способ снижения виброактивности механизмов

Формула изобретения

Способ снижения виброактивности механизмов, включающий обработку поверхностей, находящихся во фрикционном взаимодействии, смазочным материалом, отличающийся тем, что обработку осуществляют смазочным материалом, содержащим 0,05 25 мас. политетрафторэтилена с размером частиц 0,1 1,5 мкм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам снижения виброактивности механизмов для энергетического и транспортного машиностроения.

Известен способ снижения виброактивности конструированием подшипниковых узлов со встроенными виброгасящими элементами [1]

К недостаткам способа относится наличие изобретательных по частоте виброгасящих элементов, подверженных расстройке в процессе эксплуатации. Способ не увеличивает работоспособность и ресурс смазочных материалов, т.к. при его реализации обеспечивается наружная амортизация по отношению к элементам, находящимся во фрикционном взаимодействии.

Наиболее близким к заявляемому является способ снижения виброактивности механизмов путем обработки трущихся поверхностей смазочным материалом со свойствами вибродемпфирования, например, такими, как ЦИАТИМ-201, ВНИИМП-242, СВЭМ (ТУ 38.101282-86) [2]

К недостаткам способа относится невысокая эффективность снижения виброактивности механизмов. Кроме того, в процессе эксплуатации наблюдается постепенное увеличение виброактивности подшипниковых узлов в высокочастотной области спектра, которое составляет 15-23 дБ (310^-4 м/с²) при достижении наработки до 25% расчетного ресурса подшипников качения, что является следствием увеличения износа смазочного материала в пятне контакта фрикционных пар, а именно тел качения в подшипнике качения.

Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности снижения виброактивности механизмов.

Это решается тем, что в способе снижения виброактивности механизмов, включающем обработку поверхностей, находящихся во фрикционном взаимодействии, смазочным материалом, обработку осуществляют смазочным материалом, содержащим 0,05-25% политетрафторэтилена ПТФЭ с размером частиц 0,1 1,5 мкм.

Способ осуществляют следующим образом.

В штатный смазочный материал добавляют ПТФЭ с размером частиц 0,1-1,5 мкм в количестве 0,05-25 мас. и полученный смазочный материал вводят в механизм любым известным примером. Способ позволяет снизить виброактивность механизмов от 4,4 до 240 дБ (510^-8 м/с) в низкочастотной области спектра и от 7 до 54 дБ (310^-4 м/с²) в высокочастотной области спектра вибрации механизмов.

В качестве штатного смазочного материала (СМ) можно использовать любой смазочный материал, пригодный для данного механизма, например, пластические смазочные материалы типа Литол-24, ЦИАТИМ-201, солидол и др. жидкие виды смазочных масел типа И-12А, И-20А, ТП-22С, Б-3В и др.

Количество добавляемого в смазочный материал ПТФЭ определяется эффективностью снижения виброактивности механизма и изменяется от 0,05 до 25 мас. При его концентрации в смазочном материале менее 0,05% снижения виброакустических характеристик механизма не наблюдается, а увеличение концентрации свыше 25% не целесообразно, т.к. не происходит дальнейшего снижения виброактивности механизмов. При этом частицы ПТФЭ размером выше 1,5 мкм обладают меньшей подвижностью в электростатическом поле пятна контакта, создают менее плотную упаковку и в результате выносятся из зоны фрикционного взаимодействия преобладающими механическими силами гидродинамического взаимодействия потока смазочного материала. Частицы размером менее 0,1 мкм ПТФЭ образуют ассоциированные частицы значительно больших размеров, что не ведет к эффективному снижению виброактивности механизма.

Используемый в предлагаемом способе ПТФЭ представляет собой ультрадисперсный политетрафторэтилен с размером частиц 0,1-1,5 мкм, который можно получить, в частности, из низкомолекулярного фторопласта -4 (ТУ 6-05-810-76) отбором частиц нужного размера седиментационным методом.

Для этого навеску порошка ПТФЭ вносят в 10-кратный по объему избыток гексана. Тщательно диспергируют в высокооборотном миксере. Затем раствор сливают в мерный стакан и дают отстояться в течение 10 мин. На делительной воронке отделяют нижнюю фракцию. Верхнюю фракцию выпаривают и получают ПТФЭ с размером частиц 0,1-1,5 мкм. Размер частиц определяли методом электронной микроскопии на В-503. В качестве политетрафторэтиленовой добавки можно использовать и любой другой политетрафторэтилен с необходимым размером частиц.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1.

Объект испытаний машинный преобразователь питания АСУП мощностью 54 квт, частота вращения 1470 об/мин от генератора синхронного РС-65-93 ДУ 21М1001 и двигателя асинхронного А2-92-4У-3. Масса преобразователя в сборе с виброразвязанным от фундамента основанием 1300 кг. Общее время наработки в штатном режиме до начала испытаний 11000 ч.

Метод оценки вибрации по ГОСТ 12379-75.

На основании экспериментальных данных расчетным методом (Попков В.И. Мышинский Э. Л. Попков О.И. Виброакустическая диагностика в судостроении, Л. Судостроение, 1989, 256 с.) определяют интегральный уровень вибрации в полосе частот 20-100 Гц и 5-10 кГц, для всего преобразователя от времени наработки. С использованием стандартного оборудования фирмы Брюль и Къер измеряют виброускорение, дБ 310^-4 м/с².

Испытания проводили следующим образом.

Измеряют вибрацию преобразователя со штатным смазочным материалом ЦИАТИМ-201 в течение 264 ч через каждые 48 ч эксплуатации.

Вычислительный тренд в области частот 20-100 Гц составил 0,7 дБ/100 ч, а в области частот 5-10 кГц 0,14 дБ/100 ч.

Затем штатный смазочный материал (СМ) удаляют из подшипниковых узлов преобразователя без разработки механизма. В свежий СМ ЦИАТИМ-201 добавляют 5% ПТФЭ с размером частиц 0,1-1,5 мкм и вводят полученную смазку в подшипниковый узел преобразователя. Измеряют вибрацию преобразователя в течение 1036 ч через каждые 48 ч эксплуатации.

Тренд в области частот 20-100 Гц составил 0,12 дБ/100 ч, а тренд в области 5-10 Кгц 0,08 дБ/100 ч.

Снижение виброактивности за 3800 ч наблюдения по сравнению со штатным смазочным материалом составило для области частот 20-100 Гц минус 2,4 дБ, а для частот 5-10 кГц минус 7 дБ.

После этого в смазочный материал подшипникового узла дополнительно добавляют смесь ЦИАТИМ-201 с ПТФЭ из расчета доведения концентрации ПТФЭ в смазочном материале до 10% Время наблюдения, в течение которого измеряют вибрацию преобразователя, 2500 ч эксплуатации. Общее время наблюдения 3800 ч.

Тренд в области частот 20-100 кГц составил минус 0,04 дБ/100 ч, а в области частот 5-10 кГц минус 0,23 дБ/100 ч.

Снижение виброактивности на период 3800 ч по сравнению со штатным смазочным материалом составило для области частот 20-100 Гц (-28,3 дБ), а для 5-10 кГц (-19 дБ).

Таким образом, при обработке смазочным материалом на основе ЦИАТИМ-201, содержащим 5 и 10% ПТФЭ с размером частиц 0,1-1,5 мкм виброактивность преобразователя заметно снизилась по сравнению со штатным смазочным материалом ЦИАТИМ-201.

Пример 2.

Объект испытаний тяговый двигатель постоянного тока ДК 213 У2, мощность 115 кВт, частота вращения 1430 об/мин, масса 700 кг. Общее время наработки в штатном режиме до начала испытаний 100 ч.

Методы оценки вибрации по ГОСТ 12370-75 аналогичны описанным в примере 1. Интегральный уровень вибрации определяли в полосе частот 5-63 Гц и 2-10 кГц. Расчетным методом, аналогичным примеру 1, определяли тренды зависимости увеличения виброактивности двигателя от времени наработки. Измеряют виброускорение, дБ (310^-4 м/с²), аналогично примеру 1.

Результаты испытаний.

Измеряют вибрацию двигателя со штатным смазочным материалом ЦИАТИМ-201 в течение 25 ч. Тренд в области частот 5-63 Гц составил 3,25 дБ/100 ч, тренд в области 2-10 кГц составил + 4,26 дБ/100 ч. Затем в подшипниковый узел двигателя вводят ЦИАТИМ-201, содержащий 20% ПТФЭ относительно массы смазочного материала, загруженного первоначально в подшипниковый узел. Полную замену штатного смазочного материала на экспериментальный производят без разработки механизма. Общее время наблюдения 200 ч.

Тренд в области частот 5-63 Гц составляет (+4,9410^-2 дБ/100 ч). Тренд в области частот 2-10 кГц составляет (8,48 дБ/100 ч).

Снижение виброактивности за 200 ч наблюдения по сравнению со штатным смазочным материалом за этот же период составляет для области частот 5-63 Гц

(-9,2 дБ 310^-4 м/с²), а для области частот 2-10 кГц - (-20,3) дБ (310^-4 м/с²).

Пример 3.

Объект испытаний центробежный питательный насос ПЭ-500-180-2 (ПЭН), мощность 3150 кВт, частота вращения 2985 об/мин.

Измерения интегрального уровня вибрации механизма по виброскорости проводили в полосе частот 10-1000 Гц, а интегрального уровня виброускорения механизма в полосе частот 10-40 кГц. Для этого использовались следующие измерительные средства: виброметр VU 032 (измерение виброскорости в полосе 10-1000 Гц) и модифицированный виброметр VU 032 М с акселерометром фирмы Брюль и Къер типа 4375 (измерение виброускорения в полосе частот 10-40 кГц), фирма изготовитель "ТОО Диамех".

Расчетным методом (см. пример 1) определяют тренды зависимости увеличения вибрации механизма от времени наработки.

Результаты испытаний: измерение виброактивности ПЭН со штатным смазочным материалом масло турбинное ТП-22С осуществляли в течение 1100 ч. Тренд в области частот 10-1000 Гц измерения виброускорения + 0,5 дБ/30 дней (510^-8 м/с).

Тренд в области частот 10-40 кГц измерения виброускорения + 12,7 дБ/30 суток (310^-4 м/с²).

Затем в ПЭН вводят экспериментальный смазочный материал, состоящий из Тп-22 и 0,3 мас. ПТФЭ. Смазочный материал готовят в расходной емкости и постепенно вводят в ПЭН. Общее время наблюдения 3700 ч.

Тренд в области частот 10-1000 Гц (-0,15) дБ/30 суток.

Тренд в области частот 10-40 кГц (+1,35) дБ/30 суток.

Снижение виброактивности за период 3700 ч по сравнению со штатным смазочным материалом за этот же период составляет для области частот 10-100 Гц (-4,4) дБ (510^-8 м/с) и для области частот 10-40 кГц (-54,1) дБ (310^-4 м/с²).

Пример 4.

Объект испытаний редуктор вальцового станка А1-БЗН размольной системы, мощность электродвигателя привода 18 кВт, зубцовая частота 180 Гц.

Измерения интегрального уровня вибрации редуктора по виброскорости проводили в полосе частот 10-1000 Гц. Измерения проводили виброметром VU 032. Расчетным методом (см. пример 1) определяли тренд зависимости увеличения вибрации редуктора от времени наблюдений.

Результаты наблюдений: измеряют виброактивность редуктора со штатным смазочным материалом И-20А в течение 1600 ч. Тренд в области частот 10-1000 Гц измерения виброскорости составляет +0,12 дБ/100 ч (510^-8 м/с).

Перед введением экспериментального смазочного материала редуктор вымыли по штатной технологии и ввели в него свежий смазочный материал, содержащий 1 мас. ПТФЭ. Затем проводят измерения виброактивности редуктора с экспериментальным смазочным материалом. Общее время наблюдения 7000 ч. Тренд в области частот 10-1000 Гц (510^-3) дБ/100 ч. Снижение виброактивности за 7000 ч по сравнению со штатным смазочным материалом на этот же период составляет (-10) дБ (510^-8 м/с).

Пример 5.

Объект испытаний электродвигатель АОЛ-12/Э, мощность 0,27 кВт, частота вращения 28000 об/мин, время наработки в штатном режиме 200 ч. Метод оценки вибрации по ГОСТ 12379-75 аналогичен описанным в примере 1. Интегральный уровень вибрации определяли в полосе частот 10-1000 Гц по виброскорости и 10-40 кГц по виброускорению. Расчетным методом, аналогичным примеру 1, определяли тренды зависимости увеличения виброактивности двигателя от времени наработки.

Результаты испытаний.

1. Проводят измерения виброактивности двигателя со штатным смазочным материалом ЦИАТИМ-201 в течение 1300 ч через каждые 24 ч эксплуатации.

Тренд в области частот 10-1000 Гц составил минус 0,07 дБ/100 ч (510^-8 мс^-1) и в области частот 10-40 кГц +0,03 дБ/100 ч (310^-4 мс^-2).

2. Вводят в ПУ двигателя готовый к употреблению смазочный материал SLJK-50, содержащий 25 мас. ПТФЭ. Размер частиц используемого ПТФЭ по данным фирмы изготовителя "SLIK-50 Product Corp" 2-6 мкм.

Время наблюдения в экспериментальном режиме 700 ч. Общее время наблюдения 2000 ч. Результаты введения в смазочный материал SLIK-50 следующие:

Тренд в области частот 10-1000 Гц (-0,03) дБ/100 ч, (510^-8 мс^-1).

Тренд в области частот 10-40 кГц (+0,4) дБ/100 ч, (310^-4мс^-2).

Снижение виброактивности за период 2000 ч по сравнению со штатным смазочным материалом за этот же период составляет для области частот 10-1000 Гц 0 дБ (510^-8 мс^-1), т.е. не наблюдается, и для области частот 10-40 кГц + 1 дБ (310^-4мс^-2).

Таким образом, обработка поверхностей, находящихся во фрикционном взаимодействии, смазочным материалом, содержащим 0,05-25 мас. ПТФЭ с размером частиц 0,1-1,5 мкм, позволяет значительно снизить виброактивность механизма, увеличить срок нахождения подшипников в своем номинальном классе малошумности. Условия и результаты испытаний механизмов по примерам 1-5 сведены в таблицу "Виброактивность механизмов".