Диагностика пар трения в технических средствах

Надежное функционирование агроинженерных систем на современном этапе развития сельскохозяйственного производства имеет ключевое значение [2, 4, 5, 10]. Решение этой задачи предусматривает, в том числе создание технических средств и технологий, работающих на инновационных принципах [1, 3, 9, 11]. Особую важную роль при этом имеет корректная работа деталей с подвижным сопряжением. Это наиболее уязвимые составляющие энергонагруженных механизмов. Изменение внешних, а также внутренних условий, является причиной повреждений с последующим выходом из работы других элементов технических устройств.

Распространенные методы постоянного контроля подвижных сопряжений (измерение сил трения, а также износа, значений температуры, феррография и т.д.), обычно определяют только интегральные показатели фрикционных процессов, информируя о факте появлении патологических явлений как о свершившемся событии. Способ контроля, использующий анализ сигналов акустического излучения (АИ) позволяет исключить эти недостатки.

Цель данной работы — расширить рамки использования акустического способа для исследования пар трения.

Материалы и методы

Эксперименты выполняли на установке [8], представляющей собой машину торцевого трения, а также комплект аппаратуры аналогово-цифрового типа для определения фрикционных показателей сопряжений.

Сигнал АИ передается пьезопреобразователю (пьезокерамика   ЦТС-19), вмонтированным в держатель образца на определенном удалении, а также параллельно исследуемой поверхности трения. В ходе проведения опытов, регистрировалась величина силы трения, включая мгновенные значения переходного электросопротивления контакта.

Результаты и обсуждение

Анализ графических зависимостей (экспериментальные графики) амплитудночастотных показателей сигналов AИ в диапазоне 30 кГц...1 МГц показал, что при выполнении экспериментов в условиях трения смазываемых стальных поверхностей, был выявлен существенный подъем амплитуды в области частот 80...100 кГц (рис.1). Эта часть представляет собой среднюю частоту контактирования микронеровностей. Кроме того, увеличение скорости скольжения не вызывает смещение максимума амплитуд сигналов АИ в соответствующую сторону.

Рисунок 1 - Амплитудно-частотная характеристика (а) и характерный вид (б) осциллограммы сигналов АИ (длительность развертки 2-10-4 c)

На рис. 2 отражена корреляция средней амплитуды АИ в функции времени приработки. Здесь выделяются два периода. В периоде один (участок I), при значительной величине амплитуд АИ, видны их существенные колебания. Это происходит по причине того, что в области фрикционного контактирования из-за влияния локальных начальных давлений осуществляются процессы упругопластического деформирования. После упрочнения поверхностного слоя, а также образования вторичных структур, спустя некоторый временной отрезок осуществляется второй период (участок II), при котором происходит уменьшение амплитуды с несущественным варьированием их значений.

Рисунок 2 - Зависимость средней амплитуды AИ от времени приработки и внешний вид осциллограмм на соответствующих участках (длительность развертки 2.10-3 с)

II

При выполнении опытов также изучены состояния действующих сопряжений, близкие к развитию заедания так называемые предзадирные. Они определяются образованием некоторых пиков на осциллограмме (рис.3а). Далее происходит необратимый

Рисунок 3 - Осциллограмма, начальной фазы, развития (а) и собственно процесса (б) заедания

Заедание отражается на спектральном составе АИ. На рис.4 проиллюстрированы относительные уровни диапазонов частотных компонентов АИ, выделенных посредством острорезонансных фильтров на значениях частот 50, в том числе 100 и 350 кГц при корректном функционировании сопряжения, а также при заедании. Некорректная работа сопряжения связана с тем, что основная энергия излучения переходит в область низких частот. Это происходит из-за значительного увеличения шероховатости, в том числе падения количества пятен фактического контакта. Аналогичные показатели получены также в работах [7, 6].

Безразмерное отношение К=А 50 */ А 100 * применяется как диагностический параметр В случае когда К<1 – процесс происходит в пределах нормального граничного трения. При К>1- осуществляется процесс нежелательного заедания.

Начальная фаза образования заедания определяется безразмерным параметром – К 1 =А пик / А ср . Этот параметр больше 1. И чем больше это значение, тем процесс развития заедания становится больше. Эти параметры безразмерные.

а)

б)

Рисунок 4 - Спектральный состав АИ при нормальном функционировании (а) и при заедании (б)

Выводы.

• 1.    Метод позволяет исключить сигналы технологических шумов, не относящихся к функционированию пар трения.

• 2.    Метод способен определять сигналы наиболее актуальной пары трения путем установки датчиков в непосредственной близости к интересуемому участку.

• 3.    Монтаж не сложен.

• 4.    Автоматический контроль не затруднителен.

Таким образом, в настоящее время этот метод представляет собой практичный, перспективный и приемлемый инструмент определения фрикционных процессов.