ZESZYTY. .NATOPWa-mLITECBfflKI ŚIĄSKIEJ S e r ia : GÓRNICTWO z . 93
________ 1978 Nr k o l . 590
STANISŁAW SCIESZKA
INSTYTUT MECHANIZACJI GÓRNICTWA POLI TECHNIKA SLĄSKA
GLIWICE
PRÓBA SYSTEMOWEGO UJgCIA PROBLEMATYKI TRI-
BOLOGICZNEJ W URZĄDZENIACH WYCIĄGOWYCH
P rzed sta w io n o próbą system ow ego u j ę c i a p ro b lem a ty k i t r i bo lo g i c z n e j na p r z y k ła d z ie ham ulca maszyny w y cią g o w ej. I n t e r d y s c y p lin a r n y c h a r a k te r z a g a d n ie n ia p r o w a d z ił do w ie lo p ła sz c z y z n o w e g o u j ę c i a tr ib o p r o c e s ó w .
1 . System t r i b o lo g i c z n y
Z ło ż o n o ść p ro cesó w tr ib o lo g ic z n y o h w układach m echanicznych ja k rów
n i e ż ch ę ć zw r ó c e n ia uwagi na w s z y s t k ie aspekty, to w a rzy szą cy ch im z ja w is k , a w s z c z e g ó ln o ś c i, na wzajemne z a l e ż n o ś c i m iędzy elem entam i biorącym i u d z i a ł w ty c h p r o c e s a c h , z r o d z ił a p o tr z e b ę z a sto so w a n ia p o d e j ś c ia sy stem o wego w t r i b o l o g i i . T ak ie w ie lk o ś c i ja k w sp ó łczy n n ik t a r c i a i z u ż y c ia n ie są w ła sn o śc ia m i wewnętrznymi m a te r ia łó w pary c ie r n e j a l e w ła sn o ścia m i c a łe g o t r i b o sy stem u . W o b ie k ta c h te c h n ic z n y c h t a k ic h ja k u r z ą d z e n ia wy
ciągow e UW z ło ż o n y c h z w ie lu w ęzłów kinem atycznych WK ważne są r e la c j e m iędzy tym i w ęzłam i kinem atycznym i i w tym przypadku tr ib o s y s t e m i ic h n a j b l i ż s z e o t o c z e n i e trak tu jem y ja k o elem en ty sy stem u . Problem s te r o w a n ia p rocesam i t a r c i a i z u ż y c ia j e s t jednym z t y c h , k tó r e to w arzyszą p r z e z c a ły c z a s 'r o z w o jo w i t e c h n i k i i n a d a l p o z o s t a j e n ie r o z w ią z a n y . Z n aczen ie te g o problem u we w s p ó łc z e s n e j t e c h n ic e c i ą g l e n a r a s t a , rosn ą bowiem wymagania co do t r w a ło ś c i i n ie z a w o d n o śc i now oczesnych maszyn i urząd zeń p ra cu ją cy ch w coraz o s t r z e j s z y c h warunkach o b c ią ż e ń i w y tę ż e n ia i c h węzłów kinem aty
c z n y c h . U p ra sz c z a ją c z a g a d n ie n ie można p o w ie d z ie ć , ż e tr w a ło ś ć i niezaw od
n o ść maszyny determ inow ana j e s t t r w a ło ś c ią i n ie z a w o d n o śc ią j e j WK.
m S . Ź c i e ę ąfeff
1 . 1 . M odęl_ęząrng3_skr22nki
System t r i bo lo g ic z n y n p . w ham ulcu, ło ż y sk u czy s p r z ę g le tw orzą dwie o d d zia ły w u ją ce na s i e b i e t r i bo l o g i c z n i e warstwy p rzyp ow ierzch n iow e oraz tzw . c i a ł o t r z e c i e /produkty, z u ż y c ia , smar i t d / i o t o c z e n i e . O g ó ln ie str u k tu r», każdego system u t r ib o lo g ic z n e g o z ło ż o n a j e s t z :
a / jelementów
E • | e ^ , « . i e
j
- li c z b a elem entów b / W ła sn o ścil i c z b a w ła s n o ś c i g d z ie i = 1 . . . . h c/ I r e la c ji
R = R^ ( e^ . . . eję) R1 (e i * * " e k ) ( 1 ” l i c z b a r e l a c j i
• m iędzy k elem en
ta m i, 2 h .
S tru k tu rę trib o 'sy stem u można fo r m a ln ie o p is a ć zbiorem S = | E, W, R j
W e jśc ie stan ow ią zm ienne o p er a c y jn e transform ow ane w s y s te m ie na w ie lk o ś c i w y jś c ia roboczego np. ¡o ch a r a k te r z e tech n o lo g iczn y m oraz s t r a t y . Sposób w j a k i w e j ś c ie transform ow ane j e s t na w y jś c ie d eterm in u je te c h n ic z n a fu n k c ja system u , c z y l i te c h n ic z n a fu n k c ja system u może być o p isa n a ja k o tr a n s form a to r w e jś c ia , na w y jś c ie p op rzez odpow iednią fu n k c ję t r a n s f o r m acji I , r y s .1 s
W system ach t r ib o lo g ic z n y c h ST / o g ó l n i e j w system ach m ech an iczn ych / str u k tu r a systemów, j e s t zmienna w c z a s i e trw an ia procesów t r i b o lo g i c z n y c h , a to na sk u tek d z ia ł a n ia t a r c i a i z u ż y c ia elem entów , c z y l i z g o d n ie z r y s .1 na sku tek d z ia ła n ia operatorów t r i b o lo g i c z n y c h . O peratory t r i b o lo g i c z n e zm ie
n ia j ą str u k tu r ę system u ( t z n . S = £ E, W, R j / c o n s t J i prowadzą do wy
s t ą p ie n ia s t r a t . Ponadto z a k łó c e n ia fu n k c j i system u mogą wprowadzać n ie p o żądane zmiany w u k ła d z ie w e j ś c i e - w y j ś c i e , co w k o n sek w en cji d a je "uszko
d zen ie" c a łe g o system u , ¡Proces te n j e s t z punktu w id z e n ia sw o jej i s t o t y , sto c h a sty c z n y i trudny do prognozow ania . Z r y s .1 w ynika, ż e w s c h e m acie system u t a r c i e /t a k ja k rów nież z u ż y c i e / muszą być traktow ane jak o
" operatory tr ib o lo g ic z n e " w zajem nie o d d z ia ły w u ją c e z w ejściem i w yjściem system u, z e s t n jk tu r ą system u i fu n k c ją sy stem u . Wypływa stą d p o tw ie r d z e n ie t e z y , że t a k ie w ie lk o ś c i t r i b o lo g ic z n e ja k w sp ó łczy n n ik t a r c i a i od
p o r n o śc i na z u ż y c ie śą sp e c y fic z n y m i cecham i system u a n i e w ła sn o śc ia m i j e go elem entów .
W= {w 1 ( ę j , W ( e j . . . . w j e j j B -
P r o b a syatêraowego u j ę c i a p r o b l e m a t y k i . . . 113-
>) Xu
a cu
CO
Tio
6
oto
<D G
*1
0)SD50O
O) coo
cop>ï
«
140 S. Ś c i e s z k a
1 . 2 . S tru k tu rą _ sy stem u _ t rd b olo g i oznego
P rzez system t r i b o lo g ic z n y ST w u j ę c i u w ejściow o - wyjściowym może
"przepływ ać"jedna lu b w ięk sza i l o ś ć w ie lk o ś c i /p r a c a , e n t r o p ia , m a t e r ia / - r y s . 1 . "Przepływ?1 p racy i e n t r o p i i odbywa s i ę p op rzez o d d z ia ły w a n ie je d n e go elem entu ST na d r u g i, tow arzyszy, temu zmiana je d n e j lu b w ię k s z e j i l o ś c i w ła s n o ś c i p o sz c z e g ó ln y c h elementów.. C z y li "przepływ" j e s t w naszym p rzy padku r a c z e j wygodnym umownym z a ło ż e n ie m , k tó r e pomaga o d r ó ż n ić różn e pro
c e s y w y stęp u ją ce w ST. W k on sek w en cji można każdy r o d z a j w ie lk o ś c i o o k r e ś
lonym s e n s ie fizyczn ym rozpatryw ać na o d d z ie ln e j p ła s z c z y ź n ie p o łą c z o n e j z p o z o sta ły m i p ła szczy zn a m i z łą c z a m i transform ującym i w i e l k o ś c i . U zyskuje s i ę w te n sposób trójwym iarowy schem at str u k tu r y system u tr ib o lo g ic z n e g o r y s . 2 , [
3
] .R y s .2 Schemat w ie lo p ł a s z czyznow ego u j ę c i a t r ib o - procesów w s y s te m ie t r i b o l o - gicznym złożonym z tr z e c h elem entów 1 , 2 , 3 , g d z ie : £ x ^ i - w e j ś c ie i w y jś c ie na p ła s z c z y ź n ie f u n k c j i system u; £ i “ w e j ś c i e , w y jś c ie i s t r a t y na p ła s z c z y ź n ie
"przepływu" p ra cy ; A - akum ulacja p r a c y w elem en
ta c h 1 i 2 system u , E** - p ra ca tranformowana na e n e r g ię c ie p l n ą , ^ XTj i { z Tj - w e j ś c ie i s t r a t y e n e r g ii c i e p l n e j , E?1 - e n e r g ia c ie p ln a uzyskana w wyniku r e a k c j i ch em icznych, A - e n e r g ia c ie p ln a zakumuT lowana w s y s te m ie , 5 XM? ,
i - w e j ś c i e , wyj
ś c i e i s t r a t y na p ła s z c z y ź n i e przepływ u m a t e r ii , RM - produkty r e a k c j i chemi
czn y ch , e - p rzep ły w e le k tronów i tw o r z e n ie e le k t r o s t a t y c z n e j warstwy podw ójnej.
\
P ró b a sys tem o w eg o u . i e c i a p r o b l e m a t y k i . . U l
Prawdopodobnie d z i a ł a n i e w s z y s tk ic h elem entów , system u t r ib o lo g ic z n e g o można p r z e d s t a w ić na p ła s z c z y z n a c h ; f u n k c j i , p r a c y , p ro cesó w term iczn y ch i e le k t r o s t a t y c z n y c h o raz zmian chem icznych i fazow ych w m a t e r ia ła c h e l e mentów ST. W ielorod zajow e, p r z e d s t a w ie n ie ST p o z w a la n a r o zp a try w a n ie k a ż
d ej z ty c h p ła s z c z y z n o d d z i e l n i e . R y s .2 p r e z e n tu j e o g ó ln y przyp ad ek p r o s
te g o system u z ło ż o n e g o z dwóch c i a ł s t a ły c h , z n a jd u ją c y c h s i ę w k o n ta k c ie i we wzajemnym ru ch u . P r z e s tr z e ń m ięd zy tym i elem en tam i, obejm ująca pow ie
t r z e lu b g a z , p rodukty z u ż y c ia i t d . j e s t " cia łem t r z e c im " . Z b ió r m ożliw ych r e a k c j i , przem ian w takim s y s t e m ie , naw et j e ż e l i j e s t on p r o s t y , j e s t bar
dzo z ło ż o n y i z a le ż y n i e t y lk o od s tr u k tu r y system u a lej ta k ż e op eratorów t r i b o lo g i c z n y c h , c z y l i p rocesy, t e będą in d y w id u a ln ą w ła s n o ś c ią system u i j e g o s t a n u . Naszym celem n i e j e s t p r z e d s t a w ie n ie w s z y s tk ic h m ożliw ych p ro c e só w ,g d y ż uważamy, ż e t a k i o g ó ln y o p is b y łb y n ie t y lk o z b y t ob szern y i z a w ik ła n y a l e ta k ż e mało tw ó r c z y . Tak p o sta w io n e z a d a n ie n a le ż y rozp a
tryw ać d la każdego przypadku z a s to s o w a n ia o d d z i e l n i e . Naszym celem j e s t r a c z e j t y lk o próba dokonania k l a s y f i k a c j i i ilu s t r a c j i | różnych rodzajów p ro
cesów w y stęp u ją cy ch w w ęzła ch t r i b o lo g i c z n y c h . Na r y s . 2 l i n i e pionow e c i ą g ł e r e p r e z e n tu j ą p rzem iany o c h a r a k te r z e chemicznym, a lin io m przerywanym odpow iadają p rzem iany p ra cy na e n t r o p i ę . Na k a żd ej p ła s z c z y ź n ie może w y stą p i ć p r z e c h o d z e n ie w ie lk o ś c i /n p . m asy/ m iędzy elem en ta m i, k tó r e będziem y nazywać p rzen o szen iem lu b n an oszeniem [ 6 ] . Zmiany wewnątrz elem entów na r y s . 2 n i e z o s t a ł y p o k a za n e. W szczeg ó ln y m przypadku o b e c n o ś c i czy n n ik a smar
nego i w y s tą p ie n ia smarowania hydrodynam icznego można p r z y ją ć m odel " z e r o - zu życiow y", c z y l i brak o d d z ia ły w a n ia /p r z e n o s z e n ia / m iędzy elem entam i 1 i 2 . Czynnik sm a rn y * d zia ła n a to m ia s t ja k o ele m e n t c h ło d z ą c y na p ła s z c z y znę p rocesów te r m ic z n y c h z m ie n ia ją c e n tr o p ię u k ła d u .
Na p ła s z c z y ź n ie f u n k c j i ST uwagę sk u p ia s i ę na p ro b lem ie c e lu t e c h n i c z nego system u c z y l i na t y c h p aram etrach sy stem u , k tó r e n a jb a r d z ie j bezpo
ś r e d n io zw ią za n e są z j e g o tech n iczn ym c e le m . Ruch' elem entów system u d e c y d u je o p rzek a zy w a n iu , " p rzep ły w ie" ; p racy /n p . w p r z e k ła d n ia c h m ech an icz
n y c h /, m a te r ia łu /n p .' w pom pie, r u r o c ią g u /, in f o r m a c ji /n p . w sz y b o w sk a z ie /.
W n ie k t ó r y c h przypadkach celem system u j e s t zm iana in te n s y w n o ś c i ruchu /n p . w h a m u lca ch /, red u k cja i l o ś c i s t o p n i swobody /n p .' w ło ż y s k a c h , p row ad n icach / lu b ł ą c z n i e p rzep ły w m a t e r ia łu z j e g o równoczesnym o d k sz ta łc e n ie m i zmianą in n ych w ła s n o ś c i /n p . w p r o c e s i e p r z e c ią g a n ia d r u tu , w alcow ania i t d / .
Jedną z f u n k c j i ST j e s t p rzek a zy w a n ie i tr a n s fo r m a c ja p racy m echanicznej.
Jeden elem en t może "przekazywać" p racę m echaniczną na in n y , może t o być p ra ca m ierzona ilo c z y n e m s i ł y i d r o g i / l u b ilo c z y n e m in n y c h w ie lk o ś c i/ ' lu b p ra ca zakumulowana w przenoszonym m a te r ia le , /n p . w przepływ ającym medium w maszynach h y d r a u lik i s i ł o w e j / . W system ach t r i b o lo g i c z n y c h może s i ę ta k ż e dokonywać tr a n s fo r m a c ja p r a c y m ech an iczn ej na d r g a n ia m ech an iczn e, e n e r g ię c ie p l n ą , e n e r g ię skumulowaną w elem en ta ch sy stem u , e n e r g ię r e a k c j i chem icznych i przem ian fa zo w y ch . Jednym z z a in te r e so w a ń t r i b o l o g i i są bada
n ia procesów , i d z i a ł a n i a ST na p ła s z c z y ź n ie tr a n s fo r m a c ji e n e r g i i m echani
c z n e j n a e n e r g ię te r m ic z n ą i na e n e r g ię drgań / g d z i e r o z c h o d z e n ie s i ę e n e r
l& Ł S. Ścieszka
g i i j e s t z i s t o t y ta k ż e m e c h a n ic z n e /. N ie s t e t y n ie i s t n i e j ą n a r a z ie p r o s t e i o ogólnym z a sto so w a n iu a n a lit y c z n e z a le ż n o ś c i p o z w a la ją c e na o p is tr a n s fo r m a c ji e n e r g ii w c z a s i e t a r c i a na in n e j e j p o s t a c i e .
P rocesy na p ła s z c z y ź n ie te r m ic z n e j ŚT są i n t e r e s u j ą c e d la t r i b o l o g i i w takim sto p n iu , w. jakim zmiany tem peratury p o c ią g a j ą z a sobą zmiany p ro cesów t r ib o lo g ic z n y c h , zmiany w p r o c e sa c h t a r c i a i z u ż y c ia ft z n . in t e r e s u j ą c e są r e la c j e m iędzy tem peraturą s t r e f y t a r c i a a d z ia ła n ie m system u t r i - b o lo g ic z n e g o . R e la c je t e są tym b a r d z ie j skom plikowane, im b a r d z ie j z ł o ż o na j e s t str u k tu r a m a teriałow a elem entów ST. S z c z e g ó ln ie ważne i -trudne do w ykrycia są w yżej wymienione r e l a c j e w ham ulcach, ta k ż e w zględu na kom
pozytow y c h a r a k te r m a teria łó w c ie r n y c h ja k t e ż występuj=pew ham ulcach wy
s o k ie tem peratury p o w ierzch n i t a r c i a .
Prawie każdemu wzajemnemu p r z e m ie sz c z e n iu dwóch c i a ł to w arzyszy p o ja w ie n ie s i ę e le k t r y c z n o ś c i s t a t y c z n e j . E le k tr y c z n ie naładow ane elem en ty ST
1 , 2 r y s . 2 o d d zia ły w u ją na s i e b i e oraz na c i a ł o t r z e c i e 3 /p r z y c ią g a j ą z o t o c z e n ia z a n ie c z y s z c z e n ia , produkty z u ż y c ia , zjo n izo w a n e g a z y /.
Mimo, że zja w isk o e łe k t r y z a c j i t a r c io w e j znane j e s t od n a jd a w n ie jsz y c h c z a só w /to do c h w ili o b ecn ej n ie opracowano t e o r i i o b j a ś n ia j ą c e j c a ło ś c io w o p rzy czy n y w y s tą p ie n ia te g o z ja w is k a . J e s t to wywołane tym, że generow anie -ładunków; e le k tr y c z n y c h spowodowane j e s t n i e jednym a w ielom a różnym i, z e
w żględu na f iz y c z n ą i s t o t ę , p r o c e sa m i. E le k tr y z a c ja s t a ty c z n a obejm uje w s z y s tk ie -procesy prowadzące do r o z d z ia łu d o d a tn ich i ujemnych ładunków e le k tr y c z n y c h ,w r e z u l t a c ie : m echanicznych d e fo r m a c ji i d z ia ł a n ia f a l na
p rężeń m echanicznych, c z y l i e fe k tu a k u s t o e le k tr y c z n e g o , w y s tą p ie n ia r ó ż n icy , p o te n c ja łó w kontaktow ych p rzy styk u dwóch c i a ł . Do p rocesów ty c h n a
le ż ą ta k ż e z ja w is k a p ie z o e le k t r y c z n e i p ir o e l e k t r y c z n e . B ezp ośred n i wpływ procesów na p ła s z c z y ź n ie e le k t r o s t a t y c z n e j na s i ł ę t a r c i a i- z u ż y c ia zna
l a z ł p o tw ie r d z e n ie ty lk o d la d ie le k tr y k ó w j n a to m ia st p o le e le k t r o s t a t y c z n e może dawać dodatkowe e fe k t y n p . selek ty w n e p r z e n o s z e n ie między elem entam i
ST.
Podstawowym celem w yod ręb n ien ia p ła s z c z y z n przem ian m ateriałow ych j e s t i l u s t r a c j a p r z e n o s z e n ia masy m iędzy elem entam i ST, r e a k c j i chem icznych i fazow ych zm ian, k tó r e są c z ę ś c i ą p ro c e su z u ż y c ia . P rzez z u ż y c ie rozum ie
my usuw anie c z ę ś c i m a te r ia łu z jed n ego lu b w ię k s z e j i l o ś c i elem entów do t a ? , c i a ł a - t r z e c i e g o — r y s . 7 . Każdy rod zaj r e a k c j i chem icznych można p r z e d s ta w ić na o d d z ie ln y c h p ła s z c z y z n a c h , tak w ięc w sch em acie i r y s . 6 r e a k c je chem iczne pokazane są jako tr a n s fo r m a c je między płaszczyznam i^-
Jako p rzy k ła d przem ian na p ła s z c z y ź n ie m a te r ia ło w e j p rzed sta w io n o na r y s . 3 w a ż n ie js z e z ja w is k a w s y s te m ie tr ib o lo g ic z n y m ch arak terystyczn ym d la hamulców, c ie r n y c h , w. s z c z e g ó ln o ś c i hamulców maszyn wyciągowych [ 6 ] . D la uk azan ia przem ian wewnątrz elem entów w yodrębniono w n ic h dodatkowo w a ż n ie j
s z e s k ła d n ik i budowy w ew nętrznej:
A - o k ła d z in a hamulca (A^ - l e p i s z e , A2 - w y p e łn ia c z e , Aj - t l e n k i Fe,
a4
“ f az a <*- Fe ) , ta r c z a hamulca ( Łj - cem entyt Fe^C, B2 - f a z a oc- F e,- t l e n k i Fe ) , C - c i a ł o t r z e c i e ( C ^-płynne produkty, t r i b o p r o c e sów, m .in . w odór, C2 - s t a ł e produkty z u ż y c ia , - metan CH^, - fa z a
F e , C_ - t l e n k i F e ) . W warunkach t a r c i a t e c h n i c z n ie suchego można w u k ła d z ie ja k na r y s , 3 w y s z c z e g ó ln ić n a s t ę p u ją c e dom inujące p r o c e s y f i z y czne i przem iany: u - u t l e n i a n i e , r - r e d u k c ja , d - d y fu z j a /w s z c z e g ó ln o ś c i d y fu z ja wodoru H do cem entytu Fe^C i r e a k c ja Fe^C + 4H —»-jFe + CH^/, z - z u ż y c ie , p - p r z e n o s z e n ie masy p om iędzy c ia ła m i w wyniku p rzerw an ia s c z e p ie ń ad h ezyjn ych poza gran icam i p ie r w o tn e g o r o z d z ia ł u ,
-■ n a n o s z e n ie fa z y oc- F e , n2 - n a n o s z e n ie tlen k ó w F e, - n a n o sz e n i e o rg a n ic z n y c h i in n y ch sk ład n ik ów tworzyw c ie r n y c h , o - r e l a c j e system u z o to c z e n ie m na p ła s z c z y ź n ie m a t e r ia ło w e j.
P r ó b a syste m ow ego u j ę c i a p r o b l e m a t y k i . . . . __________________________________ 1 43
R y s .3 , Schemat p ła s z c z y z n y m a te r ia ło w e j system u t r i b o lo g i c z n e g o w hamulcu, p r z e d s t a w ia ją c y w a ż n ie js z e przem iany i r e a k c je .
J u ż ta k a u p r o sz c z o n a a n a li z a p o tw ie r d z a z ło ż o n o ś ć i kompleksowość p r o cesów t r i b o lo g i c z n y c h . Wykazuje ta k ż e Jak d łu g a J e s t droga d la o s i ą g n ię c i a za d a w a la ją ceg o o p is u procesów t r i b o lo g i c z n y c h , k tó r y w yraźn ie u z a le ż n ia łb y : r e l a c j e m iędzy elem en ta m i, w ła s n o ś c i elem entów ST, w a r to ś c i zm iennych ope
r a c y jn y c h , w e j ś c i e i w y j ś c ie oraz fu n k c ję sy stem u . 2 . C h a r a k te r y sty k i t r i b o l o g i c z n e
P rawidłow e fu n k cjon ow an ie system u t r ib o lo g ic z n e g o z a le ż y m iędzy innymi od zm iennych o p e r a c y jn y c h . Przy u ż y c iu ty c h w ie lk o ś c i można o p is a ć charak
t e r y s t y k i t a r c i a i z u ż y c ia , a p r z e d e w s z y s tk ic h , co J e s t n a jw a ż n ie j s z e , można w yznaczyć w a r to ś c i g r a n ic z n e ty c h c h a r a k t e r y s t y k na zew nątrz k tó ry ch
system n i e b ę d z ie fu n k cjo n o w a ł p ra w id ło w o . I d e n t y f ik a c j a w ła s n o ś c i k r y ty cznych d la każdego elem en tu i d la system u t r i b o lo g i c z n e g o Jako c a ł o ś c i b ę d z ie pomocna p rzy dokonywaniu a n a liz y na p o s z c z e g ó ln y c h p ła s z c z y z n a c h sy stem u . W yznaczenie r e l a c j i m iędzy w ła sn o śc ia m i krytycznym i i d z ia ła n ie m system u o ra z sp osob u ( w Jakim d z i a ł a n i e system u wpływa na t e w ła sn o ścią J e s t
V44 S. Ś c i e s z k a
z p rak tyczn ego punktu w id z e n ia węzłowym problemem badań t r i b o lo g i c z n y c h . Jak wynika z p op rzed n ich rozważań w. o p i s i e t r i b o system u można w yróżnić c z te r y grupy parametrów:
i \ ^
1 / o p is fu n k c j i tr ib o lsy ste m u :,
tra n sfo rm a cja e n e r g i i , m a t e r ii , in f o r m a c j i, 2 / o p is zm iennych operacyjn ych :
rod zaj ruchu,
o b ć ią ż e n ie , p r ę d k o ść , tem p eratu ra, c z a s i in n e ,
3 / o p is str u k tu r y tr ib o sy ste m u : elementy..,
w ła sn o ś c i elem entów , r e la c j e między elem entam i,
4 / o p is c h a r a k te r y sty k t r ib o lo g ic z n y c h .
C h a ra k tery sty k i t r i b o lo g i c z n e są t o celow o u system atyzow ane w yniki z badań t r ib o lo g ic z n y c h , k tó r e d o ty czą :
- zmian str u k tu r y system u t r ib o lo g ic z n e g o wywołanych ta r c ie m , np . zmiany chem iczne i fazow e m a teria łó w wywołane od d ziaływ an iam i term iczn ym i, w tym tw o rzen ie nowych elem entów t r i bo1,sy stem u ,' zmiany m ikrogeO m etrii p o w ierzch n i elem entów , zmiany w iodącego mechanizmu z u ż y c ia w fu n k c j i zmiennych operacyjn ych i in n e ,
- s t r a t y e n e r g ii wywołańe ta r c ie m , n p . zmiany, w sp ó łczy n n ik a t a r c i a w fu n k c j i zmiennych op eracyjn ych ( y w = k pa
- s t r a t y m a te r ia łu wywółane ta r c ie m , np.
zmiennych operacyjn ych
«
[ 4
in ten sy w n o ść z u ż y c ia w fu n k c j i
v‘ k
[ig k p * v K . r
- zmian w ie lk o ś c i p o śr e d n ic h z punktu w id zen ia warunków t r i b o lo g i c z n y c h , n p . oporność e le k tr y c z n a s ty k u , r ó ż n ic a p o ten cja łó w , e le k t r o s t a t y c z n y c h , param etry drgań i in n e .
Każdy system t r i b o lo g ic z n y c e c h u je s i ę pewną s p e c y f ik ą procedury wyznacza
n ia ch a ra k tery sty k t r i b o lo g i c z n y c h . Np. p rzy i d e n t y f i k a c j i hamulców c i e r nych jak o jed n ą z n a jw a ż n ie jsz y c h danych przyjm uje s i ę o b ć ią ż e n ie c ie p l n e elem entów , k tó r e można w y lic z y ć lu b z m ie r z y ć , j e ż e l i analizow an y o b ie k t lu b je g o model f iz y c z n y ju ż i s t n i e j e [ 4 ] , P rzy k ła d zmian tem peratury e l e mentów hamulca maszyny w yciągow ej w c z a s i e hamowania b e z p ie c z e ń stw a p rzed
sta w ia r y s . 4 .
P rzeb ieg zmian tem peratury w c z a s i e hamowania b e z p ie c z e ń stw a d la - maksymalna tem peratura p o w ie r z c h n i t a r c i a 4 - ś r e d n ia .-fi™. --- i * i - i i d o ty czą odpow iednio b l i ź n i s t a ł o - R ys.4 .
V ■ 2 0 . . ,
tem peratura *■ p o w ierzch n i t a r c i a 1 ,2 wej i tworzywa c ie l n e g o .
Pi oba sys tem o w eg o u j ę c i a p r o b l e m a t y k i . . AA1
K rytyczne o b c ią ż e n i e te r m ic z n e elem entów system u t r i b o lo g i c z n e g o można wy
zn a c z y ć stosunkow o ła tw o w o p a r c iu o w yniki badań, n p . w sp ó łczy n n ik a t a r c i a i z u ż y c ia w f u n k c j i tem p eratu ry p o w ie r z c h n i t a r c i a , r y s . 5 i 6 .
R y s .5 . Wpływ, tem pera
tury. p o w ie r z c h n i t a r c i a na zm ianę w sp ó ł- cży n n ik a t a r c i a t r z e c h wybranych tworzyw c i e r nych z zazn aczen iem tem peratury.' k r y t y c z n e j .
R y s .6 . Wpływ tem peratu
ry p o w ie r z c h n i t a r c i a na zmianę in t e n s y w n o ś c i z u ż y c i a t r z e c h wybranych two
rzyw c ie r n y c h z z a z n a c z e niem tem p eratu ry k r y ty c z n e j .
Z rysunków ty c h w ynika, ż e tem p eratu ra p o w ie r z c h n i t a r c i a w analizowanym s y s te m ie tr ib o lo g ic z n y m n ie pow inna p r z e k r a c z a ć w a r to ś c i k r y ty c z n e j ta k z e w zględu na tr w a ło ś ć elem entów j a k rów n ież j e g o fu n k c ję •/w ym agany-prze
b ie g ham ow ania/. Badania modelowe [ 4 ] u m o ż liw ia ją u z y s k a n ie c h a r a k te r y s ty k t a r c i a i z u ż y c ia badanych p a r c ie r n y c h i w y zn a czen ie ta k ż e in n y c h w ie lk o ś c i k r y ty c z n y c h . S p e c y fik a hamulców maszyn w yciągow ych p o le g a na tym , ż e znana j e s t maksymalna w a rto ść p r ę d k o ś c i o raz wymagana w a rto ść nacisków- je d n o s tk o wych d la p o s z c z e g ó ln y c h p a r c ie r n y c h i w ie lk o ś c i w sp ó łczy n n ik a wzajemnego p r z y k r y c ia a; n a s t ę p n ie w e r y fik a c ja c h a r a k te r y s ty k t a r c i a k in e ty c z n e g o p a r
c ie r n y c h o n a j k o r z y s t n ie j s z y c h w ła s n o ś c ia c h w p o p rzed n ich etap ach badań r y s . 7 , i 8 .
M 05 OA 0 5
__
5 2 i40 50 v [%] 10 Ry s . 7 . ‘ Zmi ana e f ektyw -
n e j in t e n s y w n o ś c i zu ży
c ia - t r z e c h wybranych tworzyw c ie r n y c h w funk
c j i n a c is k u z z a z n a c z e niem w a r to ś c i-n a c is k u k r y ty c z n e g o .
R y s i8 . P r z e b ie g - w a r to ś c i w s p ó łc z y n n ik a t a r c i a k i * n e ty c z n e g o d la tr z e c h wy
branych tworzyw z zazn a
czen iem w a r to ś c i o c z e k i
wanej w s p ó łc z y n n ik a t a r c i a .
146 S. Ś c i e s z k a
S p e c y fik a d z ia ła n ia hamulca, maszyny, w yciągow ej wymaga, ta k ż e z b a d a n ia c h a r a k te r y s ty k i t a r c ia , sta ty c z n e g o i porów nania wyników z w a rto ścia m i wy
maganymi r y s . 9 .
/M - I ---
« » --- j--- •
0.1 - j ---
R y s.9 . Zmiana w a r to ś c i w sp ół
czy n n ik a t a r c i a s t a ty c z n e g o w f u n k c j i cza su w tem p eratu rze '
o t o c z e n ia .
C h a ra k tery sty k i t r ib o lo g i c z n e obejm ują ta k ż e w yn ik i badań fiz y k a ln y c h e l e mentów system u i o p is zmian ic h w ła s n o ś c i f iz y c z n y c h . Z nając c h a ra k tery s t y k i t r i b o lo g i c z n e można o k r e ś l i ć g r a n ic z n e w ie lk o ś c i /n p . zm ienne opera
c y j n e / między prawidłowym i nieprawidłowym funkcjonowaniem system u , między w yjściem użytecznym i s t r a ta m i.
3 . Podsumowanie
3 . 1 . D la badanego system u p o tr z e b n e są różne poziom y je g o o p is u : z punk
tu w id zen ia j e g o zew nętrznych c a ło ś c io w y c h w ła s n o ś c i /w opisywanym p rzy
k ła d z ie b y ł to hamulec maszyny w y c ią g o w e j/, z punktu w id zen ia je g o budowy w ewnętrznej /s y s te m t r i b o lo g i c z n y ja k o podsystem dowolnego w ęzła kinem aty
c z n e g o / oraz z punktu w adzenia pojmowania danego system u jak o podsystem u system u c ie r n e g o /u r z ą d z e n ia w ycią g o w eg o /. W p r a k ty c e l i c z b a poziomów j e s t zw ykle w ię k sz a . Tylko w ie lo ro d za j owy. i w ielopoziom ow y o p is systemów ta k ic h ja k maszyny z ło ż o n e z w ie lu w ęzłów k inem atycznych może dać rozw ią
z a n ie problemów o ch a ra k terze in te r d y sc y p lin a r n y m /n p . t r ib o lo g ic z n y c h c ie r n y c h / i pozw ala d o s t r z e c naw et p o śr e d n ie i o d le g łe r e l a c j e .
3 . 2 . W ielorodzajow ość w zg lęd n ie w ie lo p ła sz c z y z n o w o ść system ów t r i b o l o - g iczn y ch wynika z in t e r d y s c y p lin a r n e g o za k resu z a in te r e so w a ń t r i b o l o g i i . Na p o sz c z e g ó ln y c h p ła sz c z y z n a c h a n a liz y dominować będą różne d y s c y p lin y w ied zy . Na p ła s z c z y ź n ie p racy - m echanika, te r m ic z n e j - mechanika i term o
dynamika, e le k t r o s t a t y c z n e j - f i z y k a , m a te r ia ło w e j - f i z y k a , in ż y n i e r i a m a teria ło w a , chem ia. Mając na uwadze t ę z ło ż o n o ś ć procesów tr ib o lo g ic z n y c h wydaje s i ę , że p o d e j ś c ie systemowe prow adzi do n a j l e p s z e j k o n c e p c ji metody r o zw ią za n ia problemów in t e g r u j ą c e j zakresy, z a in te r e so w a ń różnych d z ie d z in naukowych.
3 . 3 . T r ib o lo g ic z n y system może być p rzed sta w io n y o g ó ln i e jak o o p e r a c y j
n y , o tw a r ty , dysypacyjny i dynam iczny. C h a ra k tery sty czn e j e s t , że " t r ib o - 3
2 4
4 0 0 SOO ł [ S ]
P r ó b a sy s te m o w e g o u j ę c i a p r o b l e m a t y k i . . 147
lo g i c z n e o p e r a to r y - t a r c i e i z u ż y c ie " mogą wpływać n a str u k tu r ę system u i z a k łó c a ć r e l a c j e fu n k c y jn e między, w ejściem a w y jśc ie m . W zw iązku z tym t a r c i e i z u ż y c ie n a le ż y tra k to w a ć ja k o " s p e c y fic z n e c e c h y system u " .
3 . 4 . C h a r a k te r y sty k i t r i b o l o g i c z n e d o ty c z ą c e : zm ian stru k tu ry , system u t r i b o l o g i c z n e g o , s t r a t e n e r g i i i s t r a t m a t e r ia łu wywołanych ta r c ie m są podstaw ą do o k r e ś l e n ia g r a n ic z n y c h w ie lk o ś c i /n p . zm iennych o p e r a c y jn y c h / m iędzy prawidłowym i niepraw idłow ym funkcjonow aniem sy stem u , m iędzy w yj
ściem użytecznym i s t r a t a m i.
LITERATURA
J . C z a p lic k i , S . Ziemba: Próba zbudow ania modelu systemowo u j ę t e j p ro b lem a ty k i naukowo - t e c h n ic z n e j g ó r n ic z y c h maszyn w yciągow ych.
ZN P o l i t e c h n i k i Ś l ą s k i e j , G órn ictw o, z . 8 0 /1 9 7 7 .
[ 2 ] H .C z ic h o s: A sy ste m s a n a l y s i s d a ta s h e e t f o r f r i c t i o n and w ear t e s t , and an a u t l i n e f o r s i m u la t iv e t e s t i n g . Wear, 4 1 /1 9 7 7 .
[ 3 ] H .C z ic h o s , J .M olgaard : Towards a g e n e r a l th e o r y o f t r i b o l o g i c a l s y s te m s. Wear, 4 4 /1 9 7 7 .
S .S c ie s z k a : Studium w a ż n ie js z y c h z ja w is k t r i b o lo g ic z n y c h w p a r z e c i e r n e j tworzywo hamulcowe - s t a l . ZN P o l i t e c h n i k i Ś l ą s k i e j , G órnictw o, z . 7 5 /1 9 7 6 .
MCII UTAH ME CMC TEMU IIOflXOSA K nPOEJIEMATMKE 37E'-!ATKH B IlO£ŁElvlHUX yCTPO?iCTBAX.
P e a x> u e
B CTaTBe npeacrsB AeH O H cn m a H H e CHCieMH noaxoaa k npoCJieMaiHKS ayCfaaiKH na n p raep e TopM03a noai>eMHo0 MainnHH. HHTopaaciciiuiHHapaE"
xapaKTep npoóJieMH npHBeji k MHoroo(5pa3HOKy n oaxoay k npoixeccaw 3yOąaTKH.
AN ATTEMPT OF SYSTEM APPROACH TO THE PROBLEMS OF TRIBOLOGY IN WINDERS
S u m m a r y
An a tte m p t o f sy stem approach t o t h e problem s o f t r i b o lo g y h a s been p re
s e n t e d h e r e th rou gh th e exam ple o f h o i s t . The c o m p le x ity o f problem s h a s r e s u l t e d i n many - s id e d approach t o p r o c e s s e s o f t r i b o l o g y .
