Tribo-Oboseala

Tribo -oboseala  este o ramură a mecanicii care studiază deteriorarea cauzată de uzură-oboseală (ILE) și distrugerea sistemelor de tribo-oboseală [1] [2] [3] [4] . Tribo-oboseala a fost creată la intersecția tribologiei și mecanicii deteriorării prin oboseală și distrugerii materialelor și elementelor structurale (Figura 1). Termenul de tribo-oboseală (tribo (greacă) - frecare, oboseală (franceză, engleză) - oboseală) este adoptat în standardul interstatal GOST 30638-99 „Tribofatigue. Termeni și definiții” [5] . Acest termen este inclus în Enciclopedia Belarusa [6] și Dicționarul Enciclopedic Mare [7] .

Fondatorul tribo-oboselii este doctor în științe tehnice, profesorul Leonid Sosnovsky [8] [9] [10] .

Obiecte de studiat

Tribo-oboseala este orice sistem mecanic în care procesul de frecare se realizează în oricare dintre manifestările sale (la rulare , alunecare , alunecare, impact , eroziune etc.) și care simultan percepe și transmite tranzitiv o volumetrică repetitiv variabilă (în special, ciclică). ) sarcina [11] . De regulă, acestea sunt produse responsabile. Deci, în sistemul roată/șină , frecarea este detectată în timpul rulării , alunecării , alunecării și unul dintre elementele sale - șina este supusă în plus la îndoire , tensiune-compresie , torsiune . Prin urmare, performanța sa este determinată de un IPM complex - oboseală mecanică de contact. În sistemul arborelui cotit / capul bielei , se realizează frecarea de alunecare , iar pivotul arborelui este supus simultan la îndoire cu torsiune . În consecință, performanța sa este determinată de un complex IFP - oboseală de frecare-mecanică. Într-o varietate de îmbinări de tip arbore/manșon , are loc frecarea de alunecare ( fretting ), iar arborele este supus suplimentar la îndoire rotațională . Iar performanța sa este determinată de un IEP complex - oboseală de îngrijorare. Dacă studiem conducta sistemului / fluxul de fluid ( ulei ), atunci se realizează frecare hidrodinamică în acesta , iar conducta este încărcată simultan cu presiune internă revariabilă . Prin urmare, performanța sa este determinată de un IEP complex - oboseală coroziune-mecanică (sau coroziune-eroziune). În mod similar , oboseala mecanică prin radiații este tipică pentru conductele circuitului primar al unei centrale nucleare .

Astfel, în esență, un sistem tribo-oboseală este orice pereche de frecare, cel puțin unul dintre elementele căreia este încărcat suplimentar și simultan cu o sarcină în vrac (fără contact). În aproape fiecare mașină modernă (mașină, avion, mașină-uneltă etc.) există cel puțin un sistem tribo-oboseală, care, de regulă, este puternic încărcat și determină în mare măsură fiabilitatea operațională a produsului. De aici rezultă că marea semnificație tehnică și economică pentru tehnologia modernă a problemelor de frecare și uzură (studiată în tribologie), pe de o parte, și problemele de deteriorare și distrugere prin oboseală (studiată în mecanica oboselii materialelor) , în schimb, crește de multe ori atunci când fenomene de deteriorare parțială (oboseală, frecare și uzură) se realizează simultan și în comun sub formă de IEP complex (studiat în tribo-oboseală).

Conținut principal

Tabelul 1 rezumă conținutul principal al tribo-oboselii în comparație cu tribologia și oboseala mecanică , care sunt sursele sale. Iar figura 1 indică principalele efecte stabilite și studiate în tribo-oboseala.

Efect direct: influența proceselor și condițiilor de frecare și uzură asupra modificării caracteristicilor de rezistență la oboseală ale unui sistem tribo-oboseală și/sau ale elementelor acestuia. S-a stabilit experimental [4] că frecarea și uzura pot reduce brusc (de 3-7 sau mai multe ori) și pot crește semnificativ (cu 30-40%) limita de rezistență σ −1 a elementelor structurale (Figura 2).

Efect invers: influența tensiunilor alternante repetitiv asupra modificării caracteristicilor de frecare și uzură ale unui sistem tribo-oboseală și/sau ale elementelor acestuia. S-a stabilit experimental [4] că solicitările ciclice de la o sarcină de volum, excitată în zona de contact, pot, în funcție de condiții, fie să reducă, fie să crească rezistența la uzură a unei perechi de frecare (cu 10-60% sau mai mult).

Efectul interacțiunilor Λ de deteriorare (funcția Λ σ\τ ) se datorează tensiunilor normale (indice σ) de la sarcinile în vrac fără contact ( oboseală ) și tensiunilor de frecare (indice τw ) ( frecare și uzură ). Conform acestui efect, daunele de la diverse sarcini (de contact și în vrac) nu sunt însumate, ci interacționează dialectic [1] [2] [3] .

Calculul sistemelor de tribo-oboseală

În tribo-oboseală se formulează principii și se dezvoltă metode [4] [12] pentru calcularea sistemelor de tribo-oboseală pentru rezistență, rezistență la uzură, fiabilitate, durabilitate, ținând cont de riscul (siguranța) exploatării [13] .

Sistemul de proiectare tribo-oboseală (TF) vă permite să stabiliți și să rezolvați probleme:

• determinarea diametrului arborelui necesar, ținând cont de efectul direct,
• determinarea zonei de contact necesare a elementelor sistemului, ținând cont de efectul invers,
• alegerea materialelor pentru ambele elemente ale sistemului,
• stabilirea cerințelor pentru valoarea coeficientului de frecare,
• calculul durabilității sistemului și a elementelor sale,
• evaluarea fiabilității sistemului în condiții de funcționare specificate,
• calcularea factorilor de risc și a indicatorilor de funcționare în siguranță a sistemului.

Figura 3 oferă o analiză comparativă a metodelor de calculare a sistemelor de putere în funcție de criteriile tribo-oboselii (parametrii cu indicele TF), în funcție de criteriile de oboseală mecanică (parametrii cu indicele F), precum și în funcție de parametrul tribologic - coeficientul de frecare. Pe toate graficele, linia punctată orizontală înseamnă că atunci când se calculează în funcție de criterii individuale de oboseală mecanică sau tribologie, parametrii necesari sunt luați ca uni. Liniile punctate curbilinii descriu efecte directe sau inverse, cu condiția ca funcția de interacțiune de deteriorare Λ σ/τ =1. Liniile rămase (solide) caracterizează aceste efecte, ținând cont de diferite condiții de interacțiune a avariei: la Λ σ/τ >1 se implementează predominant procese de înmuiere, la Λ σ/τ <1, predominant sunt implementate procese de întărire.

Să comentăm pe scurt, de exemplu, cu privire la determinarea secțiunii transversale necesare a arborelui. Diametrul său d F , adoptat după cunoscuta metodă de calcul a oboselii mecanice, va fi considerat egal cu unu: d F =1.

Dacă arborele este un element al sistemului de putere, atunci luând în considerare influența proceselor de frecare și uzură, caracterizate în general prin valoarea relativă a tensiunilor de frecare τ W 2 /τ f 2 , duce la faptul că, pentru a-i asigura rezistența fiabilitate, valoarea lui d TF poate fi fie semnificativ mai mică (de exemplu, 0,9 d F ), fie semnificativ mai mare (de exemplu, 1,3 d F ) valoarea lui d F ; depinde de raportul proceselor de călire-înmuiere implementate (Λ σ/τ >1 sau Λ σ/τ <1).

Analiza altor grafice din Figura 3 duce la concluzii similare atunci când alegeți zona de contact necesară, proprietățile materialului, coeficientul de frecare.

Aceasta înseamnă că în tribo-oboseală se îndepărtează de calculul tradițional al pieselor individuale și se trece la calculul și proiectarea sistemelor mecanice [8] .

Mașini de testare

Până în prezent, în cadrul tribo-oboselii, au fost dezvoltate și standardizate metode de testare la uzură-oboseală . Folosind metodele dezvoltate și pe baza unui număr de invenții , a fost creată o nouă clasă de echipamente de testare  - mașini din seria SI / SZ pentru testarea la uzură-oboseală a materialelor, modele de perechi de frecare și sisteme tribo-oboseală (Figura 4). Caracteristica principală a unor astfel de mașini este utilizarea dimensiunilor standard unificate ale obiectelor de testare (Figura 5). Acest lucru asigură o comparație corectă a rezultatelor testelor efectuate în diferite condiții.

Caracteristicile tehnice ale mașinilor din seria SI/SZ sunt reglementate de cerințele standardului interstatal GOST 30755-2001 „Tribofatigue. Mașini de testare la uzură-oboseală. Cerințe tehnice generale” [14] . Principalele metode de testare sunt standardizate.

Tribo-Oboseala pentru productie

O serie de proiecte complexe au fost realizate în interesul producției. Printre ei:

– Hi-Tech: cuțite turnate pentru aparatele de tăiat și tocat ale mașinilor de recoltat furaje de înaltă performanță [15] [16] [17] [18] [19] ;

– Fiabilitatea operațională a părții liniare a conductei de petrol [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] ;

– Hi-Tech: șine din fontă [33] [34] [35] [36] [37] [15] [38] [39] [40] [41] ;

– Roți dințate mari [42] [43] [44] [36] [15] [45] [46] .

Note

1. ↑ 1 2 Sosnovsky, L. A. Fundamentele tribo-oboselii: manual. indemnizatie: [adăug. Ministerul Educației Rep. Belarus ca ajutor didactic pentru studenții instituțiilor de învățământ superior tehnic] / L. A. Sosnovskiy. - Gomel: BelSUT, 2003. - T. 1. - 246 p.; T. 2. - 234 p.
2. ↑ 1 2 Sosnovskiy, LA Tribo-Oboseala. Wear-Fatigue Damage and its Prediction / LA Sosnovskiy // Series : Foundations of Engineering Mechanics, Springer, 2005. - 424 p.
3. ↑ 1 2 摩擦疲劳学 磨损 - LA 索斯洛夫斯基著, 高万振译 - 中国矿业大学出版社, 2013. - 324 p.
4. ↑ 1 2 3 4 Sosnovsky, L. A. Mecanica daunelor de uzură-oboseală / L. A. Sosnovsky. - Gomel: BelSUT, 2007. - 434 p.
5. ↑ Tribo-Oboseala. Termeni și definiții (standard interstatal): GOST 30638-99. - Introduce. 17.06.1999. - Mn. : Mezhgos. Consiliul pentru Standardizare, Metrologie și Certificare: Bielorusia. stat in-t de standardizare și certificare, 1999. - 17 p.
6. ↑ Trybafatyka // Enciclopedia belarusă. - Minsk: Enciclopedia belarusă, 2002. - T. 15. - P. 542.
7. ↑ Tribo-Oboseala // Marele Dicţionar Enciclopedic Belarus / ed. colegiu: T. V. Belova (redactor-șef) și alții - Minsk: Belarus. ciclează. numit după P. Broki, 2011. - P. 354.
8. ↑ 1 2 Vysotsky, M.S. Un cuvânt nou în mecanică / M.S. Vysotsky // Știință și inovații. - 2010. - Nr. 9 (91). – P. 17–19.
9. ↑ Vityaz, P. A. Om de știință mecanic Leonid Adamovich Sosnovsky (la o biografie științifică) / P. A. Vityaz, M. S. Vysotsky, V. A. Zhmailik // Tr. VI Simpozion Internațional de Tribo-Oboseală (ISTF 2010), 25 oct. – 1 nov. 2010, Minsk (Belarus) / comitet editorial. : M. A. Zhuravkov (prev.) [și alții]. - Minsk: BGU, 2010. - T. 1. - S. 55–64.
10. ↑ Zhuravkov, M. A. Personality. Om de stiinta. Poet / M. A. Zhuravkov // Personalitate. Om de stiinta. Poet / ed. ed. V. I. Senko. - Gomel: BelSUT, 2015. - C. 8-19.
11. ↑ Shcherbakov, S. S. Mecanica sistemelor de tribo-oboseală / S. S. Shcherbakov, L. A. Sosnovskiy. - Minsk: BGU, 2011. - 407 p.
12. ↑ Sosnovsky, L. A. Probleme fundamentale și aplicate ale tribo-oboselii: un curs de prelegeri / L. A. Sosnovsky, M. A. Zhuravkov, S. S. Shcherbakov. - Minsk: BGU, 2011. - 488 p.
13. ↑ Sosnovsky, L. A. L-Risk (mecanotermodinamica daunelor ireversibile) / L. A. Sosnovsky. - Gomel : BelGUT, 2004. - 317 p.
14. ↑ Tribo-Oboseala. Mașini de testare la uzură-oboseală. Cerințe tehnice generale (standard interstatal): GOST 30755-2001. - Introduce. 07/01/2002. - Mn. : Mezhgos. Consiliul pentru Standardizare, Metrologie și Certificare: Bielorusia. stat in-t de standardizare și certificare, 2002. - 8 p.
15. ↑ 1 2 3 Sosnovsky, L. A. Fontă și oțel în sisteme tribo-oboseală ale mașinilor și echipamentelor moderne / L. A. Sosnovsky, P. A. Vityaz, V. A. Gapanovich, N. V. Psyrkov, N. A. Makhutov // Mecanica mașinilor, mecanismelor și materialelor. - 2014. - Nr. 4 (29). – P. 5–20.
16. ↑ Novikov, A. A. Proprietăți mecanice și operaționale ale fontei VCTG / A. A. Novikov, P. S. Drobyshevsky, S. A. Tyurin, D. S. Chumak // Buletinul Universității Tehnice de Stat Gomel. P. O. Sukhoi. - 2018. - Nr. 1 (72). – P. 61–69.
17. ↑ Novikov, A. A. Cuțite pentru dispozitivele de tăiere și măcinare a mașinilor de recoltat nutreț (calcul, material, tehnologie de fabricație, rezultate ale testelor și certificare în MIS) / A. A. Novikov, P. S. Drobyshevsky, V. S. Golubev, V V. Komissarov // Probleme de actualitate ale științei mașinilor: sat. științific tr. - Problema. 6. - Minsk: OIM NASB, 2017. - S. 231–236.
18. ↑ Novikov, A. A. Evaluarea rezistenței cuțitelor dispozitivelor de măcinare a furajului combinelor agricole: teorie, teste pe banc și pe teren / A. A. Novikov, V. V. Komissarov, V. O. Zamyatnin, P. S. Drobyshevsky, S. S. Shcherbakov, L. BelSUT: Știință și transport. - 2016. - Nr. 1 (32). – S. 201–208.
19. ↑ O metodă de evaluare comparativă a rezistenței la uzură a cuțitelor testate pentru aparatul de măcinat alimentator al unei combine agricole: Brev. 21970 Rep. Belarus, IPC G 01N3/58/ L. A. Sosnovsky, N. V. Psyrkov, S. G. Volchenko, V. O. Zamyatnin, V. V. Komissarov, D. S. Chumak; solicitanții SA „Gomselmash”, SRL „NPO TRIBO-FATIKA”. –Nr.a20140422; dec. 14.08.2014; publ. 27.02.2018. - 2018. - 5 p.
20. ↑ Sosnovsky, S. V. Metode și rezultate ale studiilor experimentale ale secțiunii liniare a unei conducte de petrol ca sistem de tribo-oboseală / S. V. Sosnovsky, A. M. Bordovsky, A. N. Kozik, V. V. Vorobyov // Tr. VI Simpozion Internațional de Tribo-Oboseală (ISTF 2010), 25 oct. – 1 nov. 2010, Minsk (Belarus) / comitet editorial. : M. A. Zhuravkov (prev.) [și alții]. - Minsk: BGU, 2010. - T. 1. - S. 351–360.
21. ↑ Sosnovsky, L. A. Cu privire la o abordare multidisciplinară a analizei și predicției daunelor operaționale și resurselor secțiunilor liniare ale unei conducte de petrol din punctul de vedere al tribo-oboselii / L. A. Sosnovsky, Yu. V. Lisin, A. N. Kozik // Mechanics of Mașini, mecanisme și materiale. - 2017. - Nr. 3 (40). – P. 75–84.
22. ↑ Bordovsky, A. M. Analysis of a random process of oil pipeline loading / A. M. Bordovsky, V. V. Vorobyov // Mechanics-99: materials of the II Belarusian Congress on Theoretical and Applied Mechanics, Minsk, 28–30 iunie 1999 - Gomel: IMMS NASB , 1999. - S. 271-273.
23. ↑ Bordovsky, AM Method of Accelerated Statistical Fatigue Tests of Plates / AM Bordovsky, VV Vorobyev // Proc. al III-lea Simpozion Internațional de Tribo-Oboseală (ISTF 2000), Beijing, China, oct. 22–26, 2000. - Beijing : Hunan University Press, 2000. - P. 204–207.
24. ↑ Bordovsky, AM Assessment of Reliability of Oil Pipeline Linear / AM Bordovsky, VV Vorobyev // Proc. al III-lea Simpozion Internațional de Tribo-Oboseală (ISTF 2000), Beijing, China, oct. 22–26, 2000. - Beijing : Hunan University Press, 2000. - P. 380–381.
25. ↑ Kozik, A. N. Influența daunelor de coroziune asupra capacității portante a conductelor de petrol / A. N. Kozik, V. V. Vorobyov // Mecanica mașinilor, mecanismelor și materialelor. - 2011. - Nr. 2 (15). - S. 90-94.
26. ↑ Kozik, A. N. Testarea conductelor petroliere prin presiune internă / A. N. Kozik // Buletinul Universității de Stat Polotsk. -2011. – Nr 8. – P. 110-114.
27. ↑ Dispozitiv de testare a materialului pentru coroziune și oboseală prin eroziune: Pat. 9573 Rep. Belarus, IPC G 01N3 / 56, G 01N17 / 00 / A. A. Kostyuchenko, A. M. Bordovsky, V. V. Vorobyov, V. O. Zamyatnin, L. A. Sosnovsky; solicitanții RUE „Gomeltransneft Druzhba”, LLC „NPO TRIBO-FATIKA”. - nr a20050020; dec. 01/10/2005; publ. 30.08.2007. - 2007. - 6 p.
28. ↑ Kostyuchenko, A. A. Rezistența mecanică la coroziune a secțiunilor subacvatice ale conductelor de petrol / A. A. Kostyuchenko / științific. ed. L. A. Sosnovsky. - Gomel: BelSUT, 2008. - 47 p.
29. ↑ Conducte de petrol. Metoda de testare prin presiunea internă până la defecțiune (Standard din Belarus): STB 2162–2011. - Intrare. 07/01/2011. - Mn. : GOSSTANDART, 2011. - 34 p.
30. ↑ Conducte de petrol. Metode de testare a rezistenței la fisurare a țevilor din oțel (Standard Belarus): STB 2502–2017. - Intrare. 01.10.2017. - Mn. : GOSSTANDART, 2017. - 29 p.
31. ↑ Sherbakov, SS Abordarea interdisciplinară a analizei și previziunii toleranței la daune operaționale a sistemului de conducte de petrol - Partea 1 / SS Sherbakov // Știința și tehnologia conductelor. - 2019. - Vol. 3. - Nr. 2. - P. 134–148.
32. ↑ Sherbakov, SS Abordarea interdisciplinară a analizei și previziunii toleranței la daune operaționale a sistemului de conducte de petrol - Partea 2 / SS Sherbakov // Știința și tehnologia conductelor. - 2020. - Vol. 4. - Nr. 1 (3). – P. 62–73.
33. ↑ Proceedings of the 7th International Conference on Contact Mechanics and Wear of Rail / Wheel Systems (Brisbane, Australia, 24–27 septembrie 2006). – Brisbane, 2006.
34. ↑ Proceedings of World Tribology Congress V: Torino, Italia, 8–13 septembrie 2013. – Torino, 2013.
35. ↑ Amenajarea și întreținerea căii și materialului rulant pentru trenuri grele și de mare viteză „roată – șină” : Sat. tr. științific-practic. Conf., Moscova, VNIIZhT, 28–29 octombrie. 2008 - M. : VNIIZhT, 2008.
36. ↑ 1 2 Fontă nodulară cu rezistență ridicată la oboseală. Calități și proprietăți mecanice (Standard din Belarus): STB 2544–2019. - Intrare. 01.10.2019. - Mn. : GOSSTANDART, 2019. - 7 p.
37. ↑ Psyrkov, N.V. Fontă ductilă specială cu grafit nodular ca material structural nou / N.V. Psyrkov // Mecanica mașinilor, mecanismelor și materialelor. - 2012. - Nr. 3 (20) - 4 (21). – S. 213–218.
38. ↑ Sosnovsky, L. A. Sistem roți/șină tribo-oboseală pentru trafic intens: creșterea sarcinilor și... reducerea costurilor? / L. A. Sosnovsky, V. A. Gapanovich, V. I. Senko, V. I. Matvetsov, S. S. Shcherbakov, V. V. Komissarov // Buletinul BelSUT: Știință și transport. - 2016. - Nr. 1 (32). – S. 219–226.
39. ↑ Shcherbakov, S. S. Stare de efort-deformare și daune volumetrice în vecinătatea interacțiunii de contact în sistemul tribo-oboseală roată / șină, ținând cont de deformarea fără contact a șinei / S. S. Shcherbakov, O. A. Nasan // Buletinul BelSUT: Știință și Transport. - 2016. - Nr. 1 (32). – S. 234–247.
40. ↑ Hampton, RD „Rail corrugation - experience of US transit properties” // RD Hampton // Transp. Res. Rec. - 1986. - Nr. 1071. - P. 16–18.
41. ↑ Tyurin, S. A. Studiu experimental al daunelor reziduale de tip val cu distorsiunea inițială inițială a formei eșantionului / S. A. Tyurin, S. S. Shcherbakov // Buletinul BelSUT: Știință și transport. - 2005. - Nr. 2. - P. 88–93.
42. ↑ Metoda de testare a materialului roții dințate pentru oboseala prin contact și încovoiere: Brev. 9247 Rep. Belarus, IPC G 01M13/02 / V. A. Zhmailik, V. A. Andriyashin, L. A. Sosnovsky, A. M. Zakharik, Al. M. Zakharik, V. V. Komissarov, S. S. Shcherbakov; solicitanții PO „Gomselmash”, OIM NAS B. - Nr. a20040781; dec. 19.08.2004; publ. 30.04.2007. - 2007. - 6 p.
43. ↑ Sosnovskiy, LA Contact and Bending Fatigue of Toothed Gearings / LA Sosnovskiy, VA Zhmailik, SS Shcharbakou, VV Komissarov // Proc. al Congresului Mondial de Tribologie III: Washington, DC SUA, 12–16 septembrie 2005. – Washington, 2005.
44. ↑ Zhmailik, V. A. Studiu experimental al rezistenței la oboseală, calității și riscului utilizării materialelor pentru angrenaje / V. A. Zhmaylik // Buletinul Universității Tehnice de Stat din Brest. - 2001. - Nr. 4. - P. 15–17.
45. ↑ Zakharik, A. M. O abordare integrată pentru evaluarea rezistenței fiabilității angrenajului / A. M. Zakharik, A. M. Goman, V. V. Komissarov // Știință și inovații. - 2010. - Nr. 9 (91). – P. 20–23.
46. ↑ Zhmailik, V.A. Calcul și metoda experimentală pentru evaluarea fiabilității rezistenței angrenajelor perechii principale a axei motoare MAZ-5440 / V.A. Zhmailik, A.M. Zakharik, Al. M. Zakharik, A. M. Goman, Yu. L. Soliterman, V. V. Komissarov, L. A. Sosnovsky // Buletinul BelSUT: Știință și transport. - 2008. - Nr. 1 (16). – S. 72–80.

Link -uri

• [unu]
• [2] Arhivat pe 9 ianuarie 2019 la Wayback Machine
• [3]
• [patru]
• [5]