Повышение долговечности шестеренчатых насосов высокого давления применением антифрикционных присадок в смазочно-охлаждающую жидкость при восстановлении втулок

Бадышев, Дмитрий Павлович

Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение долговечности шестеренчатых насосов высокого давления применением антифрикционных присадок в смазочно-охлаждающую жидкость при восстановлении втулок

кандидата технических наук: Бадышев, Дмитрий Павлович
город: Саратов
год: 2006
специальность ВАК РФ: 05.20.03
цена: 450 рублей

Диссертация по процессам и машинам агроинженерных систем на тему «Повышение долговечности шестеренчатых насосов высокого давления применением антифрикционных присадок в смазочно-охлаждающую жидкость при восстановлении втулок»

Автореферат диссертации по теме "Повышение долговечности шестеренчатых насосов высокого давления применением антифрикционных присадок в смазочно-охлаждающую жидкость при восстановлении втулок"

На правах рукописи

БАДЫШЕВ Дмитрий Павлович

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ШЕСТЕРЕНЧАТЫХ НАСОСОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЕМ АНТИФРИКЦИОННЫХ ПРИСАДОК В СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩУЮ ЖИДКОСТЬ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ВТУЛОК

Специальность: 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 2006

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавило-

ва»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Цыпцын Валерий Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Богатырев Сергей Аркадьевич

кандидат технических наук Гришин Антон Павлович

Ведущая организация:

ФГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Защита состоится « ¿6 » илО-^1 2006 г. в « /<&> часов на заседании диссертационного совета Д220.061.03 при ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова» по адресу: 410056, г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан апкш{ 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Н.П. Волосевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из важных направлений развития народного хозяйства является повышение ресурса и эффективности мобильной сельскохозяйственной и мелиоративной техники путём разработки и внедрения при производстве и ремонте ее деталей таких технологических процессов, которые давали бы возможность получать детали с более высокими эксплуатационными характеристиками. В условиях рыночных взаимоотношений остро встает вопрос о совершенствовании технологии, улучшении организации и повышении качества ремонта машин.

За период реформирования экономики страны с 1990 до 2006 г. производство сельхозпродукции уменьшилось на 40-50 % вслед за сокращением парка тракторов, зерно- и кормоуборочных комбайнов, мелиоративных и других машин в сельском хозяйстве. Ухудшилось техническое состояние наличной техники - каждая третья машина неисправна. Обновление парка машин с традиционного в прежнее время 10-12%-го ежегодного уровня уменьшилось до 0,7 % по тракторам и 0,3 % - по зерноуборочным комбайнам.

Повышение долговечности машин и механизмов за счет снижения трения и износа становится с каждым годом все более важной задачей. При решении этой задачи должны учитываться, наряду с другими, и трибологические явления, которые проявляются в машинах при осуществлении сельскохозяйственных работ. Потери средств от трения и износа в развитых государствах достигают 4-5 % национального дохода, а преодоление сопротивления трению поглощает во всем мире 20-25 % вырабатываемой за год энергии.

В данной работе теоретически обоснована и решена задача повышения долговечности и эффективности использования мобильной сельскохозяйственной техники за счет введения антифрикционных присадок в смазочный материал, в частности, в смазочно-охлаждающую жидкость (СОЖ) при прошивании втулок шестеренчатого насоса НШ-32У тракторов МТЗ-80/82.

Исследования проводились в соответствии с планом развития Саратовской области по выполнению научного направления 1.2.9. «Комплексная региональная программа научно-технического прогресса в агропромышленном комплексе Поволжского экономического региона на 20 лет до 2010 года» (№ государственной регистрации 840005200) и комплексной темой № 5 «Повышение налеэд^одщ ^ ^^^щтвности

БИБЛИОТЕКА { С.Петер$ " и ' 03

I ли I ЫЧЛ |

использования мобильной техники в сельском хозяйстве», разделом № 3 «Эффективность использования и повышение работоспособности тракторной техники при эксплуатации» НИР ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова».

Цель работы. Повышение долговечности шестеренчатых насосов гидросистемы мобильной сельскохозяйственной техники путем применения антифрикционных присадок в смазочно-охлаждающую жидкость при восстановлении втулок.

Объект исследований. Шестеренчатые насосы НШ-32У навесной гидросистемы тракторов МТЗ-80/82.

Предмет исследований. Тепловые и физико-химические процессы, протекающие в узлах трения шестеренчатых насосов НШ-32У.

Методика исследований включает: изучение и анализ условий работы гидросистем тракторов, конструктивных особенностей и характера величины износа их ai pei aiuB; исследование технологических способов восстановления втулок шестеренчатых насосов путем пластической деформации с применением смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ); теоретическое обоснование повышения эффективности и обеспечения работоспособности трибосопряжений насосов типа НШ-32У за счет введения антифрикционных композиций в смазочно-охлаждающую жидкость при процессе прошивания; исследование физико-механических свойств антифрикционных присадок; экспериментальные исследования образцов на машине трения СМЦ-2 и узлов тракторных гидросистем на стенде и в эксплуатации.

В ходе исследований поверхностей трения использовались современные физико-химические методы, оборудование, установки и приборы.

Обработку полученных экспериментальных данных проводили с помошью современного программного обеспечения и процессора «Intel Pentium IV».

Достоверность результатов исследований обусловлена применением современного оборудования, основывается на теории планирования многофакторного эксперимента и подтверждена производственными испытаниями.

Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к решению задач повышения долговечности агрегатов гидросистемы мобильной техники путем применения антифрикционных присадок в СОЖ при восстановлении втулок насосов типа НШ-32У, к ана-

лизу и обобщению теоретических положений и закономерностей, в результате которых:

• установлены характер и степень влияния различных факторов на ресурсные и экономические показатели гидросистем на этапе жизненного цикла;

• осуществлены теоретическое обобщение и выбор комплекса средств для повышения долговечности ресурсоопределягощих сопряжений насоса НШ-32У;

• разработана антифрикционная присадка в СОЖ на основе дисульфида молибдена и олеиновой кислоты (Мо82 + С17Н33СООН), обеспечивающая работоспособность трибосопряжений после восстановления шестеренчатого насоса гидросистемы;

• разработаны научно-практические рекомендации по обеспечению работоспособности и повышению ресурса трущихся деталей шестеренчатых насосов.

Практическая ценность работы. Разработана и внедрена в производство СОЖ (масло МГ-22-А) с добавлением антифрикционных присадок на основе дисульфида молибдена и олеиновой кислоты для прошивания отверстий втулок шестеренчатых насосов НШ-32У, применение которой позволяет:

• снизить момент трения на 27% и износ на 34%, увеличить нагрузку схватывания в 1,5 раза, а также ускорить процесс приработки в 1,3-1,5 раза, в результате повысить ресурс шестеренчатых насосов на 20-40 %.

• получить от внедрения технологического процесса восстановления втулок годовой экономический эффект 25725 руб. при программе 1500 насосов.

Реализация результатов исследований. Результаты работы могут быть использованы при эксплуатации мобильной сельскохозяйственной техники в АПК Министерства сельского хозяйства, а также в учебном процессе вузов аграрного образования при изучении дисциплин «Надежность и ремонт машин», «Тракторы и автомобили», «Эксплуатация машинно-тракторного парка» и «Триботехника».

Внедрение. Способ повышения долговечности трибосопряжений гидросистемы мобильной сельскохозяйственной техники путем совершенствования технологических методов восстановления и применения антифрикционных добавок в смазочно-охлаждающий материал при прошивании внедрен на ряде предприятий Саратовской области:

Управление механизации «Саратовагропромстрой», ООО «Агросиф», ЗАО «УМ-24» (г. Саратов) и ОАО «МТС-Хлебороб» Красноармейского района. Положительные результаты дали возможность рекомендовать новый способ для внедрения на других предприятиях агропромышленного комплекса.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Теоретические предпосылки повышения долговечности трибо-сопряжений гидросистемы трактора путем применения антифрикционных присадок в СОЖ.

2. Математическое прогнозирование ресурса трибосопряжений насосов НШ-32У.

3. Закономерности формирования поверхностей трения с заданными триботехническими свойствами.

4. Рекомендации по применению предлагаемых разработок, обеспечивающих работоспособность и повышение ресурса трибосопряжений мобильной сельскохозяйственной техники, и их экономическая и экологическая оценка.

Апробация работы. Основные положения работы и ее результаты были доложены, обсуждены, экспонировались и получили положительную оценку:

- на международной научно-практической конференции «Технический сервис в агропромышленном комплексе» посвященной 70-летию МГАУ им. В.П. Горячкина (г. Москва 2000 г.);

- на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СГАУ им. Н.И. Вавилова (г.Саратов 2000-2005 г.);

- на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СГТУ (г.Саратов 2000-2005 г.);

- на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава СГСА (г.Самара 2002 г.);

- на научно-технической конференциях профессорско-преподавательского состава ПГСХА (г. Пенза 2005 г.);

- на межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СНГ» (Саратов 20012005г.);

- на международной научно-практической конференции «Ульяновские чтения» (Саратов, СГАУ им. Н.И. Вавилова, 2005);

- на расширенном заседании кафедры «Тракторы и автомобили» СГАУ им. Н.И. Вавилова в 2005г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 15 научных работах, в том числе в научно-практических рекомендациях. Общий объем публикаций - 5,02 печ. л., из которых 2,62 печ. л. принадлежит лично соискателю.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Содержит 177 страниц машинописного текста, 13 таблиц, 64 рисунка и приложения. Список использованной литературы включает 124 наименования, из них 4 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены актуальность темы и основные положения, которые выносятся на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследования» приведен анализ надежности гидросистемы мобильной сельскохозяйственной техники и работоспособности деталей шестеренчатого насоса, смазочного материала и присадок к СОЖ.

Работоспособность и ресурс сельскохозяйственных машин в значительной степени определяются интенсивностью изнашивания трущихся деталей. Из-за неисправностей и износа ежегодно простаивает от 10 до 40 % машин и оборудования, что является причиной неоправданно больших затрат материальных и трудовых ресурсов на техническое обслуживание и ремонт техники.

Одним из самых важных условий увеличения объемов работ, выполняемых мобильной сельскохозяйственной техникой, является повышение их надежности.

Вопросам повышения надежности техники уделяли в своих работах большое внимание многие отечественные и зарубежные ученые: Ф.Н. Авдонькин, В.Г. Бабель, М.Д. Байрамкулов, Ф.П. Боуден, Э.Д. Браун, Ф.Р. Гекер, Н.Б. Демкин, A.M. Добычин, М.Н. Ерохин, Б.П. За-городских, В.Я. Кершенбаум, Б.И. Костецкий, Г.Д. Межецкий, Н.М. Михин, С.С. Некрасов, П.И. Носихин, П.А. Ребиндер, Ф.Я. Рудик, В.В. Сафонов, В.В. Стрельцов, Д. Тейбор, М.М. Тененбаум, М. Хебда, М.М. Хрущев, В.И. Цыпцын, Г.П. Шаронов и другие. Наука о повышении надежности машин базируется на теоретических и прикладных разработках в области трибологии, выполненных И.В. Крагельским, Д.Н. Гаркуновым, Г.В. Виноградовым, A.B. Чичинадзе и др.

Особый интерес представляет анализ надежности гидросистемы тракторов МТЗ-80/82, наиболее распространенных в Поволжье.

Анализ работоспособности гидросистемы тракторов МТЗ-80/82, и в частности, деталей шестеренчатого насоса НШ-32У позволяет сделать следующие выводы:

1. Анализ надежности агрегатов современных тракторов показал, что наибольшее количество отказов (30-35 %) приходится на гидравлическую систему, в частности, 39 % отказов - на шестеренчатые насосы типа НШ-У.

2. Исследования технологических способов восстановления деталей шестеренчатых насосов НШ-32У, изготовленных из литейных сплавов, показали, что наиболее перспективным является метод восстановления пластической деформацией.

3. Установлено, что наиболее эффективным способом восстановления пластической деформацией отверстий втулок насосов типа НШ-32У является применение комбинированной прошивки.

В связи с этим при исследовании и решении проблемы повышения долговечности гидросистемы мобильной техники и в соответствии с поставленной целью определены задачи исследования:

1. Выявить причины и факторы, влияющие на работоспособность и ресурс гидросистемы мобильной сельскохозяйственной техники.

2. Теоретически обосновать возможность повышения долговечности ресурсоопределяющих трибосопряжений насоса НШ-32У трибо-техническими методами, обеспечивающими работоспособность гидросистемы тракторов МТЗ-80/82.

3. Усовершенствовать технологический процесс восстановления втулок шестеренчатых насосов типа НШ-32У методом пластической деформации с применением антифрикционных присадок к СОЖ.

4. Провести сравнительные лабораторные и стендовые испытания шестеренчатых насосов, восстановленных различными способами и металлографические исследования.

5. Провести испытания отремонтированных насосов в условиях эксплуатации сельскохозяйственных тракторов и дать их технико-экономическую и экологическую оценку.

Во втором разделе «Теоретические предпосылки повышения долговечности ресурсоопределяющих трибосопряжений шестеренчатых насосов» приведены теоретические основы влияния СОЖ на трение в результате пластического контакта инструмента (прошивка - углеродистая инструментальная сталь У12А и термически обработанная до

твердости НЯСб2-65) и детали (втулка - алюминий А1-9 и бронза ОЦС 5-5-5) недостаточно изучен. Поэтому следует подробнее рассмотреть процесс трения при пластическом деформировании в смазочной среде.

Механизм возникновения трения объясняет молекулярно-механическая теория трения, согласно которой трение имеет двойственную молекулярно-механическую природу, где силу трения можно представить как сумму механической (деформационной) и молекулярной (адгезионной) составляющих:

Р = Рл^РА- (1)

Механическая составляющая вызвана сопротивлением упругому и пластическому оттеснению выступов контактирующих тел, внедрившихся при движении в контрповерхности (рисунок 1).

Рисунок 1 - Внедрение сферы в пластическое (а) и упругое (б) полупространство

В результате преобразований нами была предложена формула (2): ^ _ а стт | *срАср ^

1стн N

гдеох - среднее напряжение в тангенциальном направлении, Па; а' -средняя высота деформированного объема, м; г - перемещение, м; ом -напряжение при оттеснении материала в нормальном направлении, Па; Тер - тангенциальное напряжение, при котором происходит срез пленки, Па; АсР - площадь среза пленки, м2; N - нормальная нагрузка.

Первое слагаемое в формуле характеризует потери, связанные с деформированием материала в тонком поверхностном слое, второе - с преодолением сопротивления за счет разрушения адгезионных связей между пленками двух тел.

Таким образом, за счет снижения ст и повышения oN мы можем уменьшить трение при пластическом деформировании между инструментом и обрабатываемой деталью. Для этого в зону трения при прошивании втулок вводят СОЖ с добавлением антифрикционных присадок, в частности нами добавляется дисульфид молибдена и олеиновая кислота. Эффективность действия этих присадок на изнашивание была установлена математическим прогнозированием.

Известно что, износ детали можно рассматривать как функцию времени U(T), которая не монотонна, а делится на 3 участка (рисунок 2): I - период начального износа (приработка деталей); II - период нормального износа; П1 - период аварийного износа.

Рассмотрим участок ОПМ на кривой изнашивания. Он соответствует равномерно-замедленному износу. Зависимость можно представить в виде:

U(T) = a(T-Tm)c + b, (3)

где а, Ь, с - коэффициенты; Тш - наработка до точки М, находящейся между Т„ и Tic; Tj. - наработка до форсированного (аварийного) износа; Т - переменное.

О Тп Тш Тк Г

Рисунок 2 - Кривая износа трибосопряжений

Экспертные оценки методов снижения процесса изнашивания в начальный и установившийся периоды работы трущихся деталей, проведенные в работе, показали, что основное предпочтение отдается

технологическому и эксплуатационному факторам, которые включают в себя подбор оптимальной шероховатости, применение антифрикционных присадок в СОЖ, повышение качества масла, разработку и контроль оптимальных эксплуатационных режимов и т.п.

В связи с этим были выбраны факторы: X] - шероховатость поверхности, мкм; Х2 - микротвердость, МПа; Хз - механические примеси, %.

Рассмотрим функцию 11(Т) с учетом факторов Хь Х2; Хз, когда X, Ф 0, Х2 * 0, Х3 * 0, т.е. и(Т,Х,) = их(Т).

их(Т)=итк

ТК

\с

, Т<

(5)

где с - коэффициент, характеризующий изменение скорости износа в начальный период изнашивания; К - коэффициент, учитывающий физико-механические свойства поверхностного слоя трущихся деталей, условия трения и смазки:

к — +а2х2+а3х3) ^

Коэффициенты с^, а2, аз рассчитываем по методу наименьших квадратов:

1=1

а, =-

'Ж

1=1

Ех;

1=1

а2=-

1п

и(т')

и7?11

I ¡=1

¿Х-

а, =-

1п

и(т'Г №

■(7)

IX'

1=1 ¡=1

Рассмотрим примеры. Допустим, что и„ = 6 мкм, ит = 10 мкм, Тп: 10 ч, Тт = 2000 ч. Данные для факторов:

X] =0,08 и,х'(Т*) = 4 Х?=0,1 их'(Т*) = 5 Х^ =0,12 изХ1(Т*) = 6

Х'2=250 и^2 (Т*)-4 Х2 =230 иХз(ТФ) = 5 Х2 =210 и^(Т*) = 6

Х'=1 и,Хз (Т*) = 4 Хз =5 и23 (Т*) = 5 Х^=10 изх'(Т*) = 6

где Т* - наработка, при которой получены значения износа в зависимости от значений фактора, Т =10 ч.

Определяем а,, а2, а3 из выражения (7):

0,08 + 0,1 + 0,12

-1,96;

а, =

а.

1п

4; \5; и;

250 + 230 + 210 'б4 '

+ 1п

I >41

1 + 5 + 10 Рассчитываем коэффициент с:

(

1п

= 0,00085

= 0,0367.

с = -

1-1

1п

10 2000

: 102,17.

Имеет окончательную зависимость 11(Т, Хь Х2, Хз):

их(Т) = ЮК

ТК У 2000 ]

, Т<

2000 К

Приэтомс= 102,17,а К = е-(1-96Х'+0'00085Хг+0-0367Х') =0,67. Если наработка без учета факторов была Тт=2000 ч, то с учетом факторов:

Т = ^ = 2985ч; 0,67

Если износ был ит = 10 мкм, то с учетом факторов:

ТК V

иЛ(Т) = 10К

1-1

2000

= 6,7 мкм

Данная модель позволяет определить по значениям факторов X! Х2 и Хз величину износа и наработки, а также прогнозировать повышение долговечности трибосопряжений. Приведенные расчеты показывают, что применение разработанной СОЖ при прошивании втулок увеличивает ресурс трибосопряжений на 30-50 %.

В третьем разделе «Общая структура и методика экспериментальных исследований» излагаются программа и общая методика проведения экспериментальных исследований, а также описывается применявшееся оборудование.

Экспериментальные исследования, выполняли в несколько этапов:

• исследование показателей долговечности узлов трения мобильной сельскохозяйственной техники;

• исследование физико-механических характеристик рабочих поверхностей образцов и трущихся деталей насосов типа ШИ-У;

• лабораторные и стендовые испытания, имитирующие условия работы трибосопряжений агрегатов гидроприводов мобильных машин;

• исследование влияния антифрикционных присадок на обрабатываемую поверхность втулки при восстановлении пластической деформацией и на долговечность трибосопряжений шестеренчатых насосов в целом.

При выборе смазочных композиций учитывались условия, в которых работают узлы трения гидросистемы трактора, а также технология восстановления деталей.Для сравнительных испытаний было выбрано в качестве базового, а также в качестве СОЖ масло МГ-22-А (ГОСТ 17479.3-85) как наиболее распространенный смазочный материал, применяемый при эксплуатации гидросистемы мобильных сельскохозяйственных машин.

Был проведен анализ существующих присадок в смазочный материал; в качестве добавок к смазочным материалам использовались мелкодисперсные порошки мягких металлов и их сплавов: дисульфид молибдена, графит, медь, свинец, олово, алюминий, цинк, бронза, латунь, никель и др.

Особое место в исследуемых добавках в СОЖ занимают олеиновая кислота и дисульфид молибдена.

Исходя из вышеизложенного для исследований в качестве смазочного-охлаждающего материала выбраны масло МГ-22-А ГОСТ 17479.3-85, порошок дисульфида молибдена и олеиновая кислота (Мо82 + С17НззСООН).

Поверхность трения колодок перед испытаниями обрабатывались комбинированной прошивкой: в первом случае в качестве СОЖ применялось масло МГ-22-А, в остальных масло МГ-22-А с присадками. После чего определяли шероховатость каждого образца с помощью профилографа-профилометра модели 201 завода «Калибр» и металлографические исследования выполняли на микротверломере ПМТ-3 (ГОСТ 7995-81) с использованием микроскопа МИМ-8М (ГОСТ 9460-75). Точность измерения соответствовала существующим рекомендациям.

Исследования образцов на трение и износ проводили на машине трения СМЦ-2 по схеме: «образец (колодка) и контробразец (ролик)». Для имитации работы трибосопряжений шестеренчатого насоса «втулка - цапфа шестерни» применяли образцы, изготовленные из материала деталей насоса: ролика - сталь 18ХГТ, колодки - алюминий АЛ-9 и бронза ОЦС 5-5-5. В ходе испытания на износ к приработанным образцам прикладывалась фиксированная нагрузка, равная 1000 Н, частота вращения ролика - 500 мин"1. В течение 3 часов снимались показания момента от сил трения и температуры в зоне трения. Пуск машины осуществлялся при отсутствии нагрузки на образцы. Вал машины трения с установленным роликом вращался около 3...5 минут, что обеспечивало создание масляной пленки на ролике, после чего в течение 2 минут нагрузку плавно доводили до установленной величины. Образцы взвешивались на аналитических весах ВЛА-200М до начала эксперимента и после его завершения. По разности значений судили об износе образцов, выраженном в единицах массы.

В процессе испытания момент трения регистрировался потенциометром КСП-4, температура - потенциометром КСП-2-026. Для подтверждения индивидуальности полученных соединений проводили рентгенографический анализ. Съемку рентгенограмм осуществляли на дифрактометре ДРОН-2,0. Термическую устойчивость дисульфида молибдена изучали на дериватографе марки ОД-103.

Наиболее эффективная СОЖ с присадками для восстановления втулок шестеренчатых насосов в дальнейшем подвергалась эксплуатационным испытаниям.

В четвертом разделе «Усовершенствование технологии восстановления втулок насосов типа НШ-32У» была выбрана и усовершенствована технология, которая позволяет более качественно восстанавливать втулки насосов НШ-32У за счет применения комбинированной прошивки и добавления антифрикционных присадок в СОЖ

Исходя из вышеизложенного восстановление втулок осуществляется в такой последовательности (рисунок 3).

Втулку 4 в сборе с сердечником 5, главным пуансоном 1 и вкладышем 3 устанавливают в матрицу 2 штампа. Со стороны хвостовика втулки на посадочную шейку сердечника 5 со скользящей посадкой устанавливают малый пуансон 6 и со стороны рабочего торца, через пуансон I, прессуют втулку на гидравлическом прессе ПБ-002, при давлении 15,0... 15,5 МПа.

и)

£Г

Ш переход

1. Пуансон;

2. Матрица;

3. Вкладыш;

4. Восстанавливаемая втулка;

5. Сердечник;

6. Гидравлический пресс;

7. Пуансон;

8. Опорная плита;

9. Выталкиватель

10. Комбинированная прошивка;

11. Выпрессовочная оправка.

N переход

V переход

Рисунок 3 - Технологическая последовательность восстановления втулок давлением

Затем матрицу устанавливают пуансоном 1 к опорной плите 8 и через пуансон 6 прессуют втулку со стороны хвостовика при давлении 6,0...6,5 МПа. Удалив опорную плиту 8 выталкивателем 9, выпрессо-вывают из втулки сердечник 5 и пуансон 1. Не вынимая втулку из матрицы, обрабатывают ее отверстие комбинированной прошивкой 10, применяя в качестве смазочно-охлаждающей жидкости масло МГ-22-А с добавлением антифрикционных присадок. После прошивания втулку выпрессовывают из матрицы оправкой 11.

В пятом разделе «Экспериментальные исследования и их результаты» приведены результаты сравнительных триботехнических испытаний образцов на машине трения СМЦ-2 по схеме «ролик - колодка» согласно разработанной методике.

Для оценки различных вариантов обработки втулок было приготовлено шесть видов образцов, изготовленных из новых втулок и втулок, обработанных комбинированной прошивкой с применением различных СОЖ (см. таблицу).

Таблица - Образцы колодок для испытаний на машине трения СМЦ-2

№ варианта Варианты СОЖ для обработки втулок комбинированной прошивкой

т 1 Новые втулки

II Масло МГ-22-А без присадок

III Масло МГ-22-А + графит (10 %)

IV Масло МГ-22-А + графит (10 %) + С17Н33СООН (1 %)

V Масло МГ-22-А + Мо82 (10 %)

VI Масло МГ-22-А + МоБг (10 %) + С,7Н,3СООН (1 %)

Результаты испытаний на износ представлены на рисунке 4-7.

Из рисунка 4 видно, что момент трения во время испытания исследуемых образцов изменялся неодинаково и отличался по величине и времени стабилизации.

Интенсивное снижение момента трения при введении в СОЖ МоБг + С17Н33СООН связано с уменьшением величины микронеровностей на поверхности трения образцов, а также наиболее интенсивным формированием микрогеометрии поверхности Присадка в СОЖ уменьшает адгезионное схватывание инструмента и заготовки и облегчает деформирование обрабатываемого металла. Также в процессе

прошивания частицы дисульфида молибдена адсорбируются в микропорах обрабатываемой поверхности. МЦ,, Нм

Время, ч

Рисунок 4 - Изменение момента трения при испытании образцов на масле МГ-22-А

Наилучшими противоизносными свойствами (рисунок 5) отличились образцы, обработанные комбинированной прошивкой с применением в качестве СОЖ масла МГ-22-А + Мо82 + С|7Н33СООН (VI в-т). 16-

Рисунок 5 - Износ образцов при испытании:

- ролик; шл - колодка; ¡лэ - суммарный износ Износ ролика и колодки составил соответственно 3 и 5 мг.

Во время испытаний регистрировали относительную температуру в зоне трения. По мере того как формировался модифицированный слой на поверхности трения, и улучшались характеристики поверхности трения, снижались потери на трение, а отсюда и снижение температуры масла.

На втором этапе проводили испытания образцов для определения приработки рабочих поверхностей. Противозадирные свойства определяли по нагрузке схватывания образцов трения при ее ступенчатом увеличении. За нагрузку схватывания принимали нагрузку, при которой происходит «холодное» сваривание поверхностей трения образцов. В ходе испытаний образцы нагружались ступенчато на 100 Н через каждые 3 мин, первой ступенью при испытании была нагрузка 200 Н. Предельной считалась нагрузка, при которой происходили схватывание и задир трущихся поверхностей.

Продолжительность испытания на каждой ступени определялась стабилизацией момента трения. Результаты испытаний на схватывание

Рисунок 6 - Изменение момента трения при испытании на схватывание

Таким образом, сравнительные лабораторные исследования на машине трения СМЦ-2 показали улучшение триботехнических свойств испытуемых образцов, которые были обработаны прошивкой с применением базовой СОЖ (масло МГ-22-А) и добавлением антифрикционных присадок (МоЯ2 + С17Н33СООН). Установлено, что введение присадок позволило снизить момент трения на 27 % и износ - на 34 %, увеличить нагрузку схватывания в 1,5 раза, а также ускорить процесс приработки в 1,3-1,5 раза.

Для оценки механизма взаимодействия маслорастворимых соединений молибдена с металлами пар трения нами были проведены металлографические исследования.

Решающую роль в протекании физико-химических процессов играют всплески температур на пятнах касания микровыступов трущихся пар. Отсюда критерием оценки в данном случае служил интервал температур от начала разложения присадки в присутствии металла до максимума первого пика на кривой дифференциально-термического анализа (Д'ГА). Исследовали: дисульфид молибдена, тщательно перемешанный с порошком металлов пар трения. Результаты исследований представлены на рисунке 7.

О 200 400 600 800 Т, °С Рисунок 7 - ДТА-кривые: а - Мо82: б - МоБг+Ме

Таким образом, вследствие взаимодействия образовавшихся при этом химически активных продуктов разложения Мо82 с металлами на дифференциальной кривой наблюдается резкий экзотермический эффект при 520°С. Это говорит об образовании нового химического соединения продуктов разложения Мо82 с железом:

Мов2 + Ме-

->2Ме82 + Мо.

Продуктом химического взаимодействия продуктов разложения в основном являются сульфиды. Выделяющийся молибден диффундирует в поверхности трения, насыщая ее, повышая износостойкость и усталостную прочность.

Для установления фазового состава твердых продуктов термолиза использовался рентгеноструктурный анализ, который проводили на установке УРС-70 в камерах РКД. С этой целью на кривой ДТА были выбраны экстремальные точки эффектов, при которых происходят фазовые изменения в смесях при повышенных температурах. Методом "замораживания" и выделены промежуточные продукты, для которых были сняты дифрактограммы (рисунок 8).

453°К

793°К

493°К

793 К

60 50 40 20

Угол отнесения, град.

Рисунок 8 - Дифрактограммы: а - МоБ2; б - продукт взаимодействия МоБг+Ме

Строение полученных соединений было подтверждено ИК-спек-троскопическими исследованиями на приборе 1Ж-20 (рисунок 9).

Таким образом, исследованиями установлено химическое взаимодействие дисульфида молибдена с металлами пар трения, которое включает хемосорбцию серосодержащих соединений за счет образования сульфидов, что в условиях граничного трения определяет при-работочные и противозадирные свойства.

V ч fit

"Ч а*

U J f " \/ * Л/1 л

1 1 f

W V г

3800 2800 1800 1400 1000 700 500 Частота, см"1 Рисунок 9 - ИК-спектры поглощения: а - MoS2; б -продукта взаимодействия MoS2+Me

Сравнительные триботехнические испытания на стенде, имитирующем работу гидросистемы тракторов МТЗ-80/82, в течение 300 часов подтвердили эффективность применения антифрикционных присадок в СОЖ при прошивании втулок насосов типа НШ-32У. При этом было установлено, что за счет модифицирования внутренней поверхности трения втулки снизился их износ на 25 %, при этом «мостиков» схватывания и задиров не наблюдалось.

В шестом разделе В шестом разделе «Эксплуатационные испытания. Внедрение результатов исследований в производство и их технико-экономическая и экологическая оценка» представлены результаты эксплуатационных испытаний экспериментальных шестеренчатых насосов на четырех предприятиях Саратовской области: Управление механизации «Саратовагропромстрой», ЗАО «УМ-24» г. Саратов, ООО «Агросиф» Энгельского района и ОАО «МТС-

Хлебороб» Красноармейского района. Наработка в моточасах составляла от 1800 до 2550 ч.

Предлагаемый способ восстановления втулок пластической деформацией с применением присадок в СОЖ при процессе их прошивания позволил снизить износ деталей сопряжения «втулка-цапфа шестерни» на 25%, увеличить наработку с 1950 моточасов восстановленных по серийной технологии до 2535 моточасов восстановленных по предлагаемой технологии. Визуально можно было убедиться в отсутствии задиров и царапин на деталях. Также можно констатировать уменьшение по сравнению, с базовыми падения давления в системе на 8-10%, повысилась производительность машин за счет уменьшения времени простоев по причинам износа деталей на 10-15%.

Оценка токсических свойств антифрикционных добавок проводилась в соответствии с «Методическими рекомендациями по гигиенической оценке новых пестицидов» по следующим параметрам: определение ЛД50, кожно-резорбтивного и местно-раздражающего действий в опытах на животных. Установлено, что антифрикционные присадки обладают малой токсичностью и не оказывают кожно-резорбтивного и местно-раздражающего действия и при условии соблюдения санитарно-гигиенических норм могут быть допущены в производство.

На основе результатов исследований и внедрения технологического процесса с применением новой смазочно-охлаждающей жидкости в производство годовой экономический эффект составил 25725 руб. при программе 1500 насосов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ литературных и патентных источников показал, что ресурс и работоспособность агрегатов мобильной сельскохозяйственной техники зависят не только от воздействия эксплуатационных факторов, но и от конструктивных особенностей, характера износа и качества ресурсоопределяющих трибосопряжений. Наиболее часто в 80-90 % случаев выход из строя мобильной сельскохозяйственной техники происходит за счет износа трущихся деталей гидросистемы, в том числе и шестеренчатых насосов типа НШ-32У навесной гидросистемы тракторов МТЗ 80/82, на долю которых приходится до 20 % отказов. Применение новых смазочно-охлаждающих жидкостей с использова-

нием антифрикционных присадок в процессе восстановления втулок позволяет повысить ресурс насосов Н1И-32У на 20-40 %.

2. В результате теоретических исследований механизма действия смазочно-охлаждающего материала обоснован выбор присадок с применением дисульфида молибдена и олеиновой кислоты в качестве добавок в СОЖ (масло МГ-22-А) с целью улучшения качества поверхностей при прошивании втулок насосов типа НШ-32У. Разработана программа для математического прогнозирования ресурса трибосопряже-ний шестеренчатого насоса при заданных условиях эксплуатации, который увеличивается на 30-50 % за счет применения присадок в СОЖ.

3. Выбрана и усовершенствована технология, которая позволяет более качественно восстанавливать втулки насосов НШ-32У за счет применения комбинированной прошивки и добавления антифрикционных присадок в СОЖ. Точность и шероховатость восстановленных втулок соответствуют техническим условиям; на рабочих поверхностях отсутствуют следы схватываний и задиров, шероховатость внутренних поверхностей восстанавливаемых втулок составляет 0,08 мкм.

4. Сравнительные экспериментальные исследования на машине трения СМЦ-2 показали улучшение триботехнических свойств испытуемых образцов, которые были обработаны прошивкой с применением СОЖ (масло МГ-22-А) и добавлением в нее антифрикционных присадок (МоБ2 + С17Н33СООН), по сравнению с образцами, обработанными прошивкой с применением базовой СОЖ без добавления присадок. Установлено, что введение присадок позволило снизить момент трения на 27 % и износ - на 34 %, увеличить нагрузку схватывания в 1,5 раза, а также ускорить процесс приработки в 1,3-1,5 раза.

5. Сравнительные триботехнические испытания на стенде, имитирующем работу гидросистемы тракторов МТЗ-80/82, в течение 300 часов подтвердили эффективность применения антифрикционных присадок в СОЖ при прошивании втулок насосов типа НШ-32У. При этом было установлено, что за счет модифицирования внутренней поверхности трения втулки наблюдается уменьшение износа на 25 %, отсутствие «мостиков» схватывания и задиров.

%, повышение производительности машин за счет уменьшения времени простоев по причинам износа деталей на 10-15 %. На основе результатов исследований и внедрения технологического процесса с применением новой смазочно-охлаждающей жидкости в производство рассчитан годовой экономический эффект, который составил 25725 руб. при годовой программе 1500 насосов.

Основные положения диссертации опубликованы автором в следующих работах:

1. Бадышев Д. П. Тепловые явления при трении деталей трибосоп-ряжений мобильных машин в начальный период работы [Текст] / В. И. Цыпцын, Н. М. Балыков, М. В. Цыпцын, Г. А. Головащенко, Д. П. Бадышев // Актуальные проблемы транспорта Поволжья и пути их решения: межвуз. науч. сб. / Саратовский ГТУ. - Саратов, 2001. - С. 87-90 (0,25/0,1 печ.л.).

2. Бадышев Д. П. Некоторые пути повышения долговечности зубчатых пар [Текст] / Д. П. Бадышев // Повышение эффективности процессов механизации и электрификации в АПК: сб. науч. раб. / «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2001. - С. 256-258 (0,19 печ.л.).

3. Бадышев Д. П. Особенности механической обработки при восстановлении изношенных деталей гидросистемы [Текст] / В. И. Цыпцын, JI. М. Игнатьев, Д. П. Бадышев // Совершенствование машиноис-пользования и технологических процессов в АПК : сб. науч. трудов / Самарская ГСА. - Самара, 2002. С. 78-80 (0,13/0,05 печ.л.)

4. Бадышев Д. П. Приработка как резерв повышения ресурса трибо-сопряжений мобильных машин [Текст] / В.И. Цыпцын, Н.М. Балыков, В.В. Сафонов, Д.П. Бадышев, М.В. Цыпцын // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ: межгос. науч.-техн. семинар / Саратовский ГАУ. Вып. 14 - Саратов, 2002. С. 69-72 (0,26/0,1 печ.л.).

5. Бадышев Д.П. Пути повышения износостойкости при восстановлении изношенных деталей гидросистемы [Текст] / В.И. Цыпцын, JIM. Игнатьев, Д.П. Бадышев // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ : межгос. науч.-техн. семинар / Саратовский ГАУ. Вып. 15 - Саратов, 2003. С. 80-83 (0,2/0,07 печл.).

6. Бадышев Д.П. Косвенный метод оценки износостойкости втулок насосов НШ-32, НШ-46 по распределению частот размеров пор на по-

верхности трения [Текст] / В.И. Цыпцын, Л.М. Игнатьев, Д.П. Бады-шев, М.В. Цыпцын // Восстановление и упрочнение деталей машин: межвуз. науч. сб. / СГТУ. - Саратов, 2003. С. 185-190 (0,35/0,1 печл.).

7. Бадышев Д.П. Оценка повышения износостойкости образцов втулок насосов НШ-32, НПГ-46 косвенным методом [Текст] / Д.П. Бадышев // Восстановление и упрочнение деталей машин: межвуз. науч. сб. / Саратовский ГТУ. - Саратов, 2003. С. 194-196 (0,16 печ.л.).

8. Бадышев Д.П. Применение присадок при прошивании бронзовых втулок шестеренчатых насосов типа НШ-У [Текст] / Д.П. Бадышев // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ: межгос. науч.-техн. семинар / Саратовский ГАУ. Вып. 17 - Саратов, 2005. С. 232-235 (0,22 печл.).

9. Бадышев Д. П. Оценка результатов лабораторных испытаний износостойкости образцов втулок насосов НШ-32У [Текст] / Д.П. Бадышев // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ: межгос. науч.-техн. семинар / Саратовский ГАУ. Вып. 17 - Саратов, 2005. С. 259-261 (0,16 печл.).

10. Бадышев Д.П. Факторы, определяющие шероховатость отверстий втулок насосов типа НШ-У после технологической обработки [Текст] / Д.П Бадышев // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора Алексея Федоровича Ульянова / Саратовский ГАУ. Часть 1 - Саратов, 2005. С. 43-45 (0,19 печл.).

11. Бадышев Д. П. Рекомендации по обеспечению работоспособности и повышению трущихся деталей упругодемпфирующих тягово-сцепных устройств и шестеренчатых насосов [Текст] / В.И. Цыпцын, В.В. Сафонов, Л.М. Игнатьев, С.А. Алексеев, М.В. Цыпцын, Д.П. Бадышев // Научно-практические рекомендации. - Саратов: Изд-во По-волж. межрегион, учеб. центра, 2005. 36 с. (2,09/0,8 пл.).

12. Бадышев Д. П. Усовершенствованный технологический процесс восстановления деталей насоса типа НШ-32У за счет применения присадок [Текст] / В. И. Цыпцын, Л. М. Игнатьев, Д. П. Бадышев // Повышение эффективности использования автотракторной и сельскохозяйственной техники: межвуз. сб. науч. трудов / Пензенская ГСХА -Пенза: РИО ПГСХА, 2005. С. 98-100 (0,16/0,08 печл.).

13. Бадышев Д. П. Механизм действия присадок при прошивании втулок шестеренчатых насосов типа НШ-32У [Текст] / В.И. Цыпцын, Д.П. Бадышев // Повышение эффективности использования автотракторной и сельскохозяйственной техники: межвуз. сб. науч. трудов /

Пензенская ГСХА - Пенза: РИО ПГСХА, 2005. С. 101-103 (0,15/0,1 печл.).

14. Бадышев Д. П. Технологический процесс восстановления деталей насоса типа НШ-32У с применением присадок в СОЖ [Текст] / В.И. Цыпцын, Д. П. Бадышев // Проблемы эксплуатации автомобильного транспорта и других машин и пути их решения: сб. науч. трудов / Саратовский ГТУ - Саратов, 2005. С. 118-122 (0,29/0,2 печл.)

15. Бадышев Д. П. Результаты сравнительных трибологических испытаний втулок насосов типа НШ-32У, восстановленных различными способами [Текст] / В. И. Цыпцын, Л. М. Игнатьев, Д. П. Бадышев II Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ: межгос. науч.-техн. семинар / Саратовский ГАУ. Вып. 18 - Саратов, 2006. С. 200-2003 (0,22/0,1 печ.л.)

Подписано в печать 14.04.2006 г. Формат 60*84 11/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печ. л. 1,0. Тираж 100.

Оттиражировано с оригинал-макета в ООО ИДУ «Ризон» 410056, г. Саратов, ул. Т. Шевченко, 2а

J0C6A

№-9290

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Бадышев, Дмитрий Павлович

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ работоспособности и долговечности гидросистемы объемного типа при эксплуатации мобильных сельскохозяйственных машин

1.2 Особенности изнашивания трибосопряжений гидросистемы сельскохозяйственных тракторов

1.2.1 Условия работы трибосопряжений шестерёнчатого насоса

1.2.2 Конструктивные особенности и характер износа ресурсоопределяющих трибосопряжений насосов типа НШ-У

1.3 Анализ существующих способов восстановления насосов типа НШ-У

1.4 Основные пути повышения долговечности трибосопряжений шестеренчатых насосов типа НШ-У

1.4.1 Методы повышения износостойкости трущихся деталей

1.4.2 Существующие методы улучшение триботехнических свойств смазочного материала

1.5 Выводы. Цель и задачи исследования

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ РЕСУРСООПРЕДЕЛЯЮЩИХ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ ШЕСТЕРЕНЧАТЫХ НАСОСОВ /НА ПРИМЕРЕ НШ-32У ТРАКТОРОВ МТЗ-80/82/

2.1 Теоретические основы контактирования соприкасающихся поверхностей и влияние шероховатости на площадь контакта при пластическом деформировании

2.2 Теоретические предпосылки пластического деформирования в д процессе трения

2.3 Физико-механические свойства смазочно-охлаждающей жидкости с применением антифрикционных присадок

2.4 Математическое прогнозирование ресурса трибосопряжений шестеренчатого насоса НШ-32У

2.5 Выводы

3 ОБЩАЯ МЕТОДИКА И СТРУКТУРА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа и структурная схема исследований

3.2 Выбор смазочного материала и СОЖ с добавлением антифрикционных присадок при сравнительных испытаниях

3.3 Методика проведения лабораторных испытаний

3.4 Методика проведения стендовых испытаний

3.5 Методика проведения эксплутационных испытаний

3.6 Обработка экспериментальных данных и оценка результатов эксплуатационных испытаний насосов типа НШ-32У на долговечность

4 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТА Ф НОВЛЕНИЯ ВТУЛОК НАСОСОВ ТИПА НШ-32У

4.1 Технологическая последовательность восстановления втулок насосов типа НШ-32У способом прессования с обработкой отверстий прошиванием

4.2 Некоторые характеристики втулок, восстановленных способом давления

4.3 Факторы, определяющие шероховатость отверстий втулок после обработки

А 4.3 Выводы

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ

РЕЗУЛЬТАТЫ

5.1 Сравнительные трибологические испытания образцов на машине трения СМЦ

5.2 Механизм взаимодействия маслорастворимых соединений молибдена с металлами пар трения

5.3 Испытания отремонтированных насосов типа НШ-32У на стенде, имитирующем объемный гидропривод трактора

5.4 Выводы

6 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВО И ИХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

6.1 Результаты эксплуатационных испытаний и внедрение результатов исследований в сельскохозяйственное производство.

6.2 Расчёт экономической эффективности технологии восстановления насосов типа НШ-32У от внедрения новой смазочно-охлаждающей жидкости

6.3 Экологическая и токсикологическая оценка антифрикционных присадок в смазочно-охлаждающую жидкость

6.4 Выводы

Введение 2006 год, диссертация по процессам и машинам агроинженерных систем, Бадышев, Дмитрий Павлович

Актуальность темы. Одним из важных направлений развития народного хозяйства является повышение ресурса и эффективности мобильной сельскохозяйственной техники, путём разработки и внедрения технологических процессов при производстве и ремонте деталей и узлов сельскохозяйственных и мелиоративных машин и механизмов, которые давали бы возможность получения их с более высокими эксплуатационными характеристиками. В условиях рыночных взаимоотношений остро встаёт вопрос о совершенствовании технологии, улучшения организации и повышения качества ремонта машин.

За период реформирования экономики страны производство сельхозпродукции уменьшилось на 40-50% вслед за сокращением парка тракторов, зерно- и кормоуборочных комбайнов, мелиоративных и других машин в сельском хозяйстве ухудшилось техническое состояние наличной техники - каждая третья машина неисправна. Обновление парка машин с традиционного в прежнее время 10-12% -ого ежегодного уровня уменьшилось до 0,7% по тракторам и 0,3% - по зерноуборочным комбайнам, т.е. сократилось в 10-15 раз [1,2-8].

Повышение долговечности машин и механизмов за счёт снижения трения и износа становится с каждым годом всё более важной народнохозяйственной задачей [9, 10]. При решении этой задачи должны учитываться, наряду с другими, и трибологические явления, которые проявляются в машинах при осуществлении сельскохозяйственных работ, в строительстве, добывающей промышленности и во многих других отраслях. Потери средств от трения и износа в развитых государствах достигают 4—5% национального дохода, а преодоление сопротивления трению поглощает во всём мире 20-25% вырабатываемой за год энергии.

Проблема повышения долговечности и надёжности машин и механизмов неразрывно связана с качеством смазочных материалов. При этом уменьшение износа пар трения достигается не только повышением качества смазочного материала и снижением образования вредных отложений, связанных с термоокислительным действием, но и путём модифицирования металлических поверхностей химическими соединениями, вводимыми в смазочную среду. Их эффективность обусловлена способностью самих присадок или продуктов их термического распада к химическому взаимодействию с основным металлом и образованием при этом модифицированного слоя, имеющего низкое сопротивление сдвигу и защищающего тем самым основной металл от износа.

В данной работе теоретически обоснована и решена задача повышения эффективности использования мобильной сельскохозяйственной техники за счёт применения антифрикционных присадок в смазочно-охлаждающую жидкость при процессе прошивания бронзовых втулок насосов типа НШ-У.

Исследования проводились в соответствии с планом развития Саратовской области по выполнению научного направления 1.2.9. «Комплексная региональная программа научно-технического прогресса в агропромышленном комплексе Поволжского экономического региона на 20 лет до 2010 года » (№ государственной регистрации 840005200) и комплексной темы № 5 НИР Саратовского государственного аграрного университета имени Н.И.Вавилова «Повышение надёжности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве».

Объект исследований. Шестеренчатые насосы НШ-32У навесной гидросистемы тракторов МТЗ-80/82.

Предмет исследований. Тепловые и физико-химические процессы протекающие в узлах трения шестеренчатых насосов НШ-32У.

Методика исследований включает: изучение и анализ условий работы гидросистем тракторов, конструктивных особенностей и характера величины износа их агрегатов и узлов; исследование технологических способов восстановления шестеренчатых насосов путем пластической деформации металла (давлением) с применением смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ); теоретическое обоснование повышения эффективности и обеспечения работоспособности трибосопряжений насосов типа НШ-У за счёт использования антифрикционных композиций в смазочно-охлаждающую жидкость при прошивании втулок; исследование физико-механических свойств антифрикционных присадок; экспериментальные исследования образцов на машине трения СМЦ-2 и узлов тракторных гидросистем на стенде и в эксплуатации.

Обработку полученных экспериментальных данных проводили с помощью современного программного обеспечения и процессора «Intel Pentium IV».

Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к решению проблемы повышения долговечности гидросистемы трактора путем применения антифрикционных присадок в СОЖ при восстановлении втулок насосов типа НШ-У, к анализу и обобщению теоретических положений и закономерностей, в результате которых:

• осуществлены теоретическое обобщение и выбор комплекса средств для повышения долговечности ресурсоопределяющих сопряжений насоса НШ-32У;

• разработана антифрикционная присадка в СОЖ на основе дисульфида молибдена и олеиновой кислоты (МоБг + С17Н33СООН), обеспечивающая работоспособность трибосопряжений после восстановления шестеренчатого насоса гидросистемы;

Саратов) и ОАО «МТС-Хлебороб» Красноармейского района. Положительные результаты дали возможность рекомендовать новый способ для внедрения на других предприятиях агропромышленного комплекса.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Теоретические предпосылки повышения долговечности трибосопря-жений гидросистемы трактора путем применения антифрикционных присадок в сож.

2. Математическое прогнозирование ресурса трибосопряжений насосов НШ-32У.

3. Закономерности формирования поверхностей трения с заданными триботехническими свойствами.

- на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СГТУ (г.Саратов 2000-2005 г.);

- на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава СГСА (г.Самара 2002 г.);

- на научно-технической конференциях профессорско-преподавательского состава ПГСХА (г. Пенза 2005 г.);

- на межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СНГ» (Саратов 2001-2005г.);

- на международной научно-практической конференции «Ульяновские чтения» (Саратов, СГАУ им. Н.И. Вавилова, 2005);

- на расширенном заседании кафедры «Тракторы и автомобили» СГАУ им. Н.И. Вавилова в 2006г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 научных работах, в том числе в научно-практических рекомендациях. Общий объем публикаций - 5,02 печ. л., из которых 2,62 печ. л. принадлежит лично соискателю.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Содержит 179 страниц машинописного текста, 15 таблиц, 65 рисунков и 17 приложений. Список использованной литературы включает 124 наименования, из них 4 на иностранном языке.

Заключение диссертация на тему "Повышение долговечности шестеренчатых насосов высокого давления применением антифрикционных присадок в смазочно-охлаждающую жидкость при восстановлении втулок"

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

2. В результате теоретических исследований механизма действия смазочно-охлаждающего материала обоснован выбор присадок с применением дисульфида молибдена и олеиновой кислоты в качестве добавок в СОЖ (масло МГ-22-А) с целью улучшения качества поверхностей при прошивании втулок насосов типа НШ-32У. Разработана программа для математического прогнозирования ресурса трибосопряжений шестеренчатого насоса при заданных условиях эксплуатации, который увеличивается на 30-50 % за счет применения присадок в СОЖ.

4. Сравнительные экспериментальные исследования на машине трения СМЦ-2 показали улучшение триботехнических свойств испытуемых образцов, которые были обработаны прошивкой с применением СОЖ (масло МГ-22-А) и добавлением в нее антифрикционных присадок (МоБг + С17Н33СООН), по сравнению с образцами, обработанными прошивкой с применением базовой СОЖ без добавления присадок. Установлено, что введение присадок позволило снизить момент трения на 27 % и износ - на 34 %, увеличить нагрузку схватывания в 1,5 раза, а также ускорить процесс приработки в 1,3-1,5 раза.

6. Эксплуатационные испытания показали, что предлагаемый способ восстановления позволяет снизить износ качающего блока насоса НШ-32У и в результате повысить прогнозируемый ресурс насоса на 20-40 % . Визуально можно было убедиться в отсутствии задиров и царапин на деталях. Также можно констатировать уменьшение по сравнению с базовыми деталями падения давления в системе на 8-10 %, повышение производительности машин за счет уменьшения времени простоев по причинам износа деталей на 10-15 %. На основе результатов исследований и внедрения технологического процесса с применением новой смазочно-охлаждающей жидкости в производство рассчитан годовой экономический эффект, который составил 25725 руб. при программе 1500 насосов.

Библиография Бадышев, Дмитрий Павлович, диссертация по теме Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

1. Северный А.Э. Модернизация сельскохозяйственных машин, находящихся в эксплуатации / Северный А.Э., Л.М. Пильщиков, В.И. Федан. - М.: ГОСНИТИ, 2000.-71с.

2. Багин Ю.И. Справочник по гидроприводу машин лесной промышленности / Ю.И. Багин. М.: Экология, 1993. - 352 с.

3. Грошев Л.М. Надежность сельскохозяйственной техники / Л.М. Грошев, Н.Ф. Дмитриченко, Т.И. Рыбак Киев: Урожай, 1990. - 192 с.

4. Сковородим В.Я. Справочная книга по надежности сельскохозяйственной техники / В.Я. Сковородин, Л.В. Тишкин Л.: Лениздат, 1985. - 204 с.

5. Прибытков П.Ф. Безотказность уборочных агрегатов и комплексов / П.Ф. Прибытков, В.Ф. Скробач. Л.: Лениздат, 1987. - 207 с.

6. Волков Д.П. Строительные машины и оборудование. Взгляд в 21й век./ Д.П. Волков // Строительные и дорожные машины, 1998. С. 2-5.

7. Заславский Ю.С. Механизм действия противоизносных присадок к маслам / Ю.С. Заславский, Р.Н. Заславский. М.: Химия, 1978. - 224 с.

8. Ю.Ермолов Л.С. Основы надежности сельскохозяйственной техники / Л.С. Ермолов, В.М. Кряжков, В.Е. Черкун. М.:, Колос, 1982. - 271 с.11 .Волков Д.П. Машины для земляных работ / Д.П. Волков, В.Я. Крикун, П.Е. Тотолин. М.: Машиностроение, 1992. - 448 с.

9. М.Башта Т.М. Объемные насосы гидравлические двигатели гидросистем /

10. Т.М. Башта // Учебник для ВУЗов. М., «Машиностроение», 1974. — 606 с. 12>.Алешин Н.И. Сезонное обслуживание мелиоративно-строительных машин /

11. Н.И. Алешин. М.: Россельиздат, 1986. - 72 с. 14.Крагельский И. В. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Крагельский,

12. М.Н. Добычин, B.C. Комбалов. М.: «Машиностроение», 1977. - 526 с. 15.Земляков A.M. A.C. 1742576 СССР / A.M. Земляков // Способ смазываниятрибосопряжений. Б.И. №23. 1992. 1 б.Грошев JJ.M. Надежность сельскохозяйственной техники / JI.M. Грошев,

13. Л.Ф. Дмитриченко, Т.И. Рыбак. М.: «Колос», 1982. - 271 с. 17.Проников A.C. Надежность машин / A.C. Проников. - М.: Машиностроение, 1978.-592 с.

14. Алешин Н.И. Смазывание и заправка мелиоративных и строительных машин / Н.И. Алешин. М.: Россельхозиздат, 1985. - 64 с. 19.Алешин Н.И. Сезонное обслуживание мелиоративно-строительных машин /

15. Кудрявцев П.Р. Исследование характера износа деталей и ремонтоспособности шестеренчатых насосов НШ / П.Р. Кудрявцев. Труды ГОСНИТИ, том 4. - М., 1964.

16. Кудрявцев П.Р. Ремонт шестеренчатых насосов НШ / П.Р. Кудрявцев. М., БТИ «Россельхозтехника», 1963.

17. Годик М.Ш. Ремонт механизмов гидравлических навесных систем / М.Ш. Годик, В.И. Ерин, A.M. Поддубная. М., БТИ. «Россельхозтехника», 1963.

18. Дегтярев В.А. Ремонт и регулировка тракторных гидросистем / В.А. Дегтярев, Ю.М. Сисюкин.-М.: «Колос», 1968.

19. Иванов Н. Т. Исследование работоспособности шестеренчатых гидронасосов тракторов / Н.Т. Иванов // Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Елгаева, 1969.

20. Кот С.Н. Исследование влияния некоторых эксплуатационных факторов на износ и долговечность раздельно-агрегатных гидравлических систем сельскохозяйственных тракторов / С.Н. Кот // Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Харьков, 1972.

21. Пашин Ю.Д. Восстановление корпусов и втулок насосов НШ способом давления / Ю.Д. Пашин, П.А. Губанов, J1.M. Игнатьев, Орлов М.С. М.: БТИ «Россельхозтехника», (Экспресс информация), 1965.

22. Пашин Ю.Д. Восстановление корпусов и втулок насосов НШ способом давления / Ю.Д. Пашин, П.А. Губанов, J1.M. Игнатьев, М. Орлов. // В сб. «Рационализаторы сельскохозяйственному производству. — Саратов,

23. Приволжск. кн. Изд., 1966.

24. Пашин Ю.Д. Исследование технологии ремонта насоса типа НШ / Ю.Д. Пашин, П.А. Губанов, JT.M. Игнатьев // В кн. «Материалы научной конференции СИМСХ». Саратов. Приволжск. кн. изд. 1966.

25. Технология металлов и других конструкционных материалов. Ленинград. Изд. «Машиностроение», 1972.

26. Дьяченко П.Е. Закономерности изнашивания и направления работ по повышению срока службы деталей машин / П.Е. Дьяченко // Сб. «Передовая технология машиностроения». Изд. АН СССР, 1975.

27. Браун Э.Д. Основы трибологии (трение, износ, смазка) / Э.Д. Браун, Н.А.Буше, И.А. Буяновский // Под ред. A.B. Чичинадзе: Учебник для технических ВУЗов. М.: Центр «Наука и техника», 1995. - 778 с.

28. Гаркунов Д.Н. Триботехника / Д.Н. Гаркунов //Пособие для конструктора / Учебник для студентов втузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение 1999.-336 с.

29. Зорин В.А. Основы долговечности строительных и дорожных машин / В.А.

30. Избирательный перенос в тяжелонагруженных узлах трения / Под ред.

31. Виппер А.Б. Зарубежные масла и присадки / А.Б. Виппер, A.B. Виленкин, Д.А. Гайснер. М.: Химия, 1981. - 192 с.

32. Пугина JI.H. Дисульфид мллибдена, его свойства и применение / JI.H. Пугина. Киев: Наукова думка, 1968.

33. Шехтер Ю.Н. Маслорастворимые поверхностно-активные вещества / Ю.Н. Шехтер. М.: Химия, 1978. - 304 с.

34. Цыпцып В.И. A.C. 18034119 (СССР) Приработочное масло. / В.И. Цыпцын . Б.И. №49, 1990.

35. Громов Н.П. Теория обработки металлов давлением / Н.П. Громов. М: Металлургия, 1967. - 340 с.

36. Трение, изнашивание и смазка. Справочник / Под ред. И.В. Крагельского и В.В. Алисина. М.: Машиностроение; Т. 1, 1978. - 400 с; Т.2 1979. - 270 с.55 .Крагельский И.В. Трение и износ / И.В. Крагельский. М.:

37. Добычин. М.: Машиностроение, 1988. - 256 с. ЪЪ.Дэюонсон Д. Механика контактного взаимодействия / Д. Джонсон. М.: Мир,1989. 510 с.

38. Демкин Н.Б. Качество поверхности и контакт деталей машин / Н.Б. Демкин, Э.В. Рыжов. М.: Машиностроение, 1981. - 244 с.

39. Johnson K.L. Contact mechanics / K.L. Johnson // Cambridge. New York, New Rochel, Melburne, Sydney, 1987.

40. Hardy C. Elastoplastic indetatic of a half-space by a ridid sphere / C. Hardy, C.N. Baronet, J.V. Tordion. J. Numerical methods in Eng., 1971. - V3. P. 451.

41. Игнатьев JIM. Исследовние чистовой обработки отверстий протягиванием и прошиванием восстанавливаемых автотракторных деталей / J1M. Игнатьев // Кандидатская диссертация. Саратов 1975 г.

42. Хайнике Герхар Трибохимия / Герхар Хайнике. М.: Мир, 1987. - 582 с.

43. Криштал М.А. Механизм диффузии в железных сплавах / М.А. Криштал. -М.: Металлургия, 1972, 1972.-400 с.

44. Криштал М.А. Многокомпонентная диффузия в металлах М.А. Криштал. -М.: Металлургия, 1985. 177 с.

45. Гегузин Я.Е. Диффузионная зона / Я.Е. Гегузин. М.: Наука, 1979. - 343 с.

46. Бокштейн Б.С. Термодинамика и кинетика границ зерен в металлах / Б.С. Бокштейн. М.: Металлургия, 1986. - 223 с.

47. Шюмон П. Диффузия в твердых телах / П. Шюмон. М.: Металлургия, 1966. -195 с.

48. Гегузин Я.Е. Очерки о диффузии в кристаллах / Я.Е. Гегузин. М. Издательство «Наука», 1974. - 252 с.

49. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность) / Д.Н. Гаркунов // Учебник. 4-е изд., перераб. и доп. М.: «Издательство МСХА», 2001. - 616 е., ил. 280.

50. Гаркунов Д.Н. Влияние фрикционного бронзирования и латунирования на качество поверхности / Д.Н. Гаркунов, В.Н. Лозовский // Сб. Качество поверхности деталей машин. № 5. М.: Издательство АНСССР, 1961. - С. 386-389.

51. Гаркунов Д.Н. Триботехника/ Д.Н. Гаркунов. -М.: Машиностроение, 1985. -327 с.

52. Тб.Балабанов В.И. Финишная антифрикционная безабразивная обработка деталей дизеля / В.И. Балабанов // Тракторы и сельхозмашины, 1996, № 2. С. 23-25.

53. Меламедов ИМ. Физические основы надежности / И.М. Меламедов. Л.: Энергия, 1970.-152 с.

54. Бокштейн B.C. Диффузия в металлах / B.C. Бокштейн. М.: Металлургия, 1987.-248 с.

55. Маннинг Дж. Кинетика диффузии атомов в кристаллах / Дж. Маннинг. М.: Мир,1971. — 278 с.

56. Боуден Э.П. Трение и смазка твердых тел / Э.П. Боуден, А. Тейбор. М.: Машинострение, 1968. - 542 с.

57. Бокштейн Б.С. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах Б.С. Бокштейн. — М.: Металлургия, 1974. 280 с.

58. Таблицы физических величин: Справочник / Под ред. И.К. Кикоина. М.: Атомиздт, 1976.-1008 с.

59. Трение, изнашивание и смазка: Справочник. Кн. I / Под ред. И.В. Крагельского и др. М.: Машиностроение, 1978. - 400 с.

60. Цыт{ын В.И. Повышение долговечности отремонтированных дизелей совершенствованием технологии приработки и применением упрочняющих покрытий / В.И. Цыпцын // Дис. док. техн. наук. М.: 1991. - 641 с.

61. Кряэ!сков В.М. Надежность и качество сельскохозяйственной техники / В.М. Кряжков. М.: Агропромиздат, 1989. С. - 335 с.

62. Сентюрихина JI.H. Твердые дисульфидмолибденовые смаки / J1.H. Сентюрихина, Е.М. Опарин. М.: Химия, 1966. - 193 с.

63. Прокопенко А.К. Избирательный перенос в узлах трения машинобытового назначения / А.К. Прокопенко. М.: Легпромбытиздат, 1987. - 103 с.

64. Справочник по триботехнике: В 3-х т. Т. I. Теоретические основы / Под общ. ред. М. Хебды, A.B. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 1989. - 400 с.

65. Уханов А.П. Эксплуатационные материалы для автотранспортных средств / А.П. Уханов, Ю.В. Гуськов, И.И. Артемов // Учебное пособие. Пенза: Информационно-издательский центр ПГУ, 2003. - 424 е.: 63 ил., 132 табл., библиогр. 30 назв.

66. Статистические методы обработки результатов механических испытаний. -М.: Машиностроение, 1985.-232 с.

67. Шор Г.И. Исследование термического разложения и поверхностных свойств молибденсодержащих производных дитиофосфорных кислот / Г.И. Шор // Трение и износ. 1987. -т.8 №2. с. 326-329.

68. Некрасов С.С. Послеремонтная обкатка двигателя / С.С. Некрасов, В.В. Стрельцов, П.И. Носихин // Агропромышленный комплекс России, 1989. -№1. с. 38-39.

69. Фукс Г.И. Механизм действия и эффективность присадок, повышающих смазочную способность / Г.И. Фукс // Присадки к маслам и топливам. М.: Гостоптехиздат, 1961.-395 с.

70. Витамины для двигателя // Авторевю. № I. 1990. С. II.

71. Абрамзон A.A. Поверхностно-активные вещества: Свойства и применение /

72. A.A. Абрамзон // 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Химия, 1981. - 304 с.

73. Школьников В.М. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости /

74. B.М. Школьников. М.: Химия, 1989. - 432 с.

75. Школьников В.М. Масла и составы против износа автомобилей / В.М. Школьников. М.: Химия, 1988. - 96 с.

76. Методы термогравиметрических исследований веществ на дериватографе системы MOM / Пер. с польск. Варшава: Высшая школа, Вып. XIX. С. 5678.

77. Воловик E.JT. Справочник по восстановлению деталей / Е.Л. Воловик. М.: Колос, 1981.-351 с.10в.Холомонов H.A. Применение к маслам присадок, снижающих потери на трение и расход топлива при эксплуатации тракторов / И.А. Холомонов,

78. C.Г. Арабян, С.П. Остапенко // Тр. НПО НАТИ. М.: 1987. - С. 21-31.

79. Бокий Г.Б. Рентгеноструктурный анализ / Г.Б. Бокий, М.А. Порай-Кошиц. -М„ 1964.-Т. 1,2.

80. Советов Б.Я. Моделирование системы / Б .Я. Советов, С. А. Яковлев. М.: Высшая школа, 1985. - 279 с.

81. Браун Э.Д. Моделирование трения и изнашивания в машинах / Э.Д. Браун. — М.: Машиностроение, 1982. 181с.

82. Бронштейн И.Н. Справочник по математике / И.Н. Бронштейн, И.А. Семендяев. -М.: Наука, 1986. 544 с.

83. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций / В.В. Болотин. — М.: Машиностроение, 1984. 312 с.

84. Stribek R. Die wesentlichen Eigenschaften ver Greit und Rollinglager VDJ-Zeitschrift / R. Stribek. 1992. P46.

85. Козырев С.П. Роль поверхностных явлений, протекающих в процессе приработки / С.П. Козырев, В.Н. Дубняков, В.А. Васин // Трибоника и антифрикционное материаловедение / НПИ. Новочеркасск, 1980. — С.8-9.

86. Буше H.A. Оценка задиростойкости, износостойкости и сил трения с учетом факторов прирабатываемости триботехнических материалов / H.A. Буше, А.И. Карасик, Н.М. Алексеев // Трение и износ. 1980. №3. С. 384392.

87. Мб. Лоренц В.Ф. Изнашивание трущихся деталей / В.Ф. Лоренц. М.: Мир, 1982.-351 с.

88. Бурумкулов Ф.Х. Долговечность прирабатываемых восстановленных сопряжений / Ф.Х. Бурумкулов, С.А. Поляков // Обеспечение надежности отремонтированной сельскохозяйственной техники. Саранск. 1985. - С. 27-23.

89. Долговечность трущихся деталей машин // Сб. статей Вып. 4 и 5. / Под общей редакцией Д.Н. Гаркунова. М.: Машиностроение, 1990. — 341 с.

90. Быстрое В.Н. Эффект безызносности и его применение в технике / В.Н. Быстров // Долговечность трущихся деталей машин: Сб. статей Вып. 5. -М.: Машиностроение, 1990. С. 3-22.

91. Методические рекомендации по комплексной оценке эффективности мероприятий, направленных на ускорение научно-технического прогресса. -М.: АНСССР, 1988.- 17 с.

92. Экономическое обоснование внедрения мероприятий научно-технического прогресса в АПК // Ю.А. Конкин и др. М.: 1991. - 79 с.

93. Нормативно-справочный материал к расчетам экономической эффективности новой техники, улучшение качества продукции и предельных лимитных цен. М.: 1982. - 80 с.

Похожие работы

Процессы и машины агроинженерных систем
05.20.00