книги из ГПНТБ / Мизери, А. А. Эксплуатация текстильного оборудования с деталями из пористых спеченных материалов

Дж. Амикс, Д. Басс, Р. Уайтинг [28], рассматривая породу, сла­ гающую пласт в виде пучка трубок, в которых течение жидкости можно представить как сумму потоков во всех трубках, выражают общий поток следующим уравнением:

где п — число трубок радиусом г.

Если принять породу состоящей из группы трубок различного радиуса, то

'V I я/-)Ар

(27)

/=1

Далее эти авторы заключают, что поскольку определить раз­ меры всех каналов, по которым происходит течение, невозможно, то для определения коэффициента, характеризующего течение жидкости через породу, нужно использовать другой способ, а не закон Пуазейля.

Проведенные исследования структурного состава спеченных пористых материалов методом ртутной порометрии, построение экспериментальных и теоретических кривых распределения, под­ чиняющихся нормальному закону, позволили интерпретировать закон Пуазейля.

В отличие от классической формулы, выражающей расход жид­ кости через единичный капилляр, выведена формула для объем­ ного расхода жидкости на основе нормального закона распределе­ ния пор по размерам.

Объем капилляра Vi = nr2iL подставим в формулу Пуазейля. Тогда

іг\^Р

8pL

Обозначим через Ѵ0бр объем образца, через Кпор — объем всех пор, через т — пористость образца.

40

и газы. Эту способность называют проницаемостью пористой среды. За единицу проницаемости пористой среды принимается проницаемость такого образца, который имеет длину 1 см, пло­ щадь поперечного сечения 1 см2 и через который при падении давления на 1 атм протекает 1 см3/с жидкости вязкостью в 1 спз. Эта единица проницаемости называется дарси. Тысячная доля дарси называется миллидарси. 1 дарси = ~ ІО-8 см2.

Закон Дарси справедлив для ламинарной фильтрации жид­ кости, причем критерием применения этого закона может служить число Рейнольдса.

По Н. Н. Павловскому

Кекр= 7,5ч-9.

Если значение Re оказывается меньше нижнего критического значения, то закон фильтрации справедлив; если Re больше верх­ него значения, то закон Дарси нарушен.

Коэффициент проницаемости на основании закона Дарси можно записать в следующем виде:

Приравнивая правые части выведенного уравнения и уравне­ ния Дарси, получаем:

В предлагаемой формуле (37) для определения коэффициента проницаемости учтены особенности структуры порового про­ странства.

Г л а в а II

ПОРИСТЫЕ САМОСМАЗЫВАЮЩИЕСЯ ПОДШИПНИКИ

Пористые подшипники, изготавливаемые из железного или бронзового порошка с некоторой добавкой графита или без него, обладают рядом ценных преимуществ. Применением технологии порошковой металлургии мощно резко сократить расход бронзы на изготовление литых подшипников, значительно упростить тех­ нологию изготовления подшипников, добиться экономии затрат рабочей силы и высвободить оборудование.

Применение метода порошковой металлургии на Ташкентском

.заводе сельскохозяйственных машин при изготовлении подшипни­ ков позволило достичь значительного экономического эффекта. Так, при изготовлении подшипников обычным методом отливки и последующей механической обработке на один комплект расходо­ валось около 28 кг бронзы, из которых 22 кг уходило в стружку.

При изготовлении втулок прессованием порошка расход бронзы на один комплект составил всего около 5 кг, а потери металла

42

в виде стружки сократились до 1 кг. При этом сокращается объем механической обработки, высвобождается оборудование и соответ­ ствующее количество квалифицированных рабочих.

Еще большего экономического эффекта можно достичь, если заменить подшипники из бронзы или баббита, а в ряде случаев и шариковые подшипники подшипниками из железного порошка. Железографитовые подшипники находят все большее применение в различных отраслях промышленности. Так, например, на Украине организованы участки для изготовления пористых под­ шипников: на Луганском тепловозостроительном, Одесском заводе сельскохозяйственных машин, Херсонском комбайновом, НовоКраматорском машиностроительном, Харьковском й других за­ водах.

Имеются участки для изготовления подшипников скольжения диаметром до 250 мм и высотой до 300 мм для прокатного и прес­ сового оборудования.

Механизм смазки пористых подшипников при отсутствии подачи масла извне

Большое внимание уделяется применению пористых спеченных материалов для подшипников в узлах трения скольжения тек­ стильных машин. Использование этих материалов экономически вполне оправдано как по стоимости и недефицитности, так и по износостойкости, простоте и надежности обслуживания узлов тре­ ния скольжения.

Применение пористых спеченных материалов одновременно со­ провождается переходом на новый способ смазки, который можноотнести к способам, обеспечивающим автоматическую подачу масла к трущимся поверхностям в необходимом количестве.

Вопросы повышения эксплуатационной надежности и долговеч­ ности подшипниковых опор в красильно-отделочных машинах ре­ шаются иначе — применением полимерных материалов, успешно работающих в различных агрессивных средах.

Особенности работы узлов трения скольжения машин и станков текстильной промышленности, обусловленные специфическими условиями производства, ставят большой круг вопросов, успешное разрешение которых расширяет знания в этой области и способ­ ствует более правильному и эффективному использованию пори­ стых подшипников.

Прежде всего, следует иметь в виду, что применение этих под­ шипников как самосмазывающихся определяет характер и способ смазки. При оснащении узлов трения скольжения пористыми под­ шипниками отпадает необходимость подвода смазки извне для большинства узлов трения скольжения текстильных машин.

Использование пористых спеченных материалов только в каче­ стве заменителей бронзы, чугуна и других металлов с сохранением прежних методов смазки с точки зрения экономичности и эксплуа­ тации нельзя признать целесообразным.

43.

Многие параметры, определяющие работоспособность самосма­ зывающихся подшипников, до сих пор не определены, и в первую очередь к таким параметрам относится распределение пор по раз­ мерам. На условия выделения масла из пор стенок подшипника влияют не только суммарная пористость спеченного подшипника, но и величина самих пор.

Имея данные о распределении пор по размерам, можно дать новую, более конкретную интерпретацию зависимости протекания вязкой среды (масла) от «структуры» пористого спеченного ма­ териала.

Важным как с теоретической, так и с практической точки зре­ ния является вопрос механизма смазки пористых подшипников. Мнения отдельных исследователей нередко диаметрально противо­ положны и не охватывают всего многообразия вариантов узлов трения, оснащенных пористыми подшипниками. Поэтому такие вопросы, как разработка классификации сопряжений узлов трения скольжения, рассмотрение модели явлений, сопровождающих про­ цесс самосмазывания, и другие, связанные с механизмом смазки пористых подшипников, представляют большой научный и прак­ тический интерес. Исследования в этой области позволяют наи­ более оптимально решать вопросы повышения эксплуатационной надежности и долговечности узлов трения скольжения.

Большой интерес представляют исследования антифрикцион­ ных свойств пористых спеченных материалов: определение коэф­ фициентов трения при пуске и установившемся процессе, рассмо­ трение влияния режимов работы на температуру поверхностей скольжения, рассмотрение характера и условий приработки тру­ щихся поверхностей, возможности применения пористых спечен­ ных материалов при отсутствии подачи масла извне. Вопросы из­ носа изделий из этих материалов и методы его измерения также должны быть предметом всестороннего изучения.

Большое значение имеют исследования методов обработки по­ ристых спеченных материалов и установление влияния методов и режимов обработки на эксплуатационную надежность пористых подшипников.

Как уже отмечалось, применение железографитовых пористых материалов для изготовления подшипников оборудования тек­ стильных фабрик обусловливается не только использованием этого материала взамен бронзы или чугуна, но главным образом наи­ более эффективным решением проблемы смазки оборудования, повышением производительности, облегчением труда смазчиков, созданием наиболее гигиеничных условий обслуживания и т. д.

Обычно самосмазывающиеся пористые подшипники работают благодаря запасу масла, находящемуся в порах втулки. Поэтому они не могут работать продолжительное время и обеспечить не­ обходимую стабильность режима смазки.

В конструкциях подшипников с компенсационными резервуа­ рами, разработанных в Московском текстильном институте и ус­ пешно применяемых с 1956 г., наличие смазки в резервуаре обес­

44

печивает непрерывную подачу масла к трущимся поверхностям, благодаря чему подшипниковый узел устойчиво работает продол­ жительное время.

Исследованию пористых подшипников посвящено много работ. Наибольший интерес представляют работы Моргана [30], Моргана и Камерона [31], Айзенкольба [9], Мошкова [32] и др.

Не останавливаясь на подробном анализе указанных выше работ, хотелось бы коснуться лишь той части, где излагаются вопросы механизма самосмазываемости и отмечается целесообраз­ ность применения компенсационных резервуаров.

В работе Моргана [30] указывается на возможность дополни­ тельной подачи масла через пористую стенку подшипника. Для этого Морган рекомендует при­ жимать к наружной поверхности подшипника «подушку», пропи­ танную маслом, расположив ее соответствующим образом отно­ сительно зоны максимального давления. Это облегчит течение масла и маслообмен между по­ душкой и подшипником. Перио­ дичность смены масла в подушке зависит от условий работы.

При легких условиях работы срок службы подшипника без до­ полнительной смазки может со­ ставлять несколько лет, при тя­ желых условиях работы иногда необходимо добавлять масло че­ рез каждые 1000 ч работы.

В работе проф. Ф. Айзенкольба [9] отмечается, что для дли­ тельной работы без смазки (имеется в виду 2—3 года) приме­ няют подшипники с масляными карманами (рис. 12). Эти карманы получаются или путем закладки при прессовании специальных сердечников, состоящих из улетучивающихся при спекании веществ (например, бикарбонат аммония), или благодаря наличию бороз­ док (на внешней поверхности втулок), образующих с обоймой полость.

Б. А. Барок и И. И. Ольхов также указывают, что при наличии масляных компенсационных резервуаров обеспечивается продол­ жительная работа узлов трения скольжения. Несколько иного мнения придерживается А. Д. Мошков [32], который отрицает не­ обходимость применения компенсационных резервуаров. В проти­ вовес этому суждению можно привести еще высказывания неко­ торых авторов, положительно оценивающих наличие масляных компенсационных резервуаров при применении пористых под­ шипников.

Таким образом, наибольший интерес представляет рассмотре­ ние работы пористого подшипника в условиях так называемого

45

самосмазывания, когда смазывание трущихся поверхностей осу­ ществляется исключительно за счет масла, находящегося в порах подшипниковой втулки и в компенсационном резервуаре, без под­ вода извне.

В действительных условиях эксплуатации значительное коли­ чество узлов трения текстильных и других машин работает в ре­ жиме невысоких скоростей и удельных нагрузок. Нередко при зна­ чительных зазорах в сопряжениях не обеспечиваются условия гид­ родинамической смазки.

Наиболее целесообразно в таких случаях применять пористые подшипники, смазка которых осуществляется за счет масла, нахо­ дящегося в порах втулки и в компенсационном резервуаре.

Вместе с тем, учитывая специфические условия работы тек­ стильных предприятий, необходимо предусматривать все меры, исключающие возможность загрязнения пряжи и ткани брызгами масла. Подшипники из пористых спеченных материалов полностью отвечают этому требованию. При работе пористых подшипни­ ков на протекание процесса самосмазывания влияют многие факторы.

Основные из них следующие:

пористость и размеры пор спеченного материала; конструктивные параметры — соотношение размеров, точность

характер относительного движения трущихся поверхностей деталей;

вязкость масла и др.

Разнообразие конструкций и условий работы узлов трения скольжения вызывало необходимость разработать классификацию деталей и узлов по характеру их относительного движения и, исходя из этой классификации, предложить модель явлений, со­ провождающих процесс масловыделения.

О механизме смазки пористых подшипников и образовании масляного слоя упоминается в ряде работ. Однако этому вопросу все же не уделено должного внимания. До настоящего времени в работах многих исследователей если и делаются попытки объяс­ нить механизм смазки пористых подшипников, то только при вра­ щательном движении вала.

На самом деле приходится встречаться с принципиально раз­ личными условиями протекания процессов самосмазывания тру­ щихся поверхностей не только в узлах трения различных машин, но и в узлах одной и той же машины.

Предлагаемая в данной работе классификация предусматри­ вает И вариантов сопряжений. Основные из них можно проиллю­ стрировать конструкциями некоторых деталей и узлов головного

привода крутильно-этажной машины КЭ-250-И и автоматического ткацкого станка.

46

Классификация сопряжений деталей узлов трения скольжения по характеру их относительного движения

П о з и ц и я I представляет собой типичный узел трения сколь­ жения (рис. 13). Вал этого сопряжения вращается в пористой втулке, запрессованной в корпусе неподвижного подшипника. За­ пас масла определяется его количеством, находящимся в порах стенки втулки.

П о з и ц и и II и III отличаются от первой наличием в корпусе подшипника кольцевого компенсационного резервуара, заполнен­ ного маслом (рис. 14).

В позиции III этот резервуар соединен с атмосферой.

На рис. 15 приведен один из узлов трения скольжения голов­ ного привода крутильно-этажной машины, причем в корпус под­ шипника вместо одной запрессованы две втулки и соответственно расточены два компенсационных резервуара.

П о з и ц и я IV представляет собой такую пару трения сколь­ жения, которую называют «обратной парой» (рис. 16).

В этом случае подшипниковая пористая втулка запрессована на вал и получает вращение вместе с ним. В позиции IV преду­ смотрен кольцевой компенсационный резервуар в виде канавки на поверхности самого вала.

Этот вариант сопряжения можно проиллюстрировать также узлом трения из головного привода машины КЭ-250-И, в котором свободно сидящая шестерня 1 вращается относительно наружной поверхности втулки 2, запрессованной на оси 3 (рис. 17).

По з и ц и и V и VI представляют собой вариант пары трения скольжения, при котором пористая втулка, запрессованная в кор­ пус, вращается вместе с ним, а вал неподвижен (рис. 18).

По з и ц и я VI предусматривает наличие в корпусе компенса­

ционного резервуара.

47

Иллюстрацией может служить аналогичный узел трения голов­ ного привода. Только в этом случае компенсационный резервуар, как это видно на рис. 19, получается путем расточки канавки в шестерне.

П о з и ц и и VII и VIII представляют собой узел трения с воз­ вратно-вращательным движением. В том и другом случаях пори­ стая втулка запрессована в корпус, а движение совершается цап­ фой или подшипником.

48

В качестве примера узла трения с возвратно-вращательным движением цапфы 3 и неподвижным подшипником 1 с запрессо­ ванной в нем втулкой 2 дается конструкция узла каточка боевого веретена автоматического ткацкого станка (рис. 20).

Рис. 21. Кривошипный подшипник коленчатого вала и поводковый подшипник

На рис. 21 представлен кривошипный подшипник коленчатого вала, являющийся узлом поводкового подшипника автоматиче­ ского станка. Обе половинки пористой втулки смонтированы

вкривошипной головке.

По з и ц и я IX является характерной при наличии двух вра­

щательных движений вала и подшипника.