определяется соотношением (1.1)). Из приведенных на рис. 1.2. графиков следует, что при определенных условиях существует возможность получения в модифицированных АФМ второго поколения нагрузочной характеристики, имеющей максимум.

Конструктивные схемы предохранительных муфт, применяемых за рубежом, в основном ориентированы на обеспечение своевременного отключения после срабатывания, т.е. на максимальное уменьшение времени буксования пар трения. Блокировка усилия замыкания пар трения в таких муфтах производится электрическим или пневматическим сигналом (муфты типа EAS-sp фирмы Chr. Mayr GmbH + Co. KG) [99]. Применение такой схемы снижает износ пар трения, но не повышает точности срабатывания.

1.5. Анализ существующих исследований АФМ 1.5.1 Режимы стационарного нагружения

Несмотря на конструктивное многообразие АФМ в целом и УУ в частности, муфты могут быть представлены общей математической моделью и формулой приведенного коэффициента трения [30]. Поэтому точность срабатывания существующих АФМ определяется не характером изменения управляющего воздействия в функции коэффициента трения, а величиной КУ.

В исследованиях величина КУ при работе АФМ является постоянной [27], т. е. не зависит от коэффициента трения, за исключением случая, когда переменное значение КУ при действии положительной обратной связи используется для стабилизации вращающего момента в условиях износа пар трения [28].

Т, Нм

40

39 38 37

/ 2 гч

/ \

'(i ^ 1

1 / 3

0,1 0,33 0,56

Рис. 1.2. Нагрузочные характеристики модифицированной АФМ второго поколения

f

В [47] установлена прямая функциональная зависимость между КУ и точностью срабатывания АФМ. Одновременно с этим показано, что увеличение КУ приводит к снижению нагрузочной способности муфт.

В [28, 30] приведена общая математическая модель АФМ первого поколения, не зависящая от конструктивного исполнения:

Гп^Лру^г, (1-2)

где 2 - число пар трения, остальные обозначения приведены выше.

Анализ соотношения (1.2) показывает, что наибольшая стабильность Тп имеет место при значениях КУ С »1 / /. Аналогичный вывод сделан и в упомянутых выше работах. Одновременно с этим в [30] утверждается, что увеличение КУ С свыше 4...5 нецелесообразно, так как приводит к неустойчивой работе АФМ первого поколения при вращающих моментах, близких к моменту срабатывания.

В [61] исследована АФМ первого поколения с дифференцированными парами трения неодинаковых сочетаний материалов. Результаты исследования показали, что для увеличения точности срабатывания АФМ необходимо, чтобы минимальное значение коэффициента трения между ведомыми парами было как можно больше, чем минимальный коэффициент трения между ведущими парами трения.

В [50] исследована АФМ первого поколения с парами трения в форме конических оболочек. В качестве УУ применен механизм с отжимными кулачками. Аналитическая схема получения функциональной зависимости Гп(/) основана на определении вращающего момента, который способен без буксования передать выделенный на конической оболочке элементарный участок, и переходе к нагрузочной способности всей поверхности оболочки посредством двойного интегрирования составленной функции с!Тп / с1/. В результате получена зависимость вида (1), где

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лущик, Александр Алексеевич, 2014 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авдеев Д.Т., Семенихин Н.П. Гистерезис при трении покоя // Трение и износ. - 1998. - 19, № 6. - С. 694-697

2. Айвазян С.А. и др. Исследование зависимостей: Справ, изд. / С.А. Айвазян, И.С. Енюков, Л.Д. Мешалкин; под ред. С.А. Айвазяна. - М.: Финансы и статистика, 1985. - 487 с.

3. А. с. 1294759 СССР, МПК4 В66С23/88. Устройство для предотвращения опрокидывания самоходного крана / Хальфин М.Н, Черкасов В.Г., Ксюнин Г.П., Козорезов В.В. (СССР) - № 3890486; заяв. 24.04.85; опубл. 07.03.87, Бюл. №9. - 3 е.: ил.

4. А. с. 1430633 СССР, МПК4 F 16 D 7/02. Предохранительная фрикционная муфта / М.П. Шишкарев (СССР). - № 4048607/25-27; Заявлено 26.02.86; Опубл. 15.10.88. Бюл. №38.-3 е.: ил.

5. А. с. 1654212 СССР, МПК5 В66В7/10. Привод шахтной подъемной машины / Хальфин М.Н, Чернов О.В., Бутов А.И., Веселовский В.А. (СССР) - № 4466637; заяв. 25.07.88; опубл. 07.06.91, Бюл. №21. - 3 е.: ил.

6. А. с. 1709138 СССР, МПК5 F16D7/02. Предохранительная фрикционная муфта / М.П. Шишкарев (СССР). - № 4721840/27; Заявлено 20.07.89; Опубл. 30.01.92. Бюл. №4.-3 е.: ил.

7. Афанасьев М.К. Исследование фрикционных муфт повышенной точности ограничения нагрузки: Автореф. дис....канд. техн. наук. - Киев, 1971.-21 с.

8. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. - М.: Высш. школа, 1978. - 319 с.

9. Бабич Б.Н., Вершинина Е.В.; Глебов В.А. и др. Металлические порошки и порошковые материалы / Под ред. Левинского Ю.В. - М: ЭКОМЕТ, 2005. - 520 с.

10. Беркович И.И., Громаковский Д.Г. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения: Учебник для вузов. - Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2000. - 268 с.

11. Буфеев В.А. Внешнее трение твердых тел: Автореф. дис....д-ра техн наук. -М., 1992. - 32 с.

12. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. - М.: Энергия, 1977.-431 с.

13. Волков Д.П. Исследование фрикционных муфт // Тр. ВНИИСтройдор-маш. - 1957. - Вып. XV. - М.: Машгиз. - С. 29-35.

14. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: Учеб. пособие для вузов. - 9-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2003. - 479 с.

15. Голоскоков Е.Г., Филиппов А.П. Нестационарные колебания механических систем. - Киев: Наук, думка, 1966. - 356 с.

16. ГОСТ 2138-91. Пески формовочные. Общие технические условия. - М.: Стандартинформ, 2005. - 5 с.

17. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики. - М.: Стандартинформ, 2005. - 6 с.

18. ГОСТ 4960-2009. Порошок медный электролитический. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2009. - 13 с.

19. ГОСТ 5279-74. Графит кристаллический литейный. Технические условия. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2003. - 3 с.

20. ГОСТ 7338-90. Пластины резиновые и резинотканевые. Технические условия. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. - 16 с.

21. ГОСТ 9723-73. Порошок оловянный. Технические условия. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 1998. - 8 с.

22. ГОСТ 9849-86. Порошок железный. Технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1999. - 7 с.

23. ГОСТ 10851-94. Изделия фрикционные из ретинакса. Технические условия. - М.: Ордена «Знак Почета» Изд-во стандартов, 1995. - 17 с.

24. ГОСТ 20799-88. Масла индустриальные. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2005. - 5 с.

25. Гулиа Н.В., Клоков В.Г., Юрков С.А. Детали машин: Учебник / Под общ. ред. д.т.н., проф. Гулиа Н.В. - 2 изд., испр. - СПб.: Издательство «Лань», 2010.-416 с.

26. Гутер P.C., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1970. -432 с.

27. Дьяченко С.К., Киркач Н.Ф. Предохранительные муфты. - Киев: Гос-техиздат УССР, 1962. - 122 с.

28. Есипенко Я.И., Паламаренко А.З., Афанасьев М.К. Муфты повышенной точности ограничения нагрузки. - Киев: Техшка, 1972. - 168 с.

29. Запорожченко P.M. К анализу работы предохранительных муфт с гибкими фрикционами // Изв. вузов. Машиностроение. - 1971. - № 4. - С. 42-46.

30. Запорожченко P.M. О характеристиках предохранительных фрикционных муфт повышенной точности срабатывания // Изв. вузов. Машиностроение. -1971.-№ 1.-С. 48-52.

31. Карамышев В.Р. Исследование защиты сельскохозяйственных машин от перегрузок упруго-предохранительными муфтами: Автореф. дис....канд. техн. наук: - Воронеж, 1972. - 23 с.

32. Кац Г.Б., Ковалев А.П. Технико-экономический анализ и оптимизация конструкций машин. - М.: Машиностроение, 1981. - 214 с.

33. Коловский М.З. Динамика машин. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989.-263 с.

34. Комбалов B.C. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ. -М.: Наука, 1974. - 112 с.

35. Крагельский И.В. Трение и износ. - М.: Машиностроение, 1975. - 479 с.

36. Крагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин: Справочник. - М.: Машиностроение, 1984. - 280 с.

37. Кудинов В.А. О скачке силы трения при переходе от покоя к скольжению // СТИН. - 1993. - № 6. - С. 2-6.

38. Кухлинг X. Справочник по физике: Пер с нем. - М.: Мир, 1982. - 520 с.

39. Лущик A.A. Основные направления развития адаптивных фрикционных муфт второго поколения. // V науч.-практ. конф. Инновационные технологии в машиностроении и металлургии. Сб. статей, Ростов н/Д, 2013. - С. 191-194.

40. Лущик A.A., Шишкарев М.П. Синтез адаптивной фрикционной муфты второго поколения с раздельным силовым замыканием // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы 5 международной научно-практической конференции 29 февраля - 1 марта 2012 г., г. Ростов-на-Дону. В рамках 15-й международной агропромышленной выставки "Интерагро-маш-2012", Ростов н/Д, 2012. - С. 188-190.

41. Марюта А.Н. Фрикционные колебания в механических системах. - М.: Недра, 1993.-240 с.

42. Машиностроительные материалы: Краткий справочник / Раскатов В.М., Чуенков B.C., Бессонова Н.Ф., Вейс Д.А. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. - 511 с.

43. Машины и стенды для испытания деталей / В.Л. Гадолин, H.A. Дроздов, В.Н. Иванов, Д.Н. Решетов и др.; Под ред. Д.Н. Решетова. - М.: Машиностроение, 1979.-343 с.

44. Моисеев М.П. Экономика технологичности конструкций. - М.: Машиностроение, 1973. - 352 с.

45. Никитин Л.В. Статика и динамика твердых тел с внешним сухим трением.-М.: Моск. лицей, 1998.-272 с.

46. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991. -304 с.

47. Паламаренко А.З. Исследование процесса выключения предохранительных фрикционных муфт: Автореф. дис...канд. техн. наук: - Киев, 1969. - 22 с.

48. Пановко Я.Г., Губанова И.И. Устойчивость и колебания упругих систем: Современ. концепции, парадоксы и ошибки. - 4-е изд., перераб. - М.: Наука, 1987. -352 с.

49. Пат. 2233361 РФ, МПК7 D07B7/02, В65Н77/00. Устройство для автоматического регулирования натяжения прядей каната / Шошиашвили М.Э., Хальфин М.Н., Маслов В.Б., Дюмаев А.Ю. (РФ) - № 2003125841/12; заяв. 21.08.2003; опубл. 27.07.2004. Бюл. №21-3 е.: ил.

50. Петриченко В.А. Разработка и исследование фрикционных муфт повышенной точности ограничения нагрузки: Автореф. дис....канд. техн. наук: - Киев, 1982.- 19 с.

51. Поляков B.C., Барбаш И.Д, Ряховский O.A. Справочник по муфтам. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1974. - 352 с.

52. Решетов Д.Н. Детали машин. - 4-е изд., испр. и перераб. - М.: Машиностроение, 1989. - 524 с.

53. Ривин Е.И. Динамика привода станков. - М.: Машиностроение, 1966. -

204 с.

54. Смирнов Н.В. Теория вероятностей и математическая статистика. Избр. тр. - М.: Наука, 1970. - 290 с.

55. Тензометрия в машиностроении / P.A. Макаров, А.Б. Ренский, Г.Х. Бор-кунский, М.П. Этингоф; Под ред. P.A. Макарова. - М.: Машиностроение, 1975. -288 с.

56. Тепинкичиев В.К. Исследование работы предохранительных и выключающих муфт: Автореф. дис.. ..докт. техн. наук. - Ростов-на-Дону, 1952. - 31 с.

57. Тепинкичиев В.К. Предохранительные устройства от перегрузки станков. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1968. - 112 с.

58. Тимошенко С.П. и др. Колебания в инженерном деле: Пер. с англ. / С.П. Тимошенко, Д.Х. Янг, У. Уивер; Под ред. Э.И. Григолюка. - М.: Машиностроение, 1985.-472 с.

59. Трение и износ фрикционных материалов / Под ред. А.В. Чичинадзе. -М.: Наука, 1977. - 136 с.

60. Туричин A.M. Электрические измерения неэлектрических величин. - 3-е изд., перераб. - M.-JL: Госэнергоиздат, 1959. - 684 с.

61. Фокин А.Е., Гавриленко М.Д., Шишкарев М.П. Исследование адаптивной фрикционной муфты с дифференцированными парами трения // Вестник ДГТУ. - 2011. Т. 11, № 1 (52) с. 49-56.

62. Хальфин М.Н., Веселовский В.А. Лифтовый подъемник с одинаковым натяжением подъемных канатов // Подъемно-транспортная техника и склады. -1992.-№2.-С. 18-19.

63. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами: Пер. с англ. / Под ред. В.Г. Горского. - М.: Мир, 1973. - 958 с.

64. Шатуновский Г.М. Технологичность конструкций и экономическая эффективность сельскохозяйственных машин. - М.: Машгиз, 1962. - 444 с.

65. Шишкарев М.П. Адаптивные фрикционные муфты. Исследование, конструкции и расчет. Науч. изд. - Ростов н/Д: Изд-во РГАСХМ, 2002. - 228 с.

66. Шишкарев М.П. Варианты модернизации адаптивной фрикционной муфты второго поколения (базовый вариант) // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: Материалы 5-й Междунар. науч.-практ. конф. 29 февраля - 1 марта 2012 г., г. Ростов-на-Дону. В рамках 15-й международной агропромышленной выставки «Интерагромаш-2012», Ростов н/Д, 2012. -С. 132-135.

67. Шишкарев М.П. Влияние точности срабатывания предохранительных муфт на прочность деталей и узлов приводов машин // Вестник машиностроения. - 2009. - № 7.

68. Шишкарев М.П. Комплексная оценка эксплуатационных характеристик адаптивных фрикционных муфт / Вестн. машиностроения. - 2006. - № 4. - С. 29-30.

69. Шишкарев М.П. Компоновочные решения приводов машин с адаптивными фрикционными муфтами // Вестн. машиностроения. - 2003. - № 7. - С. 7-12.

70. Шишкарев М.П. Математическая модель устойчивости движения привода с адаптивной фрикционной муфтой // Математические методы в технике и технологиях: Сб. тр. XV Междунар. науч. конф. В 10 т. Т. 8. Секция 8 «Компьютерная поддержка технологических процессов и производственных систем» / Под общ. ред. B.C. Балакирева. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2002. - С. 70-75.

71. Шишкарев М.П. Математические модели адаптивного фрикционного контакта твердых тел 2-го поколения // Математические методы в технике и технологиях: Сб. тр. XVIII Междунар. науч. конф. В 10 т. Т. 5. Секция 5 «Компьютерная поддержка производственных процессов» / Под общ. ред. B.C. Балакирева

- Казань: изд-во Казанского гос. технол. ун-та, 2005. - С. 72-76.

72. Шишкарев М.П. Модель срабатывания адаптивной фрикционной муфты с переменным коэффициентом усиления // Математические методы в технике и технологиях: Сб. тр. XVII Междунар. науч. конф. В 10 т. Т. 5. Секция 5 «Компьютерная поддержка производственных процессов» / Под общ. ред. B.C. Балакирева

- Кострома: изд-во Костромского гос. технол. ун-та, 2004. - С. 33-35.

73. Шишкарев М.П. Об ограничениях при выборе параметров некоторых типов адаптивных фрикционных муфт // Вестн. машиностроения. - 2001. - № 7. -С. 8-11.

74. Шишкарев М.П. Оптимизация величины коэффициента усиления адаптивных фрикционных муфт // Вестн. машиностроения. - 2003. - № 6. - С. 30-31.

75. Шишкарев М.П. Оценка максимальной точности срабатывания адаптивных фрикционных муфт 1-го поколения // Технологическая механика материалов: межвуз. сб. науч. тр. / Под ред. С.А. Зайдеса. - Иркутск: ИрГТУ, 2009. - С. 47-53.

76. Шишкарев М.П. Повышение эффективности защиты приводов машин от перегрузок адаптивными фрикционными муфтами: Автореф. дис....докт. техн. наук: 05.02.02. - Ростов-на-Дону, 2007. - 32 с.

77. Шишкарев М.П. Распределение нагрузки в муфте Н.Д. Вернера и выбор ее параметров // Вестн. машиностроения. - 2001. - № 6. - С. 8-11.

78. Шишкарев М.П. Синтез модифицированного адаптивного фрикционного контакта твердых тел второго поколения // Материалы 4-й Междунар. науч.-практ. конф. 2 марта - 3 марта 2011 г., г. Ростов-на-Дону. В рамках 14-й международной агропромышленной выставки «Интерагромаш-2011», Ростов н/Д, 2011. -С. 128-134.

79. Шишкарев М.П. Теоретические основы применения комбинированной обратной связи в адаптивных фрикционных муфтах // Вестн. машиностроения. -2005.-№7.-С. 16-19.

80. Шишкарев М.П. Точность срабатывания адаптивных фрикционных муфт // Тракторы и сельхозмашины. - 2009. - № 8.

81. Шишкарев М.П. Эволюционная классификация адаптивных фрикционных муфт // Вестн. машиностроения. - 2009. - № 11. - С. 33-36.

82. Шишкарев М.П. Эффективность применения адаптивных фрикционных муфт // Изв. вузов. Машиностроение. - 2001. - № 1.-е. 27-31.

83. Шишкарев М.П., Лущик A.A. Эксплуатационные характеристики адаптивной фрикционной муфты второго поколения с раздельным силовым замыканием // Тракторы и сельхозмашины. - 2013. - № 3. - С. 28-31.

84. Шишкарев М.П., Лущик A.A. Настройка адаптивной фрикционной муфты второго поколения // V науч.-практ. конф. Инновационные технологии в машиностроении и металлургии. Сборник статей, Ростов н/Д, 2013. - С. 121-127.

85. Шишкарев М.П., Лущик A.A. Настройка адаптивных фрикционных муфт второго поколения с раздельным силовым замыканием // V науч.-практ. конф. Инновационные технологии в машиностроении и металлургии. Сборник статей, Ростов н/Д, 2013.-С. 135-141.

86. Шишкарев М.П., Лущик A.A. Выбор силовых параметров адаптивной фрикционной муфты второго поколения с раздельным силовым замыканием // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: Материалы 7-й международной науч.-практ. конф. 25 февраля - 27 февраля 2014 г., г. Ростов-на-Дону. В рамках 17-й международной агропромышленной выставки «Интерагромаш-2014», Ростов н/Д, 2014, с. 202-206.

87. Шишкарев М.П., Лущик A.A. Выбор формы нагрузочной характеристики первого конструктивного варианта адаптивной фрикционной муфты с раздельным силовым замыканием // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: Материалы 7-й международной науч.-практ. конф. 25 февраля - 27 февраля 2014 г., г. Ростов-на-Дону. В рамках 17-й международной агропромышленной выставки «Интерагромаш-2014», Ростов н/Д, 2014, с. 206209.

88. Шишкарев М.П., Лущик A.A. Расчет силовых параметров адаптивной фрикционной муфты второго поколения с раздельным силовым замыканием // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: Материалы 7-й международной науч.-практ. конф. 25 февраля - 27 февраля 2014 г., г. Ростов-на-Дону. В рамках 17-й международной агропромышленной выставки «Интерагромаш-2014», Ростов н/Д, 2014, с. 212-215.

89. Шишкарев М.П., Лущик A.A., Угленко А.Ю. Адаптивные фрикционные муфты второго поколения. Исследование, конструкции и расчет: монография. -Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2013. - 236 с.

90. Шишкарев М.П., Лущик A.A., Угленко А.Ю., Кобзев К.О. Основы методологии расчета и проектирования адаптивных фрикционных муфт с раздельным силовым замыканием// Интернет-журнал «Науковедение». 2013, № 5 (18) [Электронный ресурс]. - М. 2013. - Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/17tvn513.pdf, свободный - Загл. с экрана.

91. Шишкарев М.П., Лущик A.A., Угленко А.Ю., Кобзев К.О. Специфика методик расчета и проектирования адаптивных фрикционных муфт с раздельным силовым замыканием // Интернет-журнал «Науковедение». 2013, № 5 (18) [Элек-

тронный ресурс]. - М. 2013. - Режим доступа: http://naukovedenie.nj/PDF/18tvn513.pdf, свободный - Загл. с экрана.

92. Шишкарев М.П., Угленко А.Ю. Модернизация адаптивной фрикционной муфты второго поколения// Сборка в машиностроении, приборостроении. — 2012. -№ 10.-С. 3-6.

93. Шишкарев М.П., Угленко А.Ю., Лущик A.A., Гавриленко М.Д. Исследование адаптивных фрикционных муфт второго поколения // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: Материалы 5-й международной науч.-практ. конф. 29 февраля - 1 марта 2012 г., г. Ростов-на-Дону. В рамках 15-й международной агропромышленной выставки «Интерагромаш-2012», Ростов н/Д, 2012. - С. 207-211.

94. Шишкарев М.П., Угленко АЛО., Лущик A.A., Гавриленко М.Д. Нагрузочная способность адаптивных фрикционных муфт с раздельным силовым замыканием // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: Материалы 5-й международной науч.-практ. конф. 29 февраля — 1 марта 2012 г., г. Ростов-на-Дону. В рамках 15-й международной агропромышленной выставки «Интерагромаш-2012», Ростов н/Д, 2012. - С. 212-216.

95. Шишкарев М.П., Угленко А.Ю., Лущик A.A., Гавриленко М.Д. Синтез принципиальных схем раздельного силового замыкания в адаптивных фрикционных муфтах второго поколения // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: Материалы 5-й международной науч.-практ. конф. 29 февраля - 1 марта 2012 г., г. Ростов-на-Дону. В рамках 15-й международной агропромышленной выставки «Интерагромаш-2012», Ростов н/Д, 2012. - С. 216— 218.

96. Шишкарев М.П., Фокин А.Е. Анализ динамических процессов в приводах машинных агрегатов с адаптивными фрикционными муфтами. // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения / Рост.-на-Дону гос. акад. с.-х. машиностроения.-Ростов-на-Дону, 2009.-С. 193-197.-Библиогр.: с. 197. Шифр 09-4303Б.

97. Dependence of the coefficient of friction on the sliding conditions in the high velocity range / Molinari A., Estrin Y., Mercier S.// Trans. ASME. J. Tribol. - 1999. -121,№ l.-C. 35-41.

98. Static friction of contactinq real surfaces in the presence of Sub - boundary lubrication / Polycorpou A.A., Etsion Jzhak // Trans. ASME. J. Tribol. - 1998. - 120, № 2. - C. 296-303.

99. Torque limiter EAS-element - protection against high torques - mayr [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: http://www.mayr.com/en/products/torque-limiters/eas-element/ (дата обращения 31.01.2014).