CC BY
0
3. Володько, О. С. Методические основы исследований надежности и работоспособности технических систем / О. С. Володько, А. Г. Ленивцев II Известия Самарской ГСХА. - Самара, 2013. - №3. - С. 40-44.
4. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. - Введ. 1990-01-07. - М. : Изд-во стандартов. - 24 с.
5. Чичинадзе, А. В. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А. В. Чичинадзе, Э. М. Берлинер, Э. Д. Браун [и др.]; под общ. ред. А. В. Чичинадзе - М.: Машиностроение, 2003. - 576 с.
6. Бажутов, Д. Н. Повышение качества очистки и улучшение трибологических характеристик рабочей жидкости тракторных гидросистем / Д. Н. Бажутов, Г. А. Ленивцев II Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - Самара, 2009. - №3. - С. 49-51.
7. Ленивцев, Г.А. Аналитическая оценка влияния размерных параметров центрифуги на степень очистки масел / Г. А. Ленивцев, Д. Н. Бажутов II Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - Самара, 2013.-№3,-С. 44-49.
8. Бродский, Г. С. Обоснование, выбор параметров и разработка систем фильтрации рабочих жидкостей для гидро-фицированных горных машин : дис.... д-ра техн. наук: 05.05.06 / Бродский Григорий Семёнович. - М., 2006. - 370 с.
9. Улучшение уровня очистки и трибологических свойств рабочих жидкостей при эксплуатации тракторных гидросистем : отчет о НИР / ВНТИЦентр; исполн.: Ленивцев Г. А., Володько О. С., Молофеев М. В. [и др.]. - М. : ВНИПИОАСУ, 2012. - 137 с. - № ГР 01.201062609. - Инв. № 02.201352396.
УДК 620.179.112:075.8
ВЛИЯНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ НА ИЗНАШИВАНИЕ РЕСУРСООПРЕДЕЛЯЮЩИХ ДЕТАЛЕЙ ТРАНСМИССИЙ ТРАНСПОРТНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН
Ленивцев Александр Геннадьевич, канд. техн. наук, доцент кафедры «Механизация, автоматизация и электроснабжение строительства», ФГБОУ ВПО Самарский ГАСУ.
443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 194.
E-mail: [email protected]
Бухвалов Артем Сергеевич, инженер научно-исследовательской лаборатории кафедры «Тракторы и автомобили», ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА.
446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2.
E-mail: [email protected]
Ключевые слова: надежность, работоспособность, герметичность, трибосистема, абразив.
В статье рассмотрены методы улучшения герметичности внутренних полостей трансмиссий машин путем использования рациональных уплотнений и компенсатора герметичности, обеспечивающих снижение уровня абразивного изнашивания ресурсоопределяющих деталей. Цель исследования - снижение скорости абразивного изнашивания деталей и увеличения срока службы трансмиссионного масла обоснованием метода и режима воздухообмена трансмиссии с окружающей средой. Обоснованы взаимосвязи основных параметров трибосистемы и предложены мероприятия, направленные на снижение скорости абразивного изнашивания. Рассмотрены способы улучшения герметичности трансмиссий. Определены параметры компенсатора герметичности для трансмиссий основных сельскохозяйственных тракторов. Рациональные объемы компенсаторов герметичности для тракторов составляют: для МТЗ-80 - 22,4 1 а3 м3, для Т-4А - 20,9-103m3, для ДТ-75М - 18,6-1^1^, для К-701 - 17,1-Ш3 м3, для Т-150 - 15,2-Ш3 м3. Стендовые и эксплуатационные сравнительные испытания трансмиссий трактора Т-4А показали, что установка компенсатора герметичности позволяет повысить срок службы масла в 1,4-1,7 раза и снизить износ деталей на 7-9% по сравнению с базовым вариантом трансмиссии. Применение централизованной смазочной системы с центробежной очисткой обеспечивает снижения скорости изнашивания деталей в 1,5-1,8 раза и увеличение срока службы масла в 2-3 раза в сравнении с картерной смазкой разбрызгиванием. Эффективными мерами улучшения режима смазывания трансмиссий является повышение герметичности узла установкой рациональных конструкций сальников, манжет, уплотнений, прокладок и применением компенсатора герметичности. Рациональным является сочетание и качественная реализация данных мероприятий с учетом особенностей конструкции и условий эксплуатации машин.
Надежность и работоспособность трансмиссий колесных и гусеничных машин, составляющих основу многих технологических средств в транспорте, строительстве и сельском хозяйстве, определяются скоростью изнашивания ресурсоопределяющих деталей агрегатов и сборочных единиц. Показатели надежности и работоспособности трансмиссии в данном аспекте зависят от конструктивно-технологических параметров, определяющих потенциальные свойства конструкции, и эксплуатационных факторов, влияющих на изменение данных свойств с учетом условий работы: нагрузочно-скоростные режимы, климатические условия, качество технического обслуживания и др, При характерных для трансмиссий машин неустановившихся нагрузках и скоростях, широком интервале изменения температурных условий и запыленности окружающей среды требуются рациональные режимы смазывания поверхностей трения деталей, включающие способ смазывания,
свойства и стабильность показателей смазочного материала, уровень его загрязнения механическими примесями, доля абразивных частиц и скорость окисления.
Актуальным в направлении сохранения потенциальных свойств трансмиссий транспортных и технологических машин является поиск эффективных методов улучшения режимов смазывания поверхностей трения ресурсоопределяющих сопряжений.
Рабочая гипотеза данного исследования основана на возможности использования компенсатора герметичности корпуса трансмиссии, как метода конструктивного и технологического воздействия на параметры режима смазывания, обеспечивающего снижение скорости абразивного изнашивания деталей и увеличение срока службы масла.
Цель исследований - снижение скорости абразивного изнашивания деталей и увеличения срока службы трансмиссионного масла обоснованием метода и режима воздухообмена трансмиссии с окружающей средой.
Задачи исследования.
- обосновать взаимосвязи основных параметров трибосистемы и разработать мероприятия по снижению скорости абразивного изнашивания;
- разработать и оценить эффективность компенсатора герметичности для трансмиссий, обеспечивающего снижение воздухообмена внутренней полости с окружающей средой.
Материалы и методы исследований. В основу общей методики положен принцип разработки и анализа структурной схемы взаимосвязи параметров, действующих на силовую передачу в эксплуатационных условиях. В теоретических исследованиях оценивался процесс воздухообмена силовой передачи с окружающей средой и соответствующие скорости накопления механических примесей в масле и его окисления при разных режимах эксплуатации, а также обосновывались параметры компенсатора герметичности. Работоспособность и эффективность компенсатора герметичности оценивались в стендовых и эксплуатационных исследованиях. Для сравнительных стендовых исследований был разработан специальный стенд, включающий два редуктора в замкнутом силовом контуре. На одном из редукторов был установлен компенсатор герметичности. Эксплуатационные исследования проводились с использованием трех групп тракторов Т-4А при разных режимах эксплуатации.
Результаты исследований. Анализ современной методологии оценки надежности и работоспособности машин и механизмов с точки зрения процесса изнашивания ресурсоопределяющего сопряжения базируется на полном и всестороннем обосновании структуры трибологической системы (ТС) и взаимодействия ее составляющих: поверхности трения сопряженных деталей Д1 и /Ь, смазывающий материал М и окружающая среда А (рис. 1) [1, 2].
Комплексная схема (рис. 1) позволяет обосновать характерные взаимосвязи основных трибологиче-ских параметров в условиях абразивного изнашивания поверхностей трения по отдельным этапам жизненного цикла машины и предложить ряд мероприятий.
На этапе конструирования:
- расчетными методами обосновывается минимальная толщина смазочного слоя (Лт,„) по обеспечению рационального режима смазывания и необходимые показатели смазочного масла (сорт, физико-химические и трибологические свойства);
- выбирается способ и уровень фильтрования масла (Ф) с учетом толщины смазочного слоя и характерных размеров абразивных частиц в зоне использования машины;
- применяются эффективные конструкции уплотнений, снижающие воздухообмен внутренней полости трансмиссии с окружающей средой;
- рассчитываются показатели надежности и работоспособности.
На этапе изготовления:
- обосновывается выбор материалов для изготовления деталей;
- обосновывается выполнение норм точности изготовления, сборки и промышленной чистоты;
- проводится контроль режимов обкатки и качества уплотнений в сборочных единицах;
- разрабатываются технологические карты с обоснованием начальных, допустимых и предельных размеров изнашиваемых деталей.
На этапе эксплуатации:
- проводится контроль и экспертиза отказов;
- планируются и реализуются периодические управляющие воздействия;
- анализируются и учитываются условия эксплуатации с целью корректирования управляющих воздействий.
и. мкм/с
/ мкм
мкм
О, n м
✓
и, А А
О
<п
"1/г
г, час
1
Рис. 1. Схема процесса абразивного изнашивания поверхностей трения:
1 - абразивные частицы в потоке масла: 2 - окисная пленка: V - скорость взаимного перемещения поверхностей трения; Р - усилие; v - вязкость масла; И™ - минимальная толщина масляного слоя в контакте деталей; с1пр - средний диаметр абразивных частиц; Ф - зона оптимального уровня фильтрования масла; I и и - износ и скорость изнашивания поверхностей; т - время работы сопряжения; Тп - время приработки сопряжения (участок I); Тр - регламентированное время работы (участок II при достижении предельного износа ¡п и регламентированной скорости изнашивания 11р)
Исследованиями [3, 4, 5] установлена превалирующая роль абразивного изнашивания деталей трансмиссий в случаях работы машины в условиях сильной запыленности воздуха и при снижении герметичности корпуса. Анализ взаимосвязи показателей изнашивания (рис. 1) свидетельствует практически о линейной зависимости износа (/) в зоне II под углом а к оси времени (т). При этом скорость изнашивания
и _ с1' _ ?я ' 'д
йт ГР
(1)
где /'н и /л - начальный (после приработки) и предельный износ сопряжения.
Наглядно прослеживается регламентированный ресурс сопряжения (Тр) при регламентированной скорости изнашивания (1/р), обусловленной уровнем фильтрования масла (Ф). Повышение скорости изнашивания при увеличении уровня абразивного загрязнения трансмиссионного масла характеризуется увеличением угла наклона классической линии изнашивания и соответствующим снижением срока службы (Тр) ресур-соопределяющего сопряжения.
Способы улучшения герметичности трансмиссий.
Исследованиями [5, 6] отмечается, что «запыленность воздуха на уровне тракторных трансмиссий достигает 3,2 г/м3, а доля абразивных частиц составляет 57-68%». В условиях воздухообмена внутреннего объема корпуса трансмиссии с окружающей средой («дыхания» трансмиссии) абразив загрязняет трансмиссионное масло и поступает в зоны трения деталей. Эффективным с точки зрения обеспечения рациональных режимов и условий смазывания тракторных трансмиссий является ряд мероприятий, воздействующих на герметичность внутренних полостей и состояние трансмиссионного масла [3].
• Конструкторская разработка и обоснование режимов работы централизованной смазочной системы с центробежной очисткой, регулированием температуры и рациональным подводом масла в зоны трения деталей. По данным [3] это обеспечивает возможность снижения скорости изнашивания деталей в 1,5-1,8 раза и увеличение срока службы масла в 2-3 раза в сравнении с картерной смазкой разбрызгиванием.
• Выбор рациональной конструкции сальников, манжет, прокладок и защитных кожухов рычагов управления и выходных валов трансмиссии (рис. 2, а, б, в) [2, 3, 6].
кольцедая щель
а
а)
одлицодка ПТФЗ (полимер! б)
крышка
упругая прокладка
корпус
3
I/ I ц^
л.
4
5
К
В) г)
Рис. 2. Методы улучшения герметичности трансмиссии: а) сальник с волнообразной кромкой контакта увеличивает площадь контакта и теплоотдачи вращающегося вала; б) уплотнительное кольцо (сальник) с торцевой щелью, улучшающей эластичность кольца, и облицовкой из полимера, снижающей износ кромки; в) упругая профильная угловая прокладка корпуса и крышки трансмиссии; г) схема компенсатора герметичности;
1 - корпус трансмиссии; 2 - воздуховод; 3 - корпус компенсатора герметичности; 4 - эластичная диафрагма;
5 - индикатор перемещения диафрагмы; Уо - свободный объем трансмиссии;
Б - сечение воздуховода; V« - рабочий объем компенсатора герметичности
В современных отечественных и зарубезных тракторах отдается предпочтение конструкторскому и технологическому совершенствованию вариантов а, б и е (рис. 2). Однако в данных случаях повышается плотность сопряжения деталей с частичным сокращением воздухообмена, а компенсатор герметичности (рис. 2, г) исключает температурный и динамический воздухообмен методом сообщающихся полостей.
• Оборудование трансмиссии компенсатором герметичности (рис. 2, г), действие которого основано на свободном перетекании воздуха из объема силовой передачи Уо в рабочий объем компенсатора Ук. Исследованиями [6] определены значения объемов У о и Ук для наиболее распространенных отечественных тракторов (табл. 1).
Таблица 1
Изменение объемов Ур и У» трансмиссий тракторов
Объемы, Ю"3, м3 МТЗ-80 Т-4А ДТ-75М К-701 Т-150
Уо 86,4 64,7 52,3 49,9 44,5
Ук 22,4 20,9 18,6 17,1 15,2
Главные методические аспекты определения объемов Уо и Ук при условиях адиабатного расширения воздуха вытекают из уравнения
V,.
к-Уп
(2)
где {и~\7) - интервал температурных колебаний; /3 - коэффициент объемного расширения воздуха; /(-коэффициент, учитывающий различные виды воздухообмена.
Эффективным методом экспериментальной оценки Уо трансмиссии является заполнение свободного объема жидкостью с последующим определением величины свободного пространства.
Стендовые и эксплуатационные сравнительные испытания трансмиссий трактора Т-4А показали, что установка компенсатора герметичности позволила повысить срок службы масла в 1,4-1,7 раза, снизить износ деталей на 7-9% и утечки масла.
Оценка неплотностей трансмиссии трактора Т-4А диагностическим методом эквивалентного отверстия (с/Эр) позволила установить его предельное значение с1эр =7,6 мм, свидетельствующее о значительном повышении скорости изнашивания деталей и необходимости замены и ремонта уплотнений корпуса трансмиссии. Предполагая идентичность конструктивно-технологического исполнения уплотнений силовых передач современных тракторов экспериментальные данные для трактора Т-4А могут с достаточной
достоверностью использоваться для других тракторов с учетом приведенного значения диаметра эквивалентного отверстия (d3n).
Заключение. Герметичность тракторной трансмиссии определяет уровень загрязнения масла абразивными частицами из окружающей среды и, как следствие, скорость изнашивания и ресурс трибологической системы в целом. Эффективными мерами улучшения режима смазывания трансмиссий является повышение герметичности узла установкой рациональных конструкций сальников, манжет, уплотнений, прокладок и применением компенсатора герметичности. Рациональным является сочетание и качественная реализация данных мероприятий с учетом особенностей конструкции и условий эксплуатации машин.
Библиографический список
1. Основы трибологии (трение, износ, смазка) / под ред. А. В. Чичинадзе. - М.: Машиностроение, 2001. - 664 с.
2. Трибология : международная энциклопедия. Т. I. Историческая справка, термины, определения / под. ред К. Н. Войнова. - СПб.: АНИМА; Краснодар, 2010. - 176 с.
3. Современная трибология : Итоги и перспективы / отв. ред. К. В. Фролов - М.: ЯКИ, 2008. - 480 с.
4. Чичинадзе, А. В. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А. В. Чичинадзе, Э. М. Берлинер, Э. Д. Браун [и др.]; под общ. ред.А. В. Чичинадзе. - М.: Машиностроение, 2003. - 576 с.
5. Малкин, В. С. Надежность технических систем и техногенный риск. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2010. - 432 с.
6. Ленивцев, А. Г. Снижение интенсивности абразивного изнашивания тракторной силовой передачи применением компенсатора герметичности : дис. ... канд. техн. наук: 05.20.03 / Ленивцев Александр Геннадьевич. - Самара, 1999. -132 с.
7. Володько, О. С. Методические основы исследований надежности и работоспособности технических систем / О. С. Володько, А. Г. Ленивцев II Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - Самара, 2013.-№3,-С. 40-44.
УДК 621.892.84
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИФРИКЦИОННЫХ И ПРОТИВОИЗНОСНЫХ ДИСКОТИЧЕСКИХ МЕЗОГЕННЫХ ПРИСАДОК ДЛЯ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ
Терентьев Владимир Викторович, канд. техн. наук, доцент кафедры «Технический сервис», ФГБОУ ВПО Ивановская ГСХА им. академика Д. К. Беляева.
153012, г.Иваново, ул. Советская, 45.
E-mail: [email protected]
Акопова Ольга Борисовна, д-р хим. наук, ст. науч. сотрудник НИИ наноматериалов, ФГБОУ ВПО Ивановский ГУ.
153025, Иваново, ул. Ермака 39.
E-mail: [email protected]
Баусов Алексей Михайлович, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Технический сервис», ФГБОУ ВПО Ивановская ГСХА им. академика Д. К. Беляева.
153012, г.Иваново, ул. Советская, 45.
E-mail: [email protected]
Герасимов Алексей Иванович, канд. техн. наук, доцент кафедры «Тракторы и сельскохозяйственные машины», ФГБОУ ВПО Ивановская ГСХА им. академика Д. К. Беляева.
153012, г. Иваново, ул. Советская, 45.
E-mail: [email protected]
Телегин Игорь Михайлович, аспирант кафедры «Технический сервис», ФГБОУ ВПО Ивановская ГСХА им. академика Д. К. Беляева.
153012, г. Иваново, ул. Советская, 45.
E-mail: [email protected]
Ключевые слова: карбоксилаты, износ, смазка, трение, присадка, мезофаза.
Цель исследования - улучшение трибологических показателей серийных пластичных литиевых смазок, используемых в узлах трения сельскохозяйственных машин. В статье представлены результаты экспериментальных исследований антифрикционных и противоизносных свойств пластичных смазочных материалов с присадками жидкокристаллической природы - карбоксилатами меди, формирующими в мезофазе колончатые надмолекулярные структуры. Выбор присадок для исследований обусловлен размерами их молекул. Синтез присадок осуществлялся различными методами (метод сплавления и механоактивации в измельчителе ударно-отражательного типа). Три-бологические исследования проводились на машине трения. Исследования показали, что введение в качестве присадок к литиевым смазкам исследуемых карбоксилатов меди позволяет снизить коэффициент трения в 1,5-3,45 раза, что в целом позволяет уменьшать потери на трение в трибосопряжениях. Износ элементов пар трения снижается
