Декабрь 2021
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТРЕНИЯ ПРИ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЯХ АМОРТИЗАТОРОВ СО СТАЛЬНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ ТРЕНИЯ

Если при расчете фрикционных амортизаторов точно опре­деляются силовые взаимодействия между фрикционными эле­ментами с учетом их упругих свойств и соблюдаются условия однообразия износа поверхностей трения в лабораторных усло­виях и в натуре, то формулы (9) и (11) для определения коэф­фициентов трения, полученные в лабораторных условиях, вполне применимы для расчета новых амортизаторов. Однако для большинства амортизаторов, работающих при высоких скоро­стях удара (и>3 м/сек), расчет силовых взаимодействий, осно­ванный на предположении абсолютной жесткости фрикци­онных элементов, дает существенные погрешности при оценке усилий, особенно в первой половине хода амортизатора. Фактическая сила сопротивления вначале оказывается значи­тельно меньше. Например, на фиг. 19 показана одна из силовых характеристик 1 фрикционного аппарата Ш-1-Т, полученная при испытании на копровой установке при ударе со скоростью и0 = = 2,2 м/сек, и характеристика 2, рассчитанная с учетом измене­ния коэффициентов трения при ударе со скоростью Уо=2 м/сек, но в предположении абсолютной жесткости фрикционных эле­ментов.

Указанное отличие в силах связано с влиянием упругих свойств фрикционных элементов и корпуса амортизатора. Это обстоятельство экспериментально изучил И. В. Селинов [35], который показал, что при ударе возникают упругие колебания, приводящие к своеобразным «отскокам» деталей, резко изме­няющим соотношения сил между элементами амортизатора. Большое значение здесь имеет наличие угла у (см. фиг. 2), спо­собствующего возникновению поперечных сил при ударе. Наи­больший отскок бывает в начале удара, а на второй половине хода влияние отскоков практиче­ски прекращается.

Фиг. 19. Силовые характери­стики поглощающего аппарата Ш-1-Т с приработанными поверх­ностями.

подпись: 
фиг. 19. силовые характеристики поглощающего аппарата ш-1-т с приработанными поверхностями.
Кроме этого, в натурных ^.амортизаторах встречаются и другие осложняющие обстоятель­ства, например скачкообразный процесс изменения сил трения.

Перечисленные особенности проявляются в амортизаторах весьма сложно, так как одновре­менно работает много поверхно­стей трения, причем изменение условий трения на одной из них влечет за собой изменение сил на других. Поэтому дать теоре­тический анализ этих явлений в виде зависимости, приемлемой для практических расчетов, весьма трудно. Возникает необходимость определять величину и закономерность изменения коэффициентов трения для каж­дого типа амортизатора не только по лабораторным испытаниям. на моделях, но и по результатам испытаний натурных аморти­заторов.

При определении осредненной величины коэффициентов тре — , ния по результатам натурных испытаний возможны следующие варианты оценки этих коэффициентов: а) для главных поверх­ностей, задавшись коэффициентами трения на вспомогательных;

Б) для всех поверхностей, полагая их одинаковыми.

Определение коэффициентов трения для главных поверхно­стей. Для амортизаторов с клиновым распором (типа аппарата. Ш-1-Т) коэффициенты трения на вспомогательных поверхностях, как правило, оказываются значительно меньше, чем «на главных, вследствие другого характера износа и приработки. На вспо­могательных поверхностях обнаруживается полировальный эф­фект, возникающий во время приработки, и отсутствуют задиры, обычно ярко выраженные на главных поверхностях, если твер­дость их невелика. При этом вследствие незначительных скоро­стей скольжения коэффициенты трения на вспомогательных по­верхностях следует считать квазистатическими. По опытам

3 Зак. 2/544 33

И. В. Селинова на моделях их величина составляет }всп = = р,12-ь-0,18, а для аппарата Ш-1-Т в среднем /дСЛ = 0,15.

Средний коэффициент трения / для главных поверхностей определяется по силовым характеристикам, полученным опыт­ным путем. Для разных сил, меняющихся в процессе сжатия, определяют ( в изложенном выше порядке (см. п. 1 гл. II). По­скольку — каждому моменту сжатия соответствует своя скорость скольжения и, представляется возможным установить зависи­мость /(^)> которая выразится уравнением (9):

/=/0е-*’.

Таблица 3

О0 в м сек

*

‘ всп

2,42

0,51

. 0,39

2,80

0,54

0,41

". 3,14

0,57

0,43

3,43

0,59

0,44

подпись: таблица 3
о0 в м сек
* ' всп
2,42 0,51 . 0,39
2,80 0,54 0,41
". 3,14 0,57 0,43
3,43 0,59 0,44
Значения величин /о и Ь для аппаратов Ш-1-Т с номиналь­ными геометрическими параметрами св=51°30′, (3=11° и ^=2° при разной степени приработки поверхностей трения даны в табл. 2.

Таблица 2

Степень прира­ботки поверхно­стей трения

Значения коэффици­ентов

Ь в сек/м

Хорошая. . .

0,41—0,43

0,08—0,10

Малая и сред­

Няя….

0,37—0,40

0,08—0,10

подпись: степень прира-ботки поверхностей трения значения коэффициентов
 /о ь в сек/м
хорошая . . . 0,41—0,43 0,08—0,10
малая и сред 
няя .... 0,37—0,40 0,08—0,10

Зависимость (9) и значение параметров справедливы не на всем ходе сжатия амортизатора, а только на участке от 50 до 70% его хода в конце сжатия, когда упругие колебания, прояв­ляющиеся в начале хода, прекращаются — и когда происходит поглощение до 80% энергии, воспринимаемой аппаратом. Коэф­фициент трения, так же как при лабораторных испытаниях, ‘ практически не зависит от удельного давления р на поверхно­стях трения.

Изменение величины коэффициента трения / и параметра Ь по сравнению с модельным’и вызвано наличием упругих колеба­ний, происходящих в начале хода аппарата. Коэффициент тре­ния f получается в отличие от модельных испытаний не зави­сящим от начальной скорости удара ио. Это объясняется сле­дующими ‘ особенностями работы аппарата. Для данного типа аппарата характерны резкое нарастание силы удара в конце хода и весьма высокая «чувствительность» его к изменению ко­эффициента трения I (подробнее это изложено в гл. III). Вслед­ствие этого случайные отклонения величины коэффициента тре­ния которые всегда бывают при сухом трении, оказываются более существенными, чем изменение коэффициента / от началь­ной скорости удара о0.При испытаниях аппарата Во-Гуд явления упругих колеба­ний и «отскоков» деталей проявляются в более сильной форме, чем у аппарата Ш-1-Т. Это происходит из-за большого угла на­клона у главных поверхностей трения к оси аппарата (у аппа­рата Во-Гуд 7 =22°). Как показали исследования И. В. Сели — нова, в данном случае упругие* колебания настолько велики, что иногда приводят к. полному «отскоку» и отсутствию сил прижатия клиньев к главным поверхностям трения в начале хода. В конце хода эти явления прекращаются. Величины коэф­фициентов трения на глазных и вспомогательных поверхностях аппаратов* Во-Гуд в конце хода приведены в табл. 3. Из послед­ней в’идно, что наблюдается увеличение коэффициентов трения с повышением начальной скорости удара Vo. Однако наличие «отскоков» в начале хода аппарата снижает это увеличение по — сравнению с полученным при модельных испытаниях.

Определение осредненных коэффициентов трения в предпо­ложении их равенства для всех поверхностей трения. Как указы­валось выше, в данном случае коэффициенты трения следует ^определять отдельно по величине энергии Э, воспринимаемой : амортизатором (назовем этот коэффициент /*), и по величине силы удара Р (обозначим его через ).. Результаты такого

* определения, как правило, дают разные, значения коэффициен­тов трения. При этом определение коэффициента трения по ве — ‘ личине энергии дает осредненное значение коэффициента на ’.всем пути поглощения энергии. Определение коэффициента / по силе Р дает значение коэффициента, соответствующего концу сжатия, когда скорость скольжения равна нулю и коэффициент ^ получает наибольшее значение.

Рассмотрим результаты определения коэффициента трения / Обработка большого количества опытных данных, получен­ных в разное время при испытании поглощающих аппаратов Ш-1-Т на копровых установках и при соударении вагонов, дает различные значения средних коэффициентов трения? р и

— (табл. 4) для аппаратов с хорошо приработанными поверхно­стями.

Таблица 4

Условия испытания

Место и время испытаний

Значения коэффици­ентов

И

Копер с грузом 4 т

БИТМ, 1956 г.

0,292

0,281

Копер с грузом 4 т

Уралвагонзавод, 1958 г.

0,294

0/77

Копер с грузом 12 т

ЦНИИ МПС, 1959 г.

0,278

Соударение вагонов весом

130 т

Уралвагонзавод, 1958 г.

0,288

0,274

Соударение вагонов весом 123 т

ЦНИИ МПС, 1959 г.

0,293

0,281

подпись: таблица 4
условия испытания место и время испытаний значения коэффици-ентов
 *р и
копер с грузом 4 т битм, 1956 г. 0,292 0,281
копер с грузом 4 т уралвагонзавод, 1958 г. 0,294 0/77
копер с грузом 12 т цнии мпс, 1959 г. 0,278
соударение вагонов весом
130 т уралвагонзавод, 1958 г. 0,288 0,274
соударение вагонов весом 123 т цнии мпс, 1959 г. 0,293 0,281

Эти значения коэффициентов трения получены для погло­щающих аппаратов Ш-1-Т с номинальными геометрическими параметрами (см. фиг. 2) а*=51о30′; р=11°; 7 = 1°50′; 201 =

= 120° и хорошо приработанными поверхностями трения. В экс­плуатации находятся амортизаторы с разной степенью прира­ботки поверхностей, поэтому соответственно меняются и коэф­фициенты трения. Поскольку энергия Э, воспринятая амортиза­тором при полном ходе хпо, п и сила удара Р однозначно связаны с величиной коэффициента трения /, то закономерность изменения величины Э в процессе приработки в определенном

О

подпись: о

1

подпись: 1

6 Годы

подпись: 6 годы

Фиг. 20. Изменение эффективности Э и расчет­ного коэффициента трения для аппарата Ш-1-Т за время эксплуатации (штриховкой по­казана зона рассеивания эффективности!).

подпись: фиг. 20. изменение эффективности э и расчет-ного коэффициента трения для аппарата ш-1-т за время эксплуатации (штриховкой показана зона рассеивания эффективности!).Масштабе является и закономерностью из­менения коэффициента трения.

На фиг. 20 пред­ставлен график измене­ния эффективности ап­парата Ш-1-Т с незака­ленным корпусом в процессе эксплуатации и даны соответствую­щие значения коэффи­циента 1Э. Рассеивание величин Э и /о по отно­шению к их среднему значению (для определенной степени приработки) можно счи­тать подчиняющимся закону нормального распределения Гаусса.

Таблица 5

подпись: таблица 5Если разделить основной диапазон изменения эффективно­сти Э на две части по состоянию поверхностей трения (линией а—б показана граница хорошей приработки), то для прибли­женных расчетов аппаратов, подобных Ш-1-Т, можно рекомен­довать следующие значения коэффициентов трения (табл. 5).

Степень при­работки по­верхностей трения

Значения коэффициентов

Степень при­работки поверхностен

Значения коэффициентов

Ї э

■ р

И

— р

Хорошая.

0,274—0,281

0,288-0,292

Хорошая.

0,35—0,40

0,46—0,50

Малая и

Малая и

Средняя.

0,260—0,270

0,270-0,280

Средняя.

0,28—0,34

0,39—0,45

Таблица 6

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТРЕНИЯ ПРИ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЯХ АМОРТИЗАТОРОВ СО СТАЛЬНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ ТРЕНИЯ

Поскольку значения коэффициентов трения 1р и /э найдены путем подстановки в определенные формулы полученных из опыта значений силы Р и энергии Э, следовательно, и обрат­ный путь — вычисление силы Р и энергии Э по этим коэффи­

Циентам даст результаты, совпадающие с опытом. Однако это будет только при условии использования указанных формул для амортизаторов одинаковой конструкции с испытанными и мало отличающимися геометрическими параметрами а, р и] (см. фиг. 2).

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТРЕНИЯ ПРИ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЯХ АМОРТИЗАТОРОВ СО СТАЛЬНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ ТРЕНИЯЕсли в проектируемом амортизаторе указанные геометриче­ские параметры значительно отличаются от параметров аппа­рата Ш-1-Т, то следует внести коррективы в величину расчет­ного коэффициента трения. Например, влияние угла а учиты­вается следующим эмпирическим соотношением, проверенным для а от 38 до 53°:

(12)

Где /’ — коэффициент трения при угле а;

/—коэффициент трения, взятый из табл. 5 для а = 51°30′.

При проектировании амортизаторов с клиновым распором угол 7, как правило, приходится делать небольшим, близким к 2°, а изменение угла р вообще сравнительно мало влияет на величину I.

Влияние изменения углов а и 7 на коэффициенты трения свя­зано со сложными специфическими особенностями работы амор­тизаторов: при разных углах изменяются условия «отскока» в начале ударного сжатия; изменяются скорости скольжения и давления на поверхности трения.

Обработка результатов испытания поглощающих аппаратов, подобных Во-Гуд (см. фиг. 10, а), с углом у = 22° дает значения осредненных коэффициентов трения, приведенные в табл. 6.

Амортизаторы с кольцевыми пружинами работают со смаз­кой при граничном трении, поэтому в нормальной работе вели­чина коэффициентов трения f изменяется мало, этому способ­ствует и отсутствие вспомогательных поверхностей трения. Ко­эффициенты трения I определялись по результатам испытания поглощающих аппаратов с двумя комплектами кольцевых пру­жин (см. фиг. 6) со следующими геометрическими параметрами: первый комплект с числом колец ^1 = 8 и размерами а — 33 мм, 6 = 18 мм, (3^15°; второй комплект имел /22 =17, а = 35 мм, 6 = = 18 мм, (3~15°. При этом получено значение осредненных ко­эффициентов трения ~0,20. Испытания указанных амор­

Тизаторов с сухими поверхностями трения не проводились.

Все приведенные выше значения коэффициентов трения справедливы при температурах окружающего воздуха в преде­лах + 40-: 20° С. При———- значительном понижении температуры

Коэффициенты трения заметно повышаются. А. А. Дычко [9] в результате проведения специальных исследований по оценке влияния температур на коэффициенты трения для амортизаторов со стальными поверхностями установил, что при температурах ниже —25° С наступает резкое повышение коэффициентов

Трения, связанное в основном со значительным замедлением процессов атмосферной коррозии. При ‘низких температурах по­верхности трения в меньшей мере покрываются пленками окис­лов, склонность к молекулярному схватыванию повышается. По данным А. А. Дычко коэффициент трения для стальных поверх­ностей при понижение температуры от —25 до —35° С может увеличиться с 0,3 до 0,5. Более точная оценка расчетных коэф­фициентов трения при низких температурах требует дополни­тельных исследований. Указанные особенности нужно прини­мать во внимание при проектировании амортизаторов, рабо­тающих в условиях низких температур.

Комментарии запрещены.