ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ОТРАСЛЕЙ ХОЗЯЙСТВОВАНИЯ

УДК 621.002:674.812

УЗЛЫ ТРЕНИЯ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ ИЗ ПРЕССОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ И ТЕХНОЛОГИИ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА

FRICTION UNITS MACHINERY AND EQUIPMENT FROM PRESSURE- TREATED WOOD AND PRODUCTION TECHNOLOGY

Аксёнов. A.A., к.т.н., доцент Арсентьев А.А., студент 3-го курса

ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная Лесотехническая академия»

г. Воронеж, Россия DOI: 10.12737/4575

Аннотация: Представлены исследования и разработки в области производства узлов трения с подшипниками скольжения из прессованной древесины, заменяющих подшипники из черных и цветных металлов. Приведены конструкции узлов трения лесных машин и оборудования с подшипниками из модифицированной древесины, а также технология изготовления антифрикционного материала из древесины.

Summary: Presented research and development in the production units of friction with sliding bearings of compressed wood, replacing bearings of ferrous and nonferrous metals. Given design forest friction units of machines and equipment with bearings made of modified wood, as well as manufacturing technology antifriction material of wood.

Ключевые слова: прессованная древесина, узлы трения.

Keywords: densified wood, friction units.

В последние десятилетия весьма актуальной является проблема замены дорогостоящих узлов трения из цветных и черных металлов более дешевыми и не уступающими по характеристикам из других антифрикционных материалов.

Одним из ее решений может служить широкомасштабное внедрение подшипников скольжения из прессованной древесины (ДП).

Узлы трения с подшипниками из ДП можно разделить на следующие

виды:

  • - контурные втулки, которые могут применяться в виде направляющих втулок и сальников в конструкциях машин и оборудования;
  • - секторные деревокаркасные и металлокаркасные подшипники (рис. 1, 2) для использования в узлах трения, не воспринимающих осевые нагрузки;
  • - секторные самоустанавливающиеся подшипники (рис. 3) для применения в колесах подъемно-транспортных машин, гидроманипуляторах, канатных блоках и других узлах трения, воспринимающих осевые нагрузки и смещение осей [1].
Деревокаркасный подшипник из ДМ

Рисунок 1 - Деревокаркасный подшипник из ДМ:

  • 1 - наружная обойма в виде контурно-прессованной втулки с концентрическим расположением волокон;
  • 2 - внутренняя втулка, состоящая из пластин;
  • 3 - пластины с радиальным расположением волокон
Металлокаркасный подшипник из ДП

Рисунок 2 - Металлокаркасный подшипник из ДП:

  • 1 - опорная втулка; 2 - антифрикционный вкладыш из ДМ;
  • 3 - облицовка вала

ДП как подшипниковый материал имеет следующие характеристики:

  • - плотность 1200... 1300 кг/м3;
  • - влажность 4.. .6 %;
  • - предел прочности при сжатии вдоль волокон 150...170 МПа;
  • - твердость торцевая 140... 185 МПа;
  • - максимальный коэффициент трения 0,08...ОД;
  • - максимально допускаемая нагрузка 20 МПа;
  • - максимально допускаемая скорость скольжения 5 м/с;
  • - процент наполнения древесины композиционным модификатором (смазкой) - 10...20 %;
  • - максимально допускаемая температура в узле трения 95 °С.
Самоустанавливающийся подшипник из ДП

Рисунок 3 - Самоустанавливающийся подшипник из ДП:

  • 1 - вал (ось); 2 - левая полувтулка; 3 - правая полувтулка; 4 - секторная втулка из ДМ; 5 - правое полукольцо;
  • 6 - левое полукольцо; 7 - обойма подшипника

В настоящее время существуют различные способы прессования древесины: одноосное и контурное прессование, торцовое и продольное гнутье [2]. Это позволяет увеличить плотность поверхности трения древесных вкладышей до 57 %. Следовательно, возрастает твердость контактных поверхностей. Это обуславливает увеличение прочности, нагрузочной способности и износостойкости древесных вкладышей. Поэтому для получения заданных свойств подшипников из прессованной древесины необходимо иметь определенную твердость поверхности трения.

Стандарт ГОСТ 13338-86 устанавливает метод определения статической твердости прессованной древесины. Сущность метода состоит в определении глубины отпечатка стального шарика диаметром 5 мм при внедрении его в образец размерами 15x15x45 мм или втулку внутренним диаметром не менее 50 мм с толщиной стенки более 3 мм размерами 15x3x45 мм [3].

Твердость прессованной древесины определялась по формуле [3]:

Н _ F тт R

где - твердость, Па; - нагрузка, приложенная к шарику, Н; -

радиус шарика, м; к - глубина восстановленного отпечатка, м.

Так как древесина, в том числе и прессованная, представляет собой анизотропный материал, исследования твердости проводились в различном направлении приложения нагрузки по отношению к расположению волокон для каждой экспериментальной температурной точки в соответствии с ранее изложенной методикой.

Подшипники из ДП имеют ряд преимуществ по сравнению с заменяемыми металлическими аналогами: низкую стоимость; работают на самосмазке; увеличивают межремонтный пробег машин, механизмов и оборудования в несколько раз и срок службы в 3 раза; возможность эксплуатации в абразивных и некоторых агрессивных средах, что не требует установки уплотнений.

Для изготовления ДП, применяемой в узлах трения, разработана технология термомеханического прессования древесины [4]. Исходным материалом служит древесина быстрорастущих (осина, тополь, ольха, береза и др.) мягких лиственных пород (МЛП), которая является самым дешевым древесным сырьем. В то же время она способна легко уплотняться под действием давления и пропитываться химическими веществами. Уплотнением можно повысить твердость и прочность древесины в несколько раз, а пропитка композиционным модификатором (экологически чистым комплексом химических веществ) повышает формо- и размеростойкость, уменьшает коэффициент трения и дает возможность подшипникам из ДП работать на самосмазке.

С точки зрения физики твердого тела древесина МЛП имеет сложную слоисто-пористую структуру, причем микро- и макропоры занимают до 50 % объема. Следовательно, она способна наполняться веществами не вступающими в химическую реакцию и не впитывающимися в стенки клетки (металлы, некоторые смолы), пропитываться веществами и впитывающимися в стенки клеток. Тем самым, ей можно придать или улучшить качественные показатели в заданном направлении.

Технологический процесс технологии термомеханического прессования древесины включает следующие операции:

  • - термообработку исходных заготовок при температуре 398 °К (125 °С) комбинированным импульсным прогревом изнутри электромагнитной энергией сверхвысокой частоты (ЭМЭ СВЧ) и конвективно-контактным нагревом снаружи горячим воздухом с целью удаления влаги до влажности 16 % и пластификации древесины перед уплотнением;
  • - уплотнение пластифицированных исходных заготовок влажностью 16% прессованием с одновременной фиксацией уплотненных заготовок в кассетах;
  • - термообработку с кондиционированием спрессованных и зафиксированных в кассетах заготовок с целью снижения влажности до 6...8 % древесины способом комбинированного нагрева до температуры 383...403 °К

(110... 130 °С) изнутри ЭМЭ СВЧ и омывания горячим воздухом снаружи, а также с последующим кондиционированием и выдержкой в горячем воздухе при температуре 65 °С, постепенно снижающейся при охлаждении заготовок с кассетами до температуры окружающей среды.

После прессования древесину подвергаю пропитке смесью веществ определенного состава, позволяющих повысить прочность, стабилизировать размеры, уменьшить коэффициент трения и повысить износостойкость [5].

Применение узлов трения с подшипниками из прессованной древесины в различных машинах и оборудовании позволит сократить себестоимость, увеличить срок службы, уменьшить металлоемкость при использовании низкосортной древесины мягких лиственных пород.

Библиографический список

  • 1. Аксенов, А.А. Внедрение экологически чистых подшипников из древесины модифицированной в лесное машиностроение [Текст] // Леса Евразии в III тысячелетии: Материалы международной конференции молодых ученых: В 2-х томах.-М.:МГУЛ, 2001.-С. 10-14.
  • 2. Винник Н.И. Модифицированная древесина [Текст] / Н.И. Винник. - М.: Леси, промышленность, 1980. - 158 с.
  • 3. ГОСТ 13338-86. Древесина модифицированная. Метод определения твердости, временных упругих и временных остаточных деформаций [Текст]. - Введ. 1986-03-01. - М.: Изд-во стандартов, 1986. - 8 с.
  • 4. Свиридов, Л.Т. Экологически чистая технология получения антифрикционного материала из древесины [Текст] / Л.Т. Свиридов, Н.И. Винник, А. А. Аксенов // Международная научно-техническая конференция "Современные материалы и технологии - 2002": Сборник статей. - Пенза: ПДЗ, 2002. - С. 363-366.
  • 5. Патент РФ №2491162. Антифрикционная прессованная древесина для изготовления деталей трения [Текст] / А.А. Аксенов, Н.И. Винник, Л.Т. Свиридов // Заявлено 23.03.2012; опубл. 27.08.2013; бюл. №24. - 4 с.

Лесная и деревообрабатывающая промышленность

УДК: 674.023

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >