Параметры дискретного микрорельефа при его накатке шлифовальной лентой

Известно, что формирование микроуглублений на поверхности коллектора шлифовальной лентой обеспечивает многократное повышение износостойкости коллектора электрических машин [1]. Однако достигается это при определенном соотношения между площадью микроуглублений и площадью поверхности коллектора. Поэтому важной задачей при формировании микроуглублений является необходимость обеспечить требуемую долю площади микроуглублений на поверхности коллектора.

Анализ последних исследований и публикаций свидетельствует, что внедрение в поверхностный слой коллектора электрических машин графита существенно повышает его износостойкость. [1-6]. Например, в работе [2] насыщение углеродом поверхности коллектора осуществляется за счет электроискрового воздействия на поверхность коллектора графитовым электродом. В работах [3-6] поверхность коллектора насыщается углеродом за счет предварительного динамического воздействия на обрабатываемую поверхность инструментом, колеблющимся с ультразвуковой частотой, и подачи в зону обработки суспензии, состоящей из графита и керосина в соотношении один к пяти. В работах [7-9] предлагается предварительно создать на поверхности коллектора микроуглубления за счет накатки поверхности шлифовальной лентой, а затем при работе электродвигателя отходы от износа графитовых щеток будут заполнять микроуглубления и играть роль твердой смазки. Показано, что эффективность этого процесса во многом зависит от степени насыщения поверхностного слоя коллектора графитом. Поэтому следует регламентировать этот процесс. В работах [10,11] представлена математическая модель формирования микроуглублений на поверхности коллектора, которая позволяет прогнозировать процесс формирования микроуглублений. Данная модель требует уточнения и проверки достоверности, чему и посвящена данная статья.

Целью статьи является определение доли площади микроуглублений на поверхности коллектора при накатке шлифовальной лентой разной зернистости и с разным числом проходов и сопоставление полученных результатов с ранее выполненным математическим моделирование процесса формирования микроуглублений.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

верхности коллектора. Далее эта фотография с помощью программы «ImageJ» переводилась в 8 бит формат, чтобы изображение было черно белым, где белый цвет – искомая поверхность. На белом фоне более четко видны черные углубления. Эта же программу использовалась для определения доли черного цвета на белом фоне, что и является долей микроуглублений. На каждом коллекторе на различных его участках выполнялось по три таких измерения, на основе которых определялось среднее значение и среднее квадратическое отклонение из трех измерений (мм).

Доверительный интервал результатов из трех указанных выше измерений определялся по критерию Стьюдента. Для этого по таблице Стьюдента с доверительной вероятностью 0,95 при числе степеней свободы находился коэффициент Стьюдента, который для числа измерений

, составлял .Тогда доверительный интервал равен:

Границами доверительного интервала являются:

Smax = Н 0,5s; 5™ =5-0,5*.

Результаты измерения могут использоваться для проверки адекватности математической модели формирования микроуглублений на поверхности коллектора накаткой шлифовальной лентой, ранее опубликованной в работах [10, 11]. Если вычисленное по математическим зависимостям значение относительной площади, занимаемой микроуглублениями, находится внутри доверительных границ, то вычисленное значение считается адекватным опытным данным. В противном случае, математическая модель признается не адекватной результатам опытов.

На рис. 1 показаны доля микроуглублений, полученных при накатке шлифовальной лентой зернистостью Р12 при числе проходов, равным 3, границы доверительного интервала и вычисленная по представленным в работах [10, 11] математическим зависимостям.

Рис. 1. Доля микроуглублений на поверхности коллектора при их формировании шлифовальной лентой зернистостью Р12 при числе проходов 3: 1– среднее замеренное значение, 2 и 3 – границы доверительного интервала, 4 – вычисленное по математической модели

Как видно из. рис. 1, среднее значение доли микроуглублений на поверхности коллектора при формировании их шлифовальной лентой зернистостью Р12 при числе проходов 3 составляет 0,05, а верхняя и нижняя границы доверительного интервала составляют 0,078 и 0,02 соответственно. Это невысокое значение доли микроуглублений, которое слабо влияет на износостойкость коллектора. Из графика 1 видно также, что вычисленное по математической модели значение доли площади, занимаемой микроуглублениями, находится между верхней и нижней границами доверительного интервала, поэтому вычисленное значение принимаем адекватным опытным данным.

На рисунке 2 показаны те же зависимости, но при числе проходов, равным 1.

Как видно из. рис. 2, при одном проходе доля площади микроуглублений уменьшается почти в 2,5 раза, и примерно на столько же уменьшаются значения границ доверительного интервала. Вычисленное по математической модели значение доли площади, занимаемой микроуглублениями,

Рис. 2. Доля микроуглублений на поверхности коллектора при их формировании шлифовальной лентой зернистостью Р12 при числе проходов 6:

1 – среднее замеренное значение, 2 и 3 – границы доверительного интервала,

4 – вычисленное по математической модели находится между верхней и нижней границами доверительного интервала, поэтому вычисленное значение принимаем адекватным опытным данным.

На рисунке 3 показаны доля микроуглублений, образованных на поверхности коллектора шлифовальной лентой зернистостью Р32 при числе проходов, равным 3, границы доверительного интервала и доля микроуглублений, вычисленная по представленным в главе 2 математическим зависимостям.

Рис. 3. Доля микроуглублений на поверхности коллектора при их формировании шлифовальной лентой зернистостью Р32 при числе проходов 3:

1 – среднее замеренное значение, 2 и 3 г– раницы доверительного интервала, 4– вычисленное по математической модели

Как видно из. рис.3, доля микроуглублений, созданная боле крупнозернистой шлифовальной лентой более чем в 3 раза выше, чем созданная при тех же 3 проходах более мелкозернистой шлифовальной лентой. Объясняется это тем, что более крупнозернистый инструмент, хотя и имеет на рабочей поверхности меньшее число абразивных, но оставляет микроуглубления большей площади, которая в квадратичной зависимости находится от глубины микроуглублений. Последний фактор является преобладающим, поэтому при использовании крупнозернистой шлифовальной ленты доля площади микроуглублений на поверхности коллектора возрастает. Это согласуется с результатами математического моделирования, так как, как видно из рис. 3, вычисленное по математиче- ской модели значение доли площади, занимаемой микроуглублениями, находится между верхней и нижней границами доверительного интервала. Поэтому вычисленное значение принимаем адекватным опытным данным.

На рисунке 4 показана доля микроуглублений, образованных на поверхности коллектора шлифовальной лентой зернистостью Р32 при числе проходов, равным 6, границы доверительного интервала и доля микроуглублений, вычисленная по математическим зависимостям.

Рис. 4. Доля микроуглублений на поверхности коллектора при их формировании шлифовальной лентой зернистостью Р32 при числе проходов 6:

1 – среднее замеренное значение, 2 и 3 – границы доверительного интервала,

4 – вычисленное по математической модели

Как видно из. рис. 4, доля микроуглублений, образованных при 6 проходах шлифовальной ленты возросла в 1,5 раза по сравнению с долей площади микроуглублений, образованных при 3 проходах. Объясняется это частичным перекрытием микроуглублений, образованных при повторных проходах, как если бы перекрытие не наблюдалось, то доля площади микроуглублений при 6 проходах должна была бы возрасти до 0,36, т. е. в более чем в 2 раза. Поэтому с увеличением числа проходов степень перекрытия микроуглублений возрастает, что согласуется с результатами математического моделирования. Из рис. 4 видно, что вычисленное по математической модели значение доли площади, занимаемой микроуглублениями, находится между верхней и нижней границами доверительного интервала, поэтому вычисленное значение принимаем адекватным опытным данным.

Таким образом, выполненные исследования показали, что доля микроуглублений, определяемая по математическим зависимостям, находится внутри доверительного интервала экспериментальных значений, поэтому математическую модель формирования микроуглублений на поверхности коллектора следует считать адекватной опытным данным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследования показали, что доля площади, занимаемая на поверхности коллектора микроуглублениями, возрастает с увеличением зернистости шлифовальной ленты. Объясняется это тем, что более крупные зерна оставляют более глубокие микроуглубления, а так как их площадь зависит от глубины в квадратичной степени, то это и приводит к увеличению доли площади микроуглублений на поверхности коллектора с увеличением зернистости инструмента. При повторных проходах часть углублений перекрывается между собой, и поэтому с увеличением числа проходов инструмента ходя доля площади микроуглублений и возрастает, но не в прямой зависимости от числа проходов. Численные сравнения значений доли микроуглублений на поверхности коллектора, определяемыми по математической зависимости, находится внутри доверительного интервала экспериментальных значений. Поэтому математические зависимости следует признать адекватными опытным данным.