автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение долговечности тягово-сцепных устройств тракторно-транспортных агрегатов триботехническими методами

На правах руке; чей

ЦЫП1 ТЫН Максим Валерьевич

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТЯГОВО-СЦЕПНЫХ УСТРОЙСТВ ТРАКТОРНО-ТРАНСПОРТНЫХ АГРЕГАТОВ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

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. Вавилова».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Сафонов Валентин Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Денисов Александр Сергеевич, доктор технических наук, доцент Старцев Сергей Викторович

Ведущая организация - Государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский и про-ектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве» (ГНУ ВИИТиН, г. Тамбов)

Защита диссертации состоится 24 февраля 2006 г. в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.03 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 « » января 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Н.П. Волосевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из основных проблем в сельском хозяйстве является дефицит транспорта для перевозки сельскохозяйственных грузов. Важный резерв этой проблемы - применение наряду с автомобилями тракторно-транспортных агрегатов (TTА), годовой объем перевозок которыми достигает 40 %.

Движение ТТА в реальных условиях сопровождается быстротечным и изменчивым характером величины тягового усилия.

Для стабилизации тягового усилия, улучшающего эксплуатационные и эргономические показатели ТТА, целесообразно использовать в точке зацепа тягача и прицепа тягово-сцепное устройство (ТСУ) с упругодемпфирующим элементом. Анализ литературных источников показал, что главной причиной выхода из строя (в 80-90 % случаях) современных ТСУ является не поломка, а износ подвижных сопряжений и рабочих органов под влиянием сил трения. Наиболее «слабыми» сопряжениями являются пары трения «поршень - цилиндр» гидроамортизатора и шарнирное соединение «сцеп - расцеп» ТСУ, на долю которых приходится до 25 % всех отказов. К тому же работа ТСУ в большей степени определяется наличием гидравлического амортизатора, работоспособность которого зависит от изнашивания трибосопряжений «поршень - цилиндр» и устройства, обеспечивающего автоматическое сцепление и расцепление звеньев ТТА, что, в конечном итоге, влияет на демпфирование и параметры изменения тягового усилия при ускорении ТТА.

Отсюда возникает необходимость обеспечения работоспособности и повышения долговечности ТСУ такими триботех-ническими методами, как, например, применение ультрадисперсных и редкоземельных металлоплакирующих присадок к маслу и упрочнение деталей комплексными покрытиями, определение эффективности которых требует дальнейших исследований.

В связи с этим разработка новых эффективных триботехно-логий, которые обеспечат работоспособность и повышение ресурса трущихся деталей тягово-сцепных устройств в соответст-

РОС. ........

I

вии с предъявляемыми требованиями, является актуальной проблемой, имеющей важное значение для повышения безопасности движения, производительности и эргономики ТТЛ.

Актуальность работы подтверждается также и тем, что она проводилась 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» (№ гос. регистрации 840005200) и комплексной темой № 5 «Повышение надежности и эффективности 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 трущихся деталей упругодемпфирующего тягово-сцепного устройства триботехни-ческими методами, обеспечивающими его работоспособность и эффективность использования тракторно-транспортного агрегата.

Объект исследований - тягово-сцепные устройства трак-торно-транспортных агрегатов на базе тракторов МТЗ-80/82 и прицепа 2ПТС-4.

Предмет исследований - тепловые и физико-химические процессы, протекающие в поверхностных слоях трущихся деталей тягово-сцепных устройств.

Методика исследований основана на применении современных методов, технических средств, измерительных приборов. Включает в себя изучение и анализ условий работы тяго-во-сцепных устройств, характера и величины износа трущихся деталей с использованием статистических методов и ЭВМ для обработки полученной информации; анализ и обоснование существующих триботехнических методов повышения антифрикционных и износостойких свойств поверхностей трения деталей различных типов тягово-сцепных устройств; исследование трибологических и физико-химических свойств метал-лоплакирующих присадок к маслу и упрочняющих покрытий; сравнительные исследования образцов на машине трения

СМЦ-2М и экспериментальных ТСУ в эксплуатации; определение оптимальных концентраций металлоплакирующей добавки в масло и режимов нанесения комплексных покрытий с разработкой технологического процесса упрочнения; технико-экономическую и экологическую оценку.

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 пар трения тягово-сцепных устройств тракторно-транспортных агрегатов путем применения металлоплакирующих присадок и комплексных покрытий, к анализу и обобщению теоретических положений и закономерностей, в результате которых:

• установлены характер и степень влияния различных факторов на экономические и ресурсные показатели тягово-сцепных устройств;

• разработана математическая модель движения тракторно-транспортного агрегата и получены зависимости, определяющие влияние ряда факторов на эргономические и триботехни-ческие показатели ТТА при использовании серийного и экспериментального ТСУ;

• осуществлены теоретическое обобщение и выбор металлоплакирующих добавок в масло для рабочих поверхностей ресур-соопределяющих трибосопряжений тягово-сцепных устройств;

• решена задача упрочнения «слабых» деталей трибосопряжений ТСУ комплексными покрытиями с разработкой химико-математической модели их нанесения;

• разработаны рекомендации и комплекс триботехнических методов и средств для реализации мероприятий, обеспечивающих снижение начальных и установившихся износов деталей ТСУ.

Практическая ценность работы. Предложен и внедрен в производство комплекс триботехнических мероприятий и конструктивных разработок, которые позволяют:

• повысить качество трущихся поверхностей и улучшить эффективность работы ТСУ, а также снизить начальный и установившийся износ трущихся деталей в 1,4-1,8 раза;

• улучшить динамику, повысить безопасность движения и производительность тракторно-транспортного агрегата на 1622 %;

• получить от внедрения разработанных инженерных методов, новых смазочных составов и технологии упрочнения трущихся деталей тягово-сцепных устройств годовой экономический эффект 26303 руб. на один тракторно-транспортный агрегат.

Реализация результатов исследований Результаты работы могут быть использованы при обосновании и расчетах ТТЛ в отраслях Министерства сельского хозяйства РФ, проектировании тягово-сцепных устройств в конструкторских бюро заводов сельскохозяйственного машиностроения, применении смазочных композиций и технологии упрочнения трущихся деталей различных типов ТСУ комплексными покрытиями, а также в учебном процессе вузов аграрного образования при изучении дисциплин «Надежность и ремонт машин», «Тракторы и автомобили», «Эксплуатация машинно-тракторного парка» и «Триботехника».

Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждены математическим и компьютерным моделированием, а также достаточной сходимостью результатов теоретических исследований и экспериментальных испытаний опытных образцов ТСУ.

Внедрение. Разработанные в диссертации триботехниче-ские методы повышения эффективности и ресурса упруго-демпфирующих тягово-сцепных устройств, а также способы их совершенствования (патенты РФ № 2154581 и 2156700) внедрены во ФГУП «ГКБ по прицепам», АООТ «ПРИЦЕП» и в ряде хозяйств Саратовской области.

На основании результатов исследований разработаны и утверждены рекомендации по обеспечению работоспособности и повышению ресурса трущихся деталей упругодемпфирую-щих тягово-сцепных устройств.

В работе определены и выносятся на защиту следующие научные положения:

1. Теоретические предпосылки повышения долговечности ресурсоопределяющих трибосопряжений упругодемпфирую-щих тягово-сцепных устройств ТТА.

2. Результаты исследований металлсодержащих смазочных композиций.

3. Химико-математическая модель процесса нанесения комплексных покрытий.

4. Рекомендации по применению предлагаемых разработок, обеспечивающих работоспособность и повышение ресурса экспериментальных упругодемпфирующих тягово-сцепных устройств тракторно-транспортных агрегатов, их экономическая и экологическая оценка.

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

• на научно-технических конференциях СГАУ им. Н.И. Вавилова и СГТУ (Саратов, 2002-2005 гг.);

• на межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СНГ» (Саратов, 2003-2004 гг.);

• на научно-технической конференции АЧГАА (Зерноград, 2002 г.);

• на пятой Международной практической конференции «Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций» (г. Санкт-Петербург, 2003 г.);

• на научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 117-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова (г. Саратов, 2004 г.);

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

• на расширенном заседании кафедры «Надежность и ремонт машин» СГАУ им. Н.И. Вавилова в 2005 г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 22 научных работах, в том числе в 2 патентах РФ на

изобретения и в научно-практических рекомендациях. Общий объем публикаций - 8,76 печ. л., из которых 3,21 печ. л. принадлежит лично соискателю.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 210 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка литературы, 10 таблиц, 68 рисунков, 28 приложений. Список использованной литературы включает в себя 158 наименований, из них 9 - на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены актуальность и новизна темы, сформулированы основные научные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследования» приведен анализ тягово-сцепных устройств и влияния их технического состояния на эффективность использования тракторно-транспортных агрегатов. Опыт эксплуатации тракторных агрегатов свидетельствует, что при выборе оптимальных параметров сцепки происходит снижение динамических нагрузок на крюке трактора на 10-30 %. При исследованиях руководствовались следующими требованиями: частота продольных колебаний звеньев ТТА должна находиться в пределах, допускаемых особенностями человеческого организма; нагрузки, возникающие в звеньях транспортного агрегата, должны быть минимальными; при основных эксплуатационных скоростях не должен возникать резонанс. Этому посвящены работы С.Н. Аверьянова, В.В. Гуськова, М.М. Остро-глазова, В.А. Ким, В.Ф. Коновалова, О.И. Поливаева, Ю.А. Поспелова, И.Н. Шестакова, Н.Х. Рашидова и др.

Анализ основных причин потери работоспособности и эксплуатационной надежности упругодемпфирующих тягово-сцепных устройств показал, что 80-90 % трущихся деталей выходят из строя по причине износа. При этом установлено, что до 25 % отказов приходится на трибосопряжение «поршень - цилиндр» гидравлического амортизатора, 15-20 % отказов - на шарниры и сопряжения рабочих органов ТСУ. Ос-

новными причинами потери работоспособности узлов тягово-сцепного устройства являются изнашивание сопряжения «сцеп -расцеп» и низкая герметичность угоютнительных устройств три-босопряжения «поршень - цилиндр» гидравлического амортизатора, что усугубляет неустановившийся характер тягового усилия.

Изучению закономерностей изменения технического состояния различных машин и агрегатов и разработке оптимальных триботехнических методов поддержания их в работоспособном состоянии посвящены научные труды многих отечественных и зарубежных ученых.

Исследованиями Ф.Н. Авдонькина, М.Д. Байрамкулова, Ф.П. Боудена, А.И. Батищева, Д.Н. Гаркунова, Н.Б. Демкина, A.C. Денисова, А.М. Добычина, М.Н. Ерохина, Б.П. Загородских, Ю.Н. Ломоносова, С.С. Некрасова, A.C. Проникова, П.А. Ребин-дера, В.В. Сафонова, В.В. Стрельцова, Д.Тейбора, Н.Ф. Тель-нова, М.М. Хрущева, Г.П. Шаронова и других ученых установлено, что, применяя в узлах трения смазочные композиции и упрочняющие покрытия, можно значительно повысить износостойкость трибосопряжений.

Заслуживает внимания введение металлсодержащих добавок в смазочный материал и применение технологии упрочнения поверхностей деталей комплексными покрытиями, которые разработаны в СГАУ имени Н.И. Вавилова.

В связи с этим при исследовании и решении проблемы повышения долговечности тягово-сцепных устройств и в соответствии с поставленной целью определены следующие задачи исследования:

1. Выявить причины и факторы, влияющие на надежность и работоспособность тягово-сцепных устройств, определяющих эффективность эксплуатации тракторно-транспортного агрегат

2. Теоретически обосновать возможность повышения долговечности ресурсоопределяющих пар трения ТСУ триботех-ническими методами.

3. Разработать математическую модель движения тракторно-транспортного агрегата, оборудованного экспериментальным ТСУ.

4 Определить механизм взаимодействия металлоплаки-рую,дих присадок с поверхностью трения и разработать химико-математическую модель процесса и технологию нанесения комплексного покрытия на детали ТСУ.

5. Провести лабораторные испытания и производственную проверку разработанных рекомендаций и дать их экономическую и экологическую оценку.

Во втором разделе «Общая методика и структура экспериментальных исследований» излагаются программа и общая методика проведения экспериментальных исследований, а также описывается применявшееся оборудование. В основу методики изучения объектов был положен системный подход, суть которого состоит в рассмотрении трибосопряжения ТСУ как трибологической системы и учете факторов, влияющих на долговечность тягово-сцепного устройства. Также учитывались механические, химические, физические, тепловые и другие явления, влияющие на выходные характеристики трибо-сопряжений. Программа экспериментальных исследований включала в себя лабораторные и эксплуатационные испытания. Исследования, направленные на повышение долговечности ТСУ, проводили в несколько этапов.

На первом этапе изучали состояние, фактический уровень узлов трения тягово-сцепных устройств; анализировали причины отказов ТСУ; выявляли целесообразность использования металлоплакирующих присадок к маслу, упрочняющих покрытий на детали. В результате были определены цель и задачи исследования, а также намечены пути их решения.

На втором этапе производили обобщение полученной ин-фор лации и теоретическую разработку методов решения поставленной задачи. Для этого использовали как общие математические, физико-химические методы и приемы, так и специальные разделы теории планирования экспериментов, химико-математического моделирования и др.

При математическом описании процесса изнашивания поверхностей основных трущихся деталей экспериментальных тягово-сцепных устройств были использованы законы меха-

ники, гидродинамики, теплотехники, триботехники и химмотологии. При решении теоретических задач широко применяли моделирование на ЭВМ. Теоретические решения поставленных задач полностью определили круг экспериментальных работ, необходимых для выполнения поставленной цели.

Третий этап включал в себя комплекс экспериментальных исследований, в который входили:

• исследование показателей долговечности узлов трения экспериментальных тягово-сцепных устройств ТТА;

• исследование физико-механических характеристик рабочих поверхностей образцов и трущихся деталей ТСУ;

• лабораторные испытания, моделирующие условия работы трибосопряженяй ТСУ;

• исследование влияния металлоплакирующих присадок к маслу, комплексных покрытий на долговечность трибосопря-жений тягово-сцепных устройств ТТА;

• испытание смазочных композиций и упрочняющих антифрикционных покрытий в условиях эксплуатации.

Сравнительные лабораторные испытания проводили на машине трения СМЦ-2М по схеме «ролик - самоустанавливающаяся колодка». В качестве образцов для испытания использовали колодки и ролики, изготовленные из конструкционных материалов пар трения тягово-сцепных устройств ТТА.

При экспериментальных исследованиях в качестве базового было выбрано масло МГ-20 (ГОСТ 6794-75), использующееся в качестве рабочей жидкости для гидравлических амортизаторов. Подача масла к ролику осуществлялась как из специальной емкости, так и капельным методом. Режимы проведения испытаний: п = 500 мин"1, Р = 1,0 кН. Эффективность присадок к маслу и комплексных покрытий оценивали по параметрам: Мт; Т, °С; И; Ла, обеспечивающим достоверность результатов. При определении момента схватывания нагрузку увеличивали ступенчато - на 200 Н через каждые 3 мин; первой ступенью при испытании была нагрузка Р = 200 Н.

Износ образцов определяли по потере массы на аналитических весах ВЛА-200М с точностью 10 г, а линейный износ и шероховатость - на профилографе-профилометре мод. 201 за-

вода «Калибр». Момент трения регистрировался потенциометром КСП-4, температура - потенциометром КСП-2-026. Металлографические исследования выполняли на микротвердомере ПМТ-3 (ГОСТ 9450-76) при нагрузке 50 и 200 г с использованием микроскопа МИМ-8М. Структуру поверхностного слоя образцов определяли снятием ОЖЕ-спектрограмм / на спектрометре ИКС-29. Распределение элементов в зоне трения исследовали, используя рентгеновский микроанализатор «Super Prob 733» фирмы «Joel» (Япония). Для подтверждения индивидуальности полученных соединений проводили рентгенографический анализ. Съемку рентгенограмм осуществляли на дифрактометре ДРОН-2,0. Термическую устойчивость стеаратов РЗЭ изучали на дериватографе марки ОД-ЮЗ.

По результатам лабораторных испытаний были выбраны наиболее эффективные металлоплакирующие добавки в масло и комплексные покрытия, которые подвергались эксплуатационным испытаниям.

Эксплуатационные испытания тракторно-транспортного агрегата в составе трактора МТЗ-80/82 и прицепа 2ПТС-4, оборудованного экспериментальным упругодемпфирующим и серийным тягово-сцепными устройствами, проводили на ряде предприятий Саратовской области. Сбор технико-экономической информации осуществляли в условиях использования ITA на сельскохозяйственных работах по утвержденной учетной документации.

Результаты экспериментов обрабатывали методами математической статистики и на ЭВМ.

В третьем разделе «Теоретическое обоснование возможности повышения долговечности и обеспечения работоспособности ресурсоопределяющих трибосопряжений тя-гово-сцепных устройств» представлено математическое моделирование процессов изнашивания трущихся деталей тяго-во-сцепных устройств и моделирование движения тракторно-транспортного агрегата с экспериментальным упругодемпфирующим тягово-сцепным устройством. Оно заключалось в теоретическом обосновании процесса изнашивания и исследо-

вании влияния различных факторов на величину износа три-босопряжений и ресурс экспериментальных тягово-сцепных устройств.

Параметром оптимизации (отклика) служила величина износостойкости.

Задаваясь параметром оптимизации - износостойкостью, смоделировали контакт металлических поверхностей при совокупности видов трения в макрообласти:

2=-*-,

где 2 - износостойкость материала трибосопряжения; / - время работы; а, р, с - соответственно доля поверхности трения, разделенной граничным слоем смазочного материала, а + |3 + с = 1; Им, И™, Исм - соответственно износ поверхности трения, разделенной граничным слоем смазочной композиции, модифицированным слоем и слоем смазочного материала.

Износостойкость трибосопряжений, в конечном итоге, определяется физико-механическими и химическими свойствами поверхностей трения и поверхностного слоя, формирующегося в процессе взаимодействия трущихся деталей.

Таким образом, учитывая износостойкость и задаваясь величиной допустимого износа, можно прогнозировать наработку экспериментального ТСУ до отказа:

/от = (а2„ + р7хм + с2см)Япр,

где 7М, 2СМ - соответственно износостойкость материала поверхности трения, разделенной граничным слоем смазочной композиции, модифицированным слоем и слоем смазочного материала; #пр- предельно допустимый износ трибосопряжения.

Разработанная математическая модель движения ТТА с экспериментальным (рисунок 1) и серийным ТСУ учитывает тип тягово-сцепного устройства, высоту его расположения, характеристики подвесок и колес звеньев ТТА, неровностей микро- и макропрофиля дорожного покрытия.

Патент N0 2154581 РФ

1 рактор

Упругий элемент

(пружина)

ЙОЛОТИИК ОПрСДШ1ЯК>кЦИИ (•[И'мсннии

ими. риал ¿деист вия пррвонвчвлыюга сопрогиилвния Гидравлич*»скии эиорги^атор Упругий элемент (резиновым буфер)

Ус троигтвп о(жгпвчивэютвр автоматизацию сцепа и расцепа

Рисунок 1 - Схема эксперимента 1ьнсн о тягово-сцепного устройства

Экспериментальное тягово-сцепное устройство предусматривает несколько упру! их элементов, тяговое усилие в которых описывается уравнением (1). Сопротивление сжатию амортизатора изменяется за сче! золотника, расположенною в самом штоке гидроамортизатора:

Лр = А, + К2Сг Д2 + К* Оо Л>, (1)

где /чС]Л| - описывает работу упругого элемента с жесткостью Ci (резиновый буфер); К2СЛ2 - описывает работу упругого элемента с жесткостью С2 (пружина); - описывает работу гидравли-

ческой системы экспериментального ТСУ; Ки К2. К^ - коэффициенты, учитывающие степень надежности соответственно резинового буфера, пружины и гидраюического амортизатора тягово-сцепного устройства; сто - коэффициент демпфирования, условно зависящий от эффективной площади ДА) поршня в гидравлическом амортизаторе, которая меняется при перемещении золотника в штоке, определяющего количество перетекания жидкости во времени из бесштоковой и штоковой полостей,

сто = 4СЛ^Ь Уж/ (тк/)\ (2)

О- коэффициент пропорциональности; - коэффициент, зависящий от вида и количества вводимой металлоплакирующей

присадки; vx - вязкость рабочей жидкости; - длина дросселирующего отверстия; уж - удельная масса рабочей жидкости; d - диаметр дросселирующего отверстия.

Кроме того, экспериментальное ТСУ оборудовано устройством, которое осуществляет автоматизацию сцепления и расцепления звеньев ТТА, повышая его производительность.

В четвертом разделе «Экспериментальные исследования эффективности смазочных композиций и комплексных покрытий» приведены результаты сравнительных триботехни-ческих испытаний смазочных композиций и комплексных покрытий на машине трения СМЦ-2М и определены их химические и физико-механические свойства.

Триботехнические сравнительные испытания проводили по следующим выходным параметрам: величине момента от сил трения, износу образцов, температуре в зоне контакта, нагрузке схватывания и шероховатости поверхности.

Испытания осуществляли согласно разработанной методике. Для сравнения полученных результатов были проведены аналогичные испытания на машине трения ИИ-5018 в лаборатории «Триботехника» МГАУ имени В.П. Горячкина (г. Москва).

Для оценки различных солей металлов было приготовлено 5 составов масла с присадками, испытания которых были проведены на машине трения. Результаты испытаний представлены на рисунке 2 и в таблице 1. Как видно из рисунка 2, наиболее эффективными оказались присадки к маслу ПМЦ-2 и СЛАНТ-1М.

Момент трения и температура поверхностных слоев в зоне трения стабилизировались уже через 60-70 мин, составив соответственно 1,7 и 1,5 Н-м при 140 и 150 °С, которые оставались постоянными до конца опыта. Снижение момента трения и температуры происходит за счет модифицирования элементами присадок поверхностей трения, что ускоряет образование фактической опорной поверхности с минимальным износом (см. таблицу 1).

Шероховатость поверхности за время испытания на масле МГ-20 достигла 0,35 мкм. На масле МГ-20 с присадками МКФ-18У, Гретерин-3, ПМЦ-2 и CJIAHT-1M шероховатость

колодок формировалась более интенсивно со значительным уменьшением по величине и достигла к концу испытаний следующих значений: 0,29; 0,27; 0,2; 0,18 мкм соответственно.

Мр,

/, мин

t,Ч

Рисунок 2 - Трибохраммы изменения момента трения и температуры

при испытании на масле: 1 - МГ-20; 2 - МГ-20 + МКФ-18У; 3 - МГ-20 + ОГМ-3; 4 - МГ-20 + ПМЦ-2; 5 - МГ-20 + СЛАНТ-1М; 6 - МГ-20 + ГРЕТЕРИН-3

Таблица 1 - Износ колодок пары трения, испытанных на масле МГ-20 с различными присадками

Состав Износ колодок

мг % от МГ-20

1. Гидравлическое масло МГ-20 14,4 100

2. МГ-20 + МКФ-18У 12,1 84

3. МГ-20 + ГРЕТЕРИН-3 9,3 64,5

4. МГ-20 + ПМЦ-2 5,9 41

5. МГ-20 + СЛАНТ-1М 6,0 41,6

Эффективность действия данных присадок на служебные свойства поверхностей трения была подтверждена испытаниями на схватывание, которые показали, что нагрузка схватывания образцов, приработанных на масле МГ-20 с присадкой ПМЦ-2, увеличилась на 35-38 %, на масле с присадкой СЛАНТ-1М - на 39-40 % по сравнению с нагрузкой схватывания образцов, испытанных на базовом масле МГ-20, которая составила 2000 Н.

Для получения наибольшего эффекта от применения присадок необходимо расширить представления о свойствах и механизме их действия. В первую очередь это относится к соединениям, содержащим медь, молибден, редкоземельные металлы, поскольку действие их характеризуется некоторыми специфическими особенностями, отличными от соединений других типов.

Координационные соединения РЗЭ характеризуются наличием определенного координационного узла и координационной связи. Они реакционноспособны и в условиях трения могут реагировать с металлом поверхности трения по схеме:

М + М'А<->МА + М', (3)

где М - металл поверхностного слоя; м' - металл-комп-лексообразователь; А - органический лиганд.

Металл-комплексообразователь М7 оседает на металл поверхности трения, участвует в формировании вторичных структур, а также диффундирует в процессе трения с поверхности в глубину слоя.

Вновь образовавшееся координационное соединение MA (4-аминосалицилат лантана дигидрат) совместно с М;А и маслом формирует граничный смазочный слой.

Сверхтонкие порошки металлов (присадка ПМЦ-2), дисперсность частиц которых 80-100 Â, обладают свойством модифицировать поверхностные слои трущихся деталей за счет адсорбции и диффузии элементов присадки, что существенно повышает нагрузку схватывания при возникновении ювениль-ного контакта. Для подтверждения вышеизложенных положений и установления характера адсорбции и глубины диффузии элементов сверхтонкого порошка были проведены комплексные металлографические исследования (рисунок 3, таблица 2).

Из таблицы 2 видно, что на поверхности трения образца при испытании на масле с присадкой ПМЦ-2 образуется адсорбционная пленка Си - Zn, для которой характерна размытая структура и отсутствие дефектов поверхности образца.

Таблица 2 - Изменение концентрации элементов на поверхности образцов после испытания па машине трения СМЦ-2М

Вид испытания Концентрация элементов на поверхности трения, % к массе

Si Мп Cr Си S Zn Fe С

1. Образец ис-пытывался на масле МГ-20 2,16 1,06 0,09 0,52 0,1 0 91,00 4,27

2. Образец допытывался на масле с добавкой сверхтонких порошков металлов 0,65 0,23 0,03 10,08 15,39 21,93 20,88 30,81

Наличие диффузии модифицирующих элементов в матрицу образцов, а также глубину диффузии определяли с помощью микрозондового анализа (рисунок 3).

Линия 1 (изменение концентрации меди по глубине) указывает на наличие небольшого количества меди в материале образца. Затем происходит резкий скачок - увеличение концентрации меди. На линии 2 (изменение концентрации цинка) от-

мечается всплеск на той же глубине, что и у меди (глубина диффузии 1,0-1,5 мкм). Соотношение концентрации медь -цинк на участке диффузии соответствует соотношению концентрации медь - цинк в присадке ПМЦ-2.

Диффузионная зона

\

Глубина даффузия

Рисунок 3 - Изменение концентрации меди (1) и цинка (2) по глубине поверхностного слоя образца

Сравнительные испытания образцов с покрытием и без покрытия показали, что наиболее эффективным оказалось хромо-медьсульфидированное покрытие (рисунки 4, 5). Момент трения и температура поверхностных слоев в зоне трения стабилизировались уже через 60-70 мин при значениях М1Т,= 0,05 кНсм и Т- 40 °С. Площадь прилегания рабочих поверхностей образцов без покрытия при испытании достигла 85-90 %, образцов с комплексными покрытиями - 95-100 %. Нагрузка схватывания по сравнению с образцами без покрытия увеличилась более чем в 2 раза, а износ снизился в 1.6-1,8 раза.

2,3

Щ - линейный изпос образцов, мкм; Д -износ образцов по массе, мг

Рисунок 4 - Изменение моменга трения и износа образцов при испытании на машине трения: 1 - без покрытия: 2 - сульфидированных; 3 - боросульфидированных: 4 - сульфомолибденхромированных: 5 - хромомедьсульфидированных

С целью получения представления о характере комплексного покрытия и механизме его действия, а также для подтверждения теоретических предположений, сделанных ранее, был проведен рентгеноструктурный анализ обработанных в ванне образцов на дифрактометре ДРОН-2,0. Анализ дифрак-тограмм проводили по картотеке эталонных дифракционных

спектров (АЭТМ). Полученные данные показали, что образовались новые деформированные структуры, близкие к интерметаллическим соединениям типа ЁеСг, обладающие повышенной износостойкостью, а также установлено наличие сульфидов меди на рабочих поверхностях образцов, улучшающих их антифрикционные и противозадирные свойства.

Рисунок 5 - Изменение температуры и результаты схватывания образцов при испытании на машине трения: 1 - без покрытия; 2 - сульфидированных; 3 - боросульфидироваиных; 4 - сульфомолибденхромированных; 5 - хромомедьсульфидированных

Процесс нанесения хромомедьсульфидированного покрытия осуществляется при температуре 130... 150 °С в течение 50-60 мин в ванне с химически активными ингредиентами.

Экспериментально установлено, что количество раствора в ванне хватает для обработки более 100 деталей, поэтому по мере расхода необходимо добавлять 15-20 % исходных компонентов. При необходимости раствор ванны нейтрализуется металлической стружкой.

Токсикологическая и экологическая экспертизы смазочной композиции и раствора ванны были проведены Киевским научно-исследовательским институтом по токсикологии имени Л.В. Громашевского (КНИИЭИБ). По результатам экспертизы применение смазочной композиции (масло + присадка ПМЦ-2) и технология нанесения комплексного покрытия при условии соблюдения санитарно-гигиенических норм допущены в производство.

В пятом разделе «Анализ результатов эксплуатационных испытаний тракторно-транспортного агрегата с экспериментальным упругодемпфирующим тягово-с цепным устройством и внедрение разработок в АПК» приведены результаты эксплуатационных испытаний экспериментальных упругодемпфирующих тягово-сцепных устройств ТТА (рисунок 6).

Проведенные исследования позволили разработать трибо-технические способы повышения безотказности и долговечности экспериментальных ТСУ тракторно-транспортных агрегатов. За счет введения металлоплакирующих добавок в рабочую жидкость гидроамортизатора и нанесения комплексных покрытий на рабочие поверхности трущихся деталей шарниров снижен износ трибосопряжения «поршень - цилиндр» гидроамортизатора на 40-50 %, увеличена наработка на отказ на 30-50 %. Применение комплексных покрытий позволило повысить износостойкость сопряжения «сцеп - расцеп» экспериментального ТСУ в 1,6-1,8 раза и увеличить прогнозируемый ресурс на 50-70 %.

В результате производительность ТТА увеличилась на 1622 % за счет улучшения работоспособности пар трения ТСУ и сокращения времени простоев по причине износа сопряжений, а удельный расход топлива снизился в среднем на 5 %.

а л

Рисунок 6 - Влияние типа ТСУ на скорость (а) и удельный расход топлива (б) ТТЛ при его движении с различной загрузкой прицепа по следующим дорожным фонам: 1 - асфальтированная дорога; 2 - грунтовая дорога; 3 - стерня;

-----экспериментальное УДТСУ;--серийное ТСУ

Применение экспериментального упругодемпфирующего тягово-сцепного устройства позволило стабилизировать тяговое усилие и снизить на 15-35 % его пики.

В шестом разделе «Оценка технико-экономической эффективности применения экспериментального УДТСУ при эксплуатации тракторно-транспортных агрегатов» приведен расчет технико-экономической эффективности применения экспериментального тягово-сцепного устройства при эксплуатации ТТА. Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемых триботехнических методов, обеспечивающих увеличение ресурса УДТСУ, повышение производительности и улучшение эргономики ТТА, составил 26303 руб. на одну единицу техники.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ надежности и эффективности современных тяго-во-сцепных устройств показал, что главной причиной выхода их из строя (в 80-90 % случаях) является не поломка, а износ подвижных сопряжений и рабочих органов под влиянием сил трения. Наиболее «слабыми» являются сопряжения пары трения «поршень - цилиндр» гидроамортизатора и шарнирное соединение «сцеп - расцеп» ТСУ, на долю которых приходится до 25 % всех отказов. Применение металлоплакирующих добавок в масло и комплексных химических покрытий позволило увеличить их ресурс на 50-70 %.

2. Разработаны математические модели процесса изнашивания трущихся деталей ТСУ и движения тракторно-транспортного агрегата с экспериментальным упругодемпфи-рующим тягово-сцепным устройством, которые учитывают влияние типа ТСУ, высоту его расположения, параметры тормозной системы ТТА, характеристики подвесок и колес звеньев ТТА, неровности макро- и микропрофиля дорожного покрытия. Программа расчета системы дифференциальных уравнений составлена на алгоритмическом языке C-H-Bilder для IBM совместимых компьютеров. С помощью компьютера выполнена программа, позволяющая прогнозировать ресурс и

износ трибосопряжений экспериментального УДТСУ при известных условиях эксплуатации.

3. Обоснованы и разработаны конструкция ТСУ, предусматривающая автоматизацию «сцепа - расцепа», и упругие элементы, включая гидравлический амортизатор. Применение экспериментального тягово-сцепного устройства позволяет снизить динамические нагрузки в точке сцепа звеньев ТТА до 35 %.

4. Сравнительные экспериментальные исследования эффективности смазочных композиций и комплексных покрытий на машине трения СМЦ-2М показали улучшение триботехни-ческих свойств базового масла с металлоплакирующими добавками на основе координационных соединений редкоземельных элементов и сверхтонких порошков Слх-Тп. Установлено, что введение присадок позволило снизить момент трения на 48 %, износ - на 41 %, а нагрузку схватывания увеличить на 35-40 % по сравнению с базовым маслом.

Испытания образцов без покрытия и с покрытием показали, что разработанное комплексное покрытие - хромомедьсульфи-дирование - обеспечивает повышение противозадирной стойкости образцов в 1,4-1,6 раза, износостойкости - в 1,6-1,8 раза, а коррозионной стойкости - в 1,6-1,95 раза.

5. Разработана химико-математическая модель процесса и технология нанесения комплексного покрытия - хромомедь-сульфидирования на трущиеся детали ТСУ. Рентгенострук-турными и металлографическими исследованиями установлена двухслойность покрытия: сульфидный слой, обеспечивающий прирабатываемость деталей с наименьшими начальными износами, и упрочненный слой (металлидов), толщина которого достигает 70-90 мкм.

6. Теоретически обоснованы механизм взаимодействия ме-таллоплакирующих добавок в смазочный материал с поверхностями трения, уменьшающий износ деталей до 50 %, и возможность применения их в трибосопряжениях «поршень - цилиндр» гидроамортизатора УДГСУ тракторно-транспоргного агрегата. В процессе трения на поверхности деталей возможно образование сервовитной пленки, реализующей эффект безызносности.

7. Эксплуатационные испытания экспериментального упру-годемпфирующего тягово-сцепного устройства подтвердили корректность математической модели движения ТТА, которая на достаточно достоверном уровне отражает картину эргономических и динамических процессов. В результате производственных испытаний установлена высокая эффективность УДТСУ, применение которого позволило повысить производительность ТТА на 16-22 % и снизить удельный расход топлива на 5 %. Предлагаемые методы позволяют снизить износ трибосопряжения «поршень - цилиндр» гидроамортизатора на 40-50 %, увеличить наработку на отказ на 30-50 %, а применение комплексных покрытий - повысить износостойкость сопряжения «сцеп - расцеп» экспериментального УДТСУ в 1,6-1,8 раза. В результате прогнозируемый ресурс увеличился на 50-70 %.

Внедрение результатов данной работы в ряде хозяйств Саратовской области позволило получить годовой экономический эффект 26303 руб. на один тракторно-транспортный агрегат.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Цыпцын, М. В. Новые экологически чистые добавки к смазочным материалам на основе координационных соединений редкоземельных элементов / Т. В. Захарова, Г. Н. Макушева, С. А. Аббакумова, А. И. Гаврилов, А. В. Бегучев, М. В. Цыпцын // Повышение эффективности использования и ресурса сельскохозяйственной техники : сб. науч. работ. - Часть 2 / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 1999. - С. 82-84 (0,13/0,04 печл.).

2. Пат. 2154581 Российская Федерация. МКИ В 60 Б 1/06. Автоматическое тягово-сцепное устройство / Цыпцын В. И., Га-маюнов П. П., Алексеев С. А., Подольский Е. А., Цыпцын М. В. (РФ). - № 99101424/28; заявл. 27.01.99; опубл. 20.08.2000, Бюл. №23 (1,5/0,3 печ. л.).

3. Пат. 2156700 Российская Федерация. МКИ В 60 Б 1/14. Автоматическое тягово-сцепное устройство / Цыпцын В. И., Га-

маюнов П. П., Алексеев С. А., Подольский Е. А., Цыпцын М. В. (РФ). - № 99114164/28; заявл. 05.07.99; опубл. 27.09.2000, Бюл. № 27 (0,55/0,1 печ. л.).

4. Цыпцын, М. В. Приработочная металлсодержащая смазочная композиция / В. В. Сафонов, В. И. Цыпцын, М. В. Цыпцын // Повышение эффективности процессов механизации и электрификации в АПК : сб. науч. работ / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». -Саратов, 2001.-С. 163-169 (0,38/0,15 печ. л.).

5. Цыпцын, М. В. Повышение качества обкатки двигателей путем применения металлсодержащих смазочных композиций / В. В. Сафонов, В. И. Цыпцын, М. В. Цыпцын // Повышение эффективное™ процессов механизации и электрификации в АПК : сб. науч. работ / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов,

2001.-С. 169-175 (0,38/0,15 печ. л.).

6. Цыпцын, М. В. Тепловые явления при трении деталей трибосопряжений мобильных машин в начальный период работы / В. И. Цыпцын, Д. П. Бадышев, Н. М. Балыков, М. В. Цыпцын // Актуальные проблемы транспорта Поволжья и пути их решения : межвуз. науч. сб. / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». -Саратов, 2001. - С. 87-91 (0,25/0,1 печ. л.).

7. Цыпцын, М. В. Приработка как резерв повышения ресурса трибосопряжений мобильных машин / 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 : материалы межгос. науч.-техн. семинара. - Вып. 14 / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов,

2002.- С. 69-73 (0,26/0,1 печ. л.).

8. Цыпцын, М. В, Обеспечение работоспособности и ресурса трибосопряжений тягово-сцепных устройств применением комплексных присадок в смазку / М. В. Цыпцын // Тезисы докл. науч. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов, поев. 115-летию со дня рождения академика Н.И. Вавилова. - Часть 2 / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2002. - С. 76-77 (0,07 печ. л.).

9. Цыпцын, М. В. Повышение эффективности использования тягово-сцепного устройства за счет применения комплексных присадок в смазку / В. В. Сафонов, С. А. Алексеев, М. В. Цыпцын // Ресурсы недр России : Экономика и геополи-

тика, геотехнологии и геоэкология, литосфера и геотехника : сб. материалов Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза : МНИЦ, 2003.-С. 127-131 (0,23/0,1 печ.л.).

10. Цыпцын, М. В. Исследование физико-химических свойств смазочных композиций, реализующих эффект безызносности в узлах трения тягово-сцепных устройств / М. В. Цыпцын // Восстановление и упрочнение деталей машин : межвуз. науч. сб. / СГГУ. - Саратов, 2003. - С. 182-185 (0,18 печ. л.).

11. Цыпцын, М. В. Влияние тягово-сцепного устройства с комплексными покрытиями и присадками в смазку на технико-экономические показатели мобильных машин / С. А. Алексеев, М. В. Цыпцын // Восстановление и упрочнение деталей машин : межвуз. науч. сб. / СГТУ. - Саратов, 2003. - С. 191194 (0,18/0,1 печ. л.).

12. Цыпцын, М. В. Обеспечение работоспособности узлов тягово-сцепного устройства применением металлоилакирую-щих присадок / М. В. Цыпцын // Материалы Всерос. науч.-практ. конф., поев. 117-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2004. - С. 145-149 (0,26 печ. л.).

13. Цыпцын, М. В. Восстановление изношенных деталей машин путем нанесения комплексного сульфомолибдснхро-мирующего покрытия / Н. А. Родин, М. В. Цыпцын, Н. М. Балыков // Современные технологии в машиностроении : сб. статей / VIII Всерос. науч.-практ. конф. / ПРЦИИ, - Пенза, 2004. -С. 32-34 (0,3/0,1 печ. л.).

14. Цыпцын, М. В. Теоретические основы изнашивания три-босопряжений и прогнозирование их ресурса / В. И. Цыпцын, В. В. Сафонов, М. В. Цыпцын // Материалы Междунар. науч.-практ. конф., поев. 100-летию со дня рождения профессора А.Ф.Ульянова. - Часть 1 / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». -Саратов, 2005. - С. 11-15 (0,26/0,14 печ. л.).

15. Цыпцын, М. В. Теоретические предпосылки к повышению ресурса трибосопряжений упругодемпфирующих устройств / В. В. Сафонов, М. В. Цыпцын // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания : материалы

межгос. науч.-техн. семинара. - Вып. 17 / ФГОУ ВГТО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2005. - С. 262-265 (0,26/0,13 печ. л.).

16. Цыпцып, М. В. Гидравлический амортизатор для жесткого буксирного устройства тракторного поезда / В. И. Цып-цын, С. А. Алексеев, М. В. Цыпцын // Межвуз. сб. науч. тр. XVI региональной науч.-практ. конф. вузов Поволжья и Пре-дуралья. - Пенза, 2005. - С. 103-105 (0,17/0,07 печ. л.).

17. Цыпцын, М. В. Автоматическое тягово-сцепное устройство тракторного поезда / В. И. Цыпцын, С. А. Алексеев, М. В. Цыпцын // Межвуз. сб. науч. тр. XVI региональной науч.-практ. конф. вузов Поволжья и Предуралья. - Пенза, 2005. - С. 105-108 (0,22/0,08 печ. л.).

18. Рекомендации по обеспечению работоспособности и повышению ресурса трущихся деталей упругодемпфирующих тя-гово-сцепных устройств и шестеренчатых насосов / В. И. Цыпцын, В. В. Сафонов, Л. М. Игнатьев, С. А. Алексеев, М. В. Цыпцын, Д. П. Бадышев // Научно-практические рекомендации. - Саратов: Изд-во Поволж. межрегион, учеб. центра, 2005. - 36 с. (2,09/0,8 печл.).

19. Цыпцын, М. В. Исследование трибосопряжений с химическими покрытиями на машине трения СМЦ-2М / В. И. Цыпцын, К. А. Зеленое, Н. М. Балыков, М. В. Цыпцын, С. А. Алексеев // Проблемы эксплуатации автомобильного транспорта и других машин и пути их решения : сб. науч. тр. / СГТУ. - Саратов, 2005. - С. 127-132 (0,38/0,06 печ. л.).

20. Цыпцын, М. В. Повышение антифрикционных и износостойких свойств трибосопряжений сельскохозяйственной техники применением дисульфида молибдена / В. И. Цыпцын, К. А. Зеленой, Н. М. Балыков, М. В. Цыпцын, С. А. Алексеев // Проблемы эксплуатации автомобильного транспорта и других машин и пути их решения : сб. науч. тр. / СГТУ. - Саратов, 2005. - С. 133— 135 (0,19/0,04 печ. л.).

21. Цыпцын, М. В. Эффективное использование колесного трактора / В. И. Цыпцын, К. А. Зеленой, Н. М. Балыков, М. В. Цыпцын // Проблемы эксплуатации автомобильного транспорта и других машин и пути их решения : сб. науч. тр. / СГТУ. Саратов. 2005. - С. 183-185 (0,19/0,05 печ. л.).

22. Цыпцын, М. В. Низкие тягово-сцепные свойства: пути повышения / В. И. Цыпцын, К. А. Зеленое, Н. М. Балыков, М. В. Цыпцын // Проблемы эксплуатации автомобильного транспорта и других машин и пути их решения : сб. науч. тр. / СГТУ. -Саратов, 2005. -С. 186-187 (0,13/0,04 печ. л.).

Подписано в печать 17.01.06 г. Формат 60x84 Г/|6 Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ i92_.

Типография Поволжского межрегионального учебного центра 410033, Саратов, ул. Международная, 34

i i с

I

I

]

I

!

I

I

t

I

1

1

I

1*

1 Í

ÄjOöSfV

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ тягово-сцепных устройств и влияния их технического состояния на эффектность использования тракторно-транспортных агрегатов

1.2 Основные причины потери работоспособности и эксплуатационной надежности упругодемпфирующих тягово-сцепных устройств

1.3 Ресурсосберегающие триботехнические методы повышения долговечности и обеспечения работоспособности трибосопряжений устройств и машин

1.3.1 Анализ влияния различных присадок в масло на начальные и установившие износы трибосопряжений мобильной сельскохозяйственной техники

1.3.2 Методы упрочнения трущихся деталей и технологические способы нанесения покрытий

1.4 Выводы. Цель и задачи исследования

2 ОБЩАЯ МЕТОДИКА И СТРУКТУРА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Программа и структура исследований

2.2 Технологические основы получения металлсодержащей смазочной композиции и комплексного покрытия

2.2.1 Получение ультрадисперсного порошка

2.2.2 Приготовление смазочной композиции

2.2.3 Новые экологически чистые добавки к маслу на основе координационных соединений редкоземельных элементов. Технология получения смазочной композиции

2.2.4 Выбор и обоснование упрочняющего антифрикционного покрытия при экспериментальных исследованиях

2.3 Методика проведения лабораторных испытаний

2.4 Методика проведения эксплуатационных испытаний 89 Р 2.4.1 Задачи экспериментального исследования

2.4.2 Выбор и обоснование объекта исследования

2.4.3 Описание экспериментальной установки

2.4.4 Программа и содержание экспериментальных исследований

2.4.5 Измерительные приборы и оборудование, применяемые для проведения экспериментальных исследований

2.4.6 Тарировка и определение погрешности измерительных приборов и оборудования

2.4.7 Методика определения скорости движения тракторно-транспортного агрегата

2.4.8 Подготовка тракторно-транспортного агрегата и измерительной аппаратуры для выполнения опыта

2.5 Обработка экспериментальных данных и оценка точности измерения

2.6 Выводы

3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РЕСУРСООПРЕДЕЛЯЮЩИХ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ ТЯГОВО-СЦЕПНЫХ УСТРОЙСТВ

3.1 Моделирование процессов изнашивания трущихся деталей тягово-сцепных устройств и прогнозирование их долговечности

3.2 Математическое моделирование движения тракторно-транспортного агрегата с упругодемпфирующим тяговосцепным устройством и серийным ТСУ

3.3 Выводы

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ И КОМПЛЕКСНЫХ ПОКРЫТИЙ

4.1 Сравнительные триботехнические испытания масел и присадок на машине трения СМЦ-2М

4.1.1 Результаты лабораторных испытаний

4.2 Физико-химические свойства масел и присадок

4.2.1 Свойства присадок на основе солей редкоземельных элементов и определение срабатывания присадок

4.2.2 Свойства сверхтонких порошков металлов, реализующих эффект безызносности

4.3 Триботехнические испытания покрытий и их физико-механические свойства

4.3.1 Износные испытания образцов

4.4 Исследование физико-механических свойств покрытия

4.4.1 Химико-математическая модель процесса нанесения упрочняющих покрытий

4.4.2 Структура и свойства комплексного покрытия

4.4.3 Технология и оборудование участка для упрочнения деталей

ТСУ комплексными покрытиями

4.5 Требования по безопасности жизнедеятельности и экологии

4.6 Выводы

5 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ТРАКТОРНО-ТРАНСПОРТНОГО АГРЕГАТА С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ УПРУГО-ДЕМПФИРУЮЩИМ ТЯГОВО-СЦЕПНЫМ УСТРОЙСТВОМ И ВНЕДРЕНИЕ РАЗРАБОТОК В АПК

• 5.1 Результаты экспериментальных исследований

5.1.1 Влияние типа ТСУ на условия труда оператора

5.1.2 Влияние типа ТСУ на скорость движения ТТА при транспортировке грузов различной массы

5.1.3 Влияние типа ТСУ на топливную экономичность при движении ТТА

5.1.4 Сравнительная характеристика теоретических и экспериментальных исследований тягового усилия и среднеквадра-тических значений ускорений

5.2 Результаты эксплуатационных испытаний ТТА с упругодемп-фирующим тягово-сцепным устройством и внедрение разработок

46' в сельскохозяйственное производство

5.3 Выводы

6 ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 1» ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО УДТСУ

ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРАКТОРНО-ТРАНСПОРТНЫХ АГРЕГАТОВ

6.1 Производительность тракторно-транспортного агрегата

6.2 Затраты труда на перевозку грузов

6.3 Прямые эксплуатационные затраты на единицу выработки

6.3.1 Заработная плата обслуживающего персонала

6.3.2 Затраты на ГСМ

6.3.3 Затраты на реновацию

6.3.4 Затраты на капитальный ремонт и техническое обслуживание

6.4 Удельные капитальные вложения на единицу наработки

6.5 Приведенные затраты

6.6 Годовой экономический эффект

6.7 Расчет экономической эффективности от применения металлоплакирующих добавок в рабочую жидкость гидроамортизатора ТСУ

6.8 Расчет экономической эффективности технологии упрочнения трущихся деталей экспериментальных УДТСУ применением комплексных покрытий

6.9 Выводы

Одной из основных проблем в сельском хозяйстве является дефицит транспорта для перевозки сельскохозяйственных грузов. Важный резерв этой проблемы - применение наряду с автомобилями тракторно-транспортных агрегатов (ТТА), годовой объем перевозок которыми достигает 40 %.

Движение ТТА в реальных условиях сопровождается быстротечным и изменчивым характером величины тягового усилия.

Для стабилизации тягового усилия, улучшающего эксплуатационные и эргономические показатели ТТА, целесообразно использовать в точке зацепа тягача и прицепа тягово-сцепное устройство (ТСУ) с упругодемпфи-рующим элементом. Анализ литературных источников показал, что главной причиной выхода из строя (в 80-90 % случаях) современных ТСУ является не поломка, а износ подвижных сопряжений и рабочих органов под влиянием сил трения. Наиболее «слабыми» сопряжениями являются пары трения «поршень - цилиндр» гидроамортизатора и шарнирное соединение «сцеп -расцеп» ТСУ, на долю которых приходится до 25 % всех отказов. К тому же работа ТСУ в большей степени определяется наличием гидравлического амортизатора, работоспособность которого зависит от изнашивания трибо-сопряжений «поршень - цилиндр» и устройства, обеспечивающего автоматическое сцепление и расцепление звеньев ТТА, что, в конечном итоге, влияет на демпфирование и параметры изменения тягового усилия при ускорении ТТА.

Отсюда возникает необходимость обеспечения работоспособности и повышения долговечности ТСУ такими триботехническими методами, как, например, применение ультрадисперсных и редкоземельных металлоплаки-рующих присадок к маслу и упрочнение деталей комплексными покрытиями, определение эффективности которых требует дальнейших исследований.

В связи с этим разработка новых эффективных триботехнологий, которые обеспечат работоспособность и повышение ресурса трущихся деталей тя-гово-сцепных устройств в соответствии с предъявляемыми требованиями, является актуальной проблемой, имеющей важное значение для повышения безопасности движения, производительности и эргономики ТТА.

Актуальность работы подтверждается также и тем, что она проводилась 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» (№ гос. регистрации 840005200) и комплексной темой № 5 «Повышение надежности и эффективности 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 трущихся деталей упруго-демпфирующего тягово-сцепного устройства триботехническими методами, обеспечивающими его работоспособность и эффективность использования тракторно-транспортного агрегата.

Объект исследований. Тягово-сцепные устройства тракторно-транспортных агрегатов на базе тракторов МТЗ-80/82 и прицепа 2ПТС-4.

Предмет исследований. Тепловые и физико-химические процессы, протекающие в поверхностных слоях трущихся деталей тягово-сцепных устройств.

Методика исследований основана на применении современных методов, технических средств, измерительных приборов. Включает в себя изучение и анализ условий работы тягово-сцепных устройств, характера и величины износа трущихся деталей с использованием статистических методов и ЭВМ для обработки полученной информации; анализ и обоснование существующих триботехнических методов повышения антифрикционных и износостойких свойств поверхностей трения деталей различных типов тягово-сцепных устройств; исследование трибологических и физико-химических свойств металлоплакирующих присадок к маслу и упрочняющих покрытий; сравнительные исследования образцов на машине трения СМЦ-2М и экспериментальных ТСУ в эксплуатации; определение оптимальных концентраций ' металлоплакирующей добавки в масло и режимов нанесения комплексных покрытий с разработкой технологического процесса упрочнения; технико-экономическую и экологическую оценку.

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 пар трения тягово-сцепных устройств тракторно-транспортных агрегатов путем применения металло-^ плакирующих присадок и комплексных покрытий, к анализу и обобщению теоретических положений и закономерностей, в результате которых:

• установлены характер и степень влияния различных факторов на эко-' номические и ресурсные показатели тягово-сцепных устройств;

• разработана математическая модель движения тракторно-транспортного агрегата и получены зависимости, определяющие влияние ряда факторов на эргономические и триботехнические показатели ТТА при использовании серийного и экспериментального ТСУ;

Ш • осуществлены теоретическое обобщение и выбор металлоплакирующих добавок в масло для рабочих поверхностей ресурсоопределяющих трибосопряжений тягово-сцепных устройств;

• решена задача упрочнения «слабых» деталей трибосопряжений ТСУ комплексными покрытиями с разработкой химико-математической модели их нанесения;

• разработаны рекомендации и комплекс триботехнических методов и средств для реализации мероприятий, обеспечивающих снижение начальных и установившихся износов деталей ТСУ.

Практическая ценность работы. Предложен и внедрен в производство комплекс триботехнических мероприятий и конструктивных разработок, которые позволяют:

• повысить качество трущихся поверхностей и улучшить эффективность работы ТСУ, а также снизить начальный и установившийся износ трущихся деталей в 1,4-1,8 раза;

• улучшить динамику, повысить безопасность движения и производительность тракторно-транспортного агрегата на 16-22 %;

• получить от внедрения разработанных инженерных методов, новых смазочных составов и технологии упрочнения трущихся деталей тягово-сцепных устройств годовой экономический эффект 26303 руб. на один тракторно-транспортный агрегат.

Реализация результатов исследований. Результаты работы могут быть использованы при обосновании и расчетах ТТА в отраслях Министерства сельского хозяйства РФ, проектировании тягово-сцепных устройств в конструкторских бюро заводов сельскохозяйственного машиностроения, применении смазочных композиций и технологии упрочнения трущихся деталей различных типов ТСУ комплексными покрытиями, а также в учебном процессе вузов аграрного образования при изучении дисциплин «Надежность и ремонт машин», «Тракторы и автомобили», «Эксплуатация машинно-тракторного парка» и «Триботехника».

Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждены математическим и компьютерным моделированием, а также достаточной сходимостью результатов теоретических исследований и экспериментальных испытаний опытных образцов ТСУ.

Внедрение. Разработанные в диссертации триботехнические методы повышения эффективности и ресурса упругодемпфирующих тягово-сцепных устройств, а также способы их совершенствования (патенты РФ № 2154581 и 2156700) внедрены во ФГУП «ГКБ по прицепам», АООТ «ПРИЦЕП» и в ряде хозяйств Саратовской области.

На основании результатов исследований разработаны и утверждены рекомендации по обеспечению работоспособности и повышению ресурса трущихся деталей упругодемпфирующих тягово-сцепных устройств.

В работе определены и выносятся на защиту следующие научные положения: г

1. Теоретические предпосылки повышения долговечности ресурсоопреде-ляющих трибосопряжений упругодемпфирующих тягово-сцепных устройств ТТА.

2. Результаты исследований металлсодержащих смазочных композиций.

3. Химико-математическая модель процесса нанесения комплексных покрытий.

4. Рекомендации по применению предлагаемых разработок, обеспечивающих работоспособность и повышение ресурса экспериментальных упруго-демпфирующих тягово-сцепных устройств тракторно-транспортных агрегатов, их экономическая и экологическая оценка.

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

• на научно-технических конференциях СГАУ им. Н.И. Вавилова и СГТУ (Саратов, 2002-2005 гг.);

• на межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СНГ» (Саратов, 2003-2004 гг.);

• на научно-технической конференции АЧГАА (Зерноград, 2002 г.);

• на пятой Международной практической конференции «Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций» (г. Санкт-Петербург, 2003 г.);

• на научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 117-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова (г. Саратов, 2004 г.);

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

• на расширенном заседании кафедры «Надежность и ремонт машин» СГАУ им. Н.И. Вавилова в 2005 г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 22 научных работах, в том числе в 2 патентах РФ на изобретения и в научно-практических рекомендациях. Общий объем публикаций - 8,76 печ. л., из которых 3,21 печ. л. принадлежит лично соискателю.

В работе использованы материалы исследований, полученные совместно с сотрудником кафедры «Тракторы и автомобили» ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова». *

Структура и объём работы. Диссертация изложена на 210 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка литературы, 10 таблиц, 68 рисунков, 28 приложений. Список использованной литературы включает в себя 158 наименований, из них 9 - на иностранном языке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Наследованы токсические свойства по отношении к теплокровным животным-в остром опыте композиции "едкий натр серноватисто-кислый натрий сернистый натрий- 1,0$ бура - 6-10,0$ борная кислота - Ц-6,0% вода. - остальное, представленной Саратовским институтом механизации сельского хозяйства им. М. И. Калинина. Композиция предназначена для обработки, металлических поверхностей деталей двигателя.

Изучаемый препарат является среднетокйичныв веществом (ЛД^-^ 980 мг/кг), проявляет выраженные кожно-резорбтивные и мес-тно-раздража»щве дейотвия. Может быть иопользован по назначению при соблюдении гигиены труда.

1. Прозоровский В.Б. 'Использование метода наименьших квадратов для пробит анализа кривых летальности // Фармакология и токбиколо-гия. - 1962

2. Испытаны токсические свойотва' композиции, предназначенной для по

3. Срытия металлических поверхностей по отношении к теплокровным >щшнам. :

4. Состав композиции?/Vat)H едкий натр . - 43$оерноватистокиСлый d натрий 1,5%а^й сернистый натрий - 1,0% Уа^Оу - S^pCl !Си$г03/ . 6-10,0$1. И3Ш3 борная КиСлота- 4-6,- вода остальное

5. Композиция предбтавленв (Саратовским институтом механизации сем-скогохоэяйства им. М.И. Кал и ни на^ предназначена для окончательной обработки поверхностей трения деталей двигателя.

6. Определение токсичности проводили Согласно "МетодичеСким указаниям :по гигиенической оценке новых пестицидов", Киев, 1988 г.

7. Установлено, что исследуемая вомпоэиция обладает среднетоксичнмя действием (ЛДзд составляет 980 мг/кг) по отношению к теплокровными вотньш.

8. При изучении кожно-резорбтивного действия препарата наблюдали подопытных животных гиперемию кожи и образование корочек,

9. Руководитель лаборатории д.м.н.ф>щ-y^-i'sC-.п. о

10. Проректор подщчнои работе? сышш^шщ2.»1. АКТпроведения лабораторных испытаний экспериментальных комплексных хромомедьсульфидированных покрытий и смазочных композиций на основе редкоземельных металлов (Лантан ИТР)

11. Оценку противоизносных и антифрикционных свойств комплексного покрытия металлоплакирующей композиции осуществляли по величине износа деталей трибосо единения.

12. Представители ФГОУ ВПО СГАУ Д.тлз^ррофе^бр1. В.В. Сафонов1. К.т.н., до^гё- С.А. Алексеевспирант1. М.В. Цыпцын

13. Представители ФГОУ ВПО МГАУ1. Пучин1. Синев11. Z&o