Поиск и определение методов решения по теме исследования

Если рассматривать конструкцию описываемых в первой главе устройств, то большая часть из них создана с помощью стального сортового проката: уголков, труб круглого и квадратного сечения, стержней и листового металла. Из-за этого масса устройств довольно велика. Поскольку разрабатываемое устройство позиционируется как мобильное, перевозимое в отсеке пожарной надстройки и легко устанавливаемое одним человеком, оно должно иметь небольшие габариты и малый вес. Последнего можно добиться применением легких материалов, например, алюминиевых сплавов. Поскольку проектируемое устройство предполагается изготавливать из сортового проката, как самого доступного, то наиболее подходящим алюминиевым сплавом может являться дюралюминий. Параметры сортового алюминиевого проката определяются по ГОСТ 21631-76 «Листы из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия» и ГОСТ 8617-81 «Профили прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия» [8, 9]. Однако дюралюминий является довольно хрупким материалом, который в условиях реального применения может быть легко поврежденным.

Еще одним материалом для создания изделия может служить сталь марки 40Х (ГОСТ 4543-71) [10] – это конструкционная легированная сталь содержащая от 0,36 % до 0,44 % углерода и хрома в интервале от 0,8 % до 1,1 % (ГОСТ 4543-71). Эквивалентами 40Х являются стали: 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХФ, 40ХР. Для сравнения в таблице 1 приведены характеристики рассматриваемых выше материалов [11].

Таблица 1 - Сравнительные характеристики рассматриваемых металлов и сплавов

Анализируя данные таблицы 1 можно сделать вывод, что сталь 40Х имеет лучшие характеристики по твердости, пределам текучести и вязкости. Плотность обеих представленных сталей примерно одинакова, но все же сталь 40Х имеет несколько меньшее значение, и масса проектируемого изделия тоже будет меньше. С учетом коррозионной стойкости и прочностных характеристик сталь 40Х представляется наиболее подходящим материалом. К ее недостаткам можно отнести довольно высокую стоимость материала.

Все существующие устройства, изученные при обзоре конструкций, предназначены для сбора рукавов в скатки, то есть имеют вал и вилку, на которую наматывается рукав. Соответственно, вал устанавливается в подшипники качения, образующие вместе с их корпусом подшипниковый узел, для облегчения его вращения. При этом масса подшипниковых узлов довольно велика, они требуют обслуживания и увеличивают габариты устройства.

Существует возможность заменить подшипники качения подшипниками скольжения, с применением современных антифрикционных покрытий. Одним из таких материалов является фторопласт-4 [12].

Фторопласты – принятое еще в СССР техническое название фторсодержащих пластических масс (ГОСТ 10007-80). Фторопласты относятся к гамме фторсодержащих полимеров, на основе которых разработана широкая группа пластмасс, обладающих рядом весьма полезных свойств. К ним относятся высокие тепло- и термостойкость, негорючесть, химическая и коррозионная стойкость. Из фторсодержащих полимеров наибольшее техническое значение имеет политетрафторэтилен (ПТФЭ), политрифторхлорэтилен (ПТФХЭ) и поливинилиденфторид (ПВДФ) [13]. В научных исследованиях [12, 13] отмечается, что применение фторопласта и материалов на его основе в конструкции подшипников позволяют увеличить их ресурс и повысить износостойкость при соблюдении правил эксплуатации.

Сравнительные испытания [13] металлопластмассовых (на основе фторопласта-4) и баббитовых подшипников скольжения жидкостного трения в режиме частых пусков и остановок показали, что фторопластовые подшипники скольжения имеют большую износостойкость.