Разработка антифрикционных материалов на основе модифицированной древесины

ВВЕДЕНИЕ 4
1 СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ 8
1.1 Подшипники скольжения и направляющие элементы в конструк-циях деревообрабатывающего оборудования 8
1.2 Конструкции композиционных антифрикционных материалов на основе древесины 10
1.3 Технология изготовления антифрикционных материалов узлов скольжения 14
1.4 Патентный анализ антифрикционных материалов на основе дре-весины 19
Выводы по главе 1 22
2 ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ АНТИФРИКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 25
2.1 Особенности проектирования композиционных антифрикцион-ных
материалов 25
2.2 Влияние погрешностей формы древесно-металлических вкла-дышей на условия эксплуатации триботехнических узлов 30
2.3 Функциональные характеристики материалов, обеспечивающие работоспособность подшипников скольжения деревообрабатываю-щих станков 35
2.4 Технология изготовления композиционных древесно-металлических
материалов 37
2.5 Формирование качества поверхностных слоев при механической
обработке древесно-металлических материалов 39
Выводы по главе 2 43
3 МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
45
3.1 Получение образцов для выполнения экспериментальных иссле-дований 45
3.2 Методика исследований износостойкости образцов 52
3.3 Методика исследования теплопроводности 59
3.4 Методика исследования коэффициента трения и температуры образцов 59
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АНТИФРИКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ 62
4.1 Формирование функциональных слоев древесно-металлических материалов при механической обработке 62
4.2 Исследование изнашивания антифрикционных древесно-металлических материалов 68
4.3 Исследование древесно-металлических материалов при трении по стальным контробразцам 72
4.4 Исследование теплопроводность древесно-металлических мате-риалов 73
4.5 Исследование температурного режима работы образцов древес-но-металлических подшипников 76
4.6 Исследование фрикционного контакта «сталь – древесно-металлический композит» 79
Выводы к главе 4 82
5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АНТИФРИКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ В УЗЛАХ ДРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ 83
Выводы к главе 5 88
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 89
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 92
ПРИЛОЖЕНИЕ 97

Весь текст будет доступен после покупки

В ряде ответственных узлов деревообрабатывающего оборудования есть детали, рабочие поверхности которых в процессе эксплуатации подвер-гаются интенсивному изнашиванию при трении скольжения, сопровождаю-щемся воздействием динамических нагрузок и вибраций. К ним относятся: подшипники скольжения, направляющие элементы, шарниры и др., работа-ющие в широком диапазоне скоростей и условий нагружения при действии абразивных и активных сред, недостаточной смазке. Такие условия работы быстро приводят рассматриваемые детали к достижению предельного износа и потере работоспособности ответственных узлов.
Для обеспечения работоспособности узлов трения по одному из важ-нейших критериев – износостойкости целесообразно использовать для изго-товления вкладышей подшипников скольжения модифицированную древеси-ну, которая является одним из перспективных антифрикционных материалов благодаря таким преимуществам, как недефицитность, технологичность, эко-номичность и воспроизводимость. Модифицированная древесина по многим свойствам не уступает, а в некоторых случаях превосходит другие анти-фрикционные материалы. Особенно это относится к композиционным мате-риалам, получаемым на ее основе.
Применение древесины в узлах трения деревообрабатывающего обору-дования обусловлено их возможностью работать при наличии абразива, ударных нагрузках и вибрации, с минимальным износом сопрягаемых дета-лей, способностью работать в условиях ограниченной смазки или ее отсут-ствии. Учитывая анизотропность прессованной древесины и различные наполнители, можно использовать разные способы прессования, составы и схемы создания композиций, подбирать для различных условий эксплуата-ции наиболее эффективные решения. Немало важными факторами являются также экологическая чистота и безопасность производства подшипников скольжения на основе древесины.

Весь текст будет доступен после покупки

1.1 Подшипники скольжения и направляющие элементы в конструкциях
деревообрабатывающего оборудования

Узлы трения большинства деревообрабатывающих машин работают в диапазоне сравнительно небольших скоростей и давлений в загрязненной древесной пылью и опилками среде при наличии возможности попадания в зону трения абразивных частиц и недостаточной смазке.
В настоящее время в лесной и деревообрабатывающей промышленности накоплен немалый опыт, который позволяет применять в конструкциях ма-шин прессованную древесину взамен бронзы, баббита, текстолита и других дорогостоящих материалов [2, 5, 59, 62, 27, 39, 37].
Древесные материалы, обладая высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения, лучше других работают в подобных условиях, что обусловливает перспективность их широкого применения в узлах трения. В частности, в лесопильных рамах широкое применение нашли ползуны, изго-товленные из древесины.
При работе лесопильной рамы пильная рамка с укрепленными на ней ползунами совершает возвратно-поступательное движение между направля-ющими, изготовленными из чугунных или стальных заготовок. На пильной рамке укреплены ползуны, изготовляют из текстолита или древесины твер-дых лиственных пород, которые скользят по направляющим. Большое рас-пространение получила сборная конструкция ползунов из легких сплавов с накладками из древесины. От работы пары трения «ползуны-направляющие» зависит качество выпускаемых изделий, так как контроли-руемое скольжение ползунов по направляющим определяет траекторию движения пильной рамки. Трение ползунов о направляющие сопровождается не только быстрым их износом, но и значительным выделением тепла. Про-веденные исследования показали, что даже при благоприятных условиях ра-боты фрикционные поверхности нагреваются до 120?С [2]. Износ направля-ющих пильной рамки происходит неравномерно по длине. Это связано с тем, что нагрузка на направляющие со стороны ползунов меняется четыре раза за один оборот коленчатого вала. Кроме того, по величине она изменяется от максимума до нуля. В результате такого неравномерного износа нарушается прямолинейность и параллельность плоскостей направляющих.
Несмотря на то, что пара трения «направляющая-ползун» обильно смазывается маслом, минимизировать износ невозможно, так как зона трения не защищена от попадания влаги, древесной пыли и опилок, а, спекание стружки и древесной пыли часто является причиной закупорки отверстий, через которые подается смазка.
Ползуны с накладками из композиционных древесных материалов не только позволяют во много раз уменьшить расход более дорогих антифрик-ционных материалов, но и в значительной степени способствует снижению массы пильной рамки, являющейся источником основных возмущающих сил при пилении.
В ленточнопильных станках возможно использование направляющих пильной ленты, выполненных из древесины. Направляющие предназначены для уменьшения свободной длины рабочей ветви ленточной пилы и увеличе-ния тем самым ее жесткости. В качестве материала для направляющих может использоваться или древесина березы или бука, проваренная в масле, тек-столит, бакаут, баббит, пластмассы [2, 17, 62].
В роликовых транспортерах и других узлах трения деревообрабаты-вающего оборудования многими авторами рекомендуется использовать подшипники скольжения из прессованной древесины [34,39].
Следует отметить недостатки древесных материалов для изготовления конструктивных элементов узлов скольжения, такие как низкая теплопровод-ность и теплостойкость, что делает необходимым выполнение исследований по дальнейшему их совершенствованию.

1.2 Конструкции композиционных антифрикционных материалов на основе древесины

В промышленности широко используются композиционные материалы различного назначения: древесно-стружечные, древесно-волокнистые, це-ментно-стружечные, древесно-металлические и другие материалы, в схемах изготовления которых много общего.
Древесностружечные плиты (ДСтП) получают путем горячего прессо-вания древесных частиц, смешанных с органическим связующим, в качестве которого преимущественно используются карбамидо- и фенолформальде-гидные смолы в количестве 6-10 % от массы древесины. Плотность плит со-ставляет 550-820 кг/м3, влажность – 5…12 %, пределы прочности при растя-жении перпендикулярно пласти плиты – 0,34…0,40 МПа, при статическом изгибе – 13…24 МПа, твердость – 20-40 Н/мм2. При этом порода древесины, вид связующего, его количество и ряд других факторов определяют уровень свойств получаемых материалов [20, 39, 49, 63, 75].
При изготовлении древесноволокнистых плит используются гидрофо-бизирующие вещества – парафин нефтяной, гач дисциллятный; упрочняю-щие вещества – альбумин черный, канифоль сосновая; карбамидоформаль-дегидные смолы, смола госсиполовая и пр.; эмульгирующие вещества – склеиновая кислота, аммиак водный, сода кальцинированная и пр.; осадите-ли – алюминий сернокислый, кислота серная, квасцы алюминиево-калиевые /10/. Плотность получаемых плит составляет от 200-400 кг/м3 для мягких до 1100 кг/м3 для твердых плит. Предел прочности при изгибе плит: достигает 15-47 МПа, влажность – 3…12 % [75, 63].
Цементностружечные плиты (ЦСП) изготавливают прессованием дре-весных частиц с портландцементом и химическими добавками. Плотность плит от 1100 до 1400 кг/м3. Предел прочности при изгибе составляет 7-12 МПа, модуль упругости – 3000…4000 МПа, влажность – 6…12 % [24, 25].
Арболит представляет собой легкий бетон, состоящий из органическо-го наполнителя (отходы лесозаготовительной, деревообрабатывающей про-мышленности), цементного вяжущего (портландцемент) и воды. Предел прочности 0,5-5,0 МПа, предел прочности при изгибе 0,7-1,0 МПа, модуль упругости 1500-4000 МПа [23].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Амалицкий, В.В. Оборудование и инструмент деревообрабатыващих предприятий [Текст]/ В.В. Амалицкий, В.И. Санев. – М.: Экология, 1992. – 480 с.
2. Амалицкий В.В. Монтаж и эксплуатация деревообрабатывающего оборудо-вания [Текст]/ В.В. Амалицкий, Г.А. Комаров/ Учебник для вузов – М.: Лесн. пром-сть. 1982. – 336 с.
3. Арчаков, Ю.И. Водородоустойчивость стали [Текст]/ Ю.И. Арчаков. -М.: Металлургия, 1989. 182 с.
4. Белый, А.В. Структуры и методы формирования износостойких по-верх-ностных слоев [Текст]/ А.В. Белый, Г.Д. Карпенко, Н.К. Мышкин/ – М. Ма-шиностроение, 1991. – 208с.
5. Богданович, П.Н. Трение и износ в машинах [Текст]/ П.Н. Богданович, В.Я. Прушак/ Учеб. Для вузов. – Мн.: Выш. Шк., 1999. – 374 с.
6. Бондарь, В.С. Результаты исследования процесса изнашивания в паре тре-ния “древесина - сталь” [Текст]/ В.С. Бондарь, В.Ю. Сергачев // Науч. тр. МЛТИ.- 1992, № 240.- С. 104-109.
7. Браун, Э.Д. Моделирование трения и изнашивания в машинах [Текст]/ Э.Д. Браун, Ю.А. Евдокимов, А.В. Чичинадзе. – М.: Машиностроение, 1982. –191 с.
8. Вигдорович, А.И. Древесные композиционные материалы в машино-строе-нии [Текст]/ А.И Вигдорович. - М.: Машиностроение, 1991.- 340 с.
9. Винник, Н.И. Модифицированная древесина [Текст]/ Н.И Винник.- М.: Лесн. пр-ть, 1980.- 137 с.
10. Власов, В.М. Работоспособность трущихся упрочненных поверхностей [Текст]/.- М.: Машиностроение, 1987. -304 с.

Весь текст будет доступен после покупки