автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение эффективности работы сельхозмашин путем снижения гидравлических потерь в закрытых зубчатых передачах

1. ГЛАВА

1.1. Введение

1.2. Актуальность поставленной задачи

1.3. Цель работы

2 ГЛАВА i ВИДЫ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ. ИНЕРЦИОННЫЕ

СИЛЫ ЖИДКОСТИ. СИЛЫ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТЕЙ.

2.1. Смазочные материалы 11 , '2.1.1. Классификация смазочных материалов

2.2. Инерционные силы жидкости. Гидромеханика

Механика сплошных сред

2.3. Трение. Силы вязкости жидкости Гидродинамическая теория смазки

2.3.1. Трение.

2.3.2. Гидродинамическая теория смазки

3 ГЛАВА

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ

ПОТЕРЬ

3.1. Гидравлические потери в закрытых зубчатых передачах

3.2. Полные гидравлические потери

3.3. Инерционная составляющая гидравлических потерь

3.3.1. Инерционная составляющая гидравлических потерь для прямозубых цилиндрических колес

3.3.2. Инерционная составляющая для прямозубых конических колес

3.3.3. Влияние центробежных сил на инерционные силы

3.4. Вязкостная составляющая гидравлических потерь 65 3.3.3. Вязкостная составляющая гидравлических потерь от уровня залитого масла до окружности выступов колеса

3.4.2. Вязкостная составляющая гидравлических потерь от окружности выступов колеса до днища редуктора.

3.4.3. Полная вязкостная составляющая гидравлических потерь

3.4.4. Вязкостная составляющая гидравлических потерь

Для прямозубых цилиндрических колес

3.4.5. Вязкостная составляющая гидравлических потерь для прямозубых конических колес

3.5. Полные гидравлические потери начала движения

3.5.1. Полные гидравлические потери начала движения для прямозубых цилиндрических колес колес.

3.5.2. Полные гидравлические потери начала движения для прямозубых конических колес

3.6. Полные гидравлические потери для установившегося движения.

3.6.1. Гидравлические потери для прямозубых цилиндрических колес при установившемся движении.

3.6.2. Гидравлические потери для прямозубых конических колес при установившемся движении.

4. ГЛАВА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ

4.1. Экспериментальные исследования гидравлических потерь

4.2. Методика проведения экспериментальных исследований гидравлических потерь

4.2.1. Методика измерения полных гидравлических потерь

4.2.2. Методика определения гидравлических потерь по составляющим

4.3. Начало движения

4.4. Установившееся движение 90 4.4.1. Экспериментальные исследования составляющих гидравлических потерь

4.5. Гидравлические потери при различных частотах вращения колеса

4.6. Пути уменьшения гидравлических потерь

5. ГЛАВА

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО УРОВНЯ МАСЛА В СЕЛЬХОЗМАШИНАХ. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В КОРОБКЕ

ПЕРЕДАЧ И ЗАДНЕМ МОСТУ ТРАКТОРА МТЗ-80.

5.1. Оптимальный уровень залитого масла

5.2. Методика определения оптимального уровня залитого масла в закрытых зубчатых передачах сельхозмашин.

5.3. Гидравлические потери трактора МТЗ

5.4. Расчет оптимального уровня залитого масла в коробку передач и задний мост трактора МТЗ

5.5. Определение гидравлических потерь при оптимальном уровне залитого масла у трактора МТЗ

5.6. Проверка на охлаждение коробки передач и заднего моста трактора МТЗ-80 при оптимальном уровне залитого масла.

5.7. Экономический эффект от применения оптимального залитого масла в коробку передач и задний мост трактора МТЗ

5.6.1. Расчет затрат на эксплуатацию трактора

5.6.2. Определение экономического эффекта трактора МТЗс оптимальным уровнем залитого масла

Аграрная политика Российского правительства на современном этапе и перспективе предусматривает развитие производственно-технической базы в аграрном секторе страны, т.е. оснащение его современными средствами механизации. Срок службы и эффективность эксплуатации сельскохозяйственной, мелиоративной и другой техники во многом зависит от эксплуатационных свойств топливо смазочных материалов (ТСМ).

Основным источником получения топлив и смазочных масел является нефть, добыча которой с каждым годом усложняется. Удельный вес нефти и конденсата в топливо энергетическом балансе страны составляет 44%. А как смазочные материалы: масла, различные технические жидкости, пластичные смазки и т.п. составляют более 90% на основе нефтепродуктов (79).

Поэтому проблема рационального и экономичного расхода нефтепродуктов и энергоресурсов на современном этапе экономического и социального развития нашей страны является весьма актуальной.

Сами смазочные материалы используются с давних пор и выполняют следующие функции:

-Снижают мощность, затрачиваемую на приведение в действие машин (полезную мощность). Уменьшая трение между сопряженными поверхностями, способствуют сокращению непроизводительных потерь энергии, а, следовательно, и повышению к.п.д.

-Отводят тепло от нагретых деталей. Отводя тепло от трущихся сопряженных деталей, не допуская их перегрева, способствующего ухудшению условий работы, как деталей, так и машины в целом.

-Уменьшают износ трущихся деталей, а также предохраняют их задание на всех режимах работы при эксплуатации.

-Предохраняют детали от коррозии в результате воздействия различных факторов (воды, кислорода, кислот, и т.д.). Рассмотрим подробнее снижение потерь мощности, которая затрачивается на приведение в действие машин и механизмов.

Каждая движущаяся деталь машины испытывает потери мощности на трение. Трение разрушает детали и поглощает энергию. Потери мощности составляют от 1/3 до 1/2 производимой в мире энергии (114). Отсюда огромный интерес к проблемам трения и смазки.

Впервые требования к специальным задачам смазки были сформулированы Лейбницем в 1706г. Он математически описал различие между трением скольжения и трением качения. В 1883 году в работе Н.П.Петрова «Трение в машинах и влияние на него смазывающей жидкости» впервые были заложены основы гидродинамической теории смазки. Эта работа вскоре издается отдельной книгой и в других странах, что послужило толчком к широкой разработке проблем смазки в машинах. По данным американского инженерно-технического общества по смазке (ASLE), к 1955 году только по опорным подшипникам насчитывалось около 2000 исследований в этой области, написанных в разных странах на различных языках.

В настоящее время число работ по смазке и экономии энергии составляет 45. .50 тыс. Это объясняется многообразием конструкций рассматриваемых узлов, принципов образования несущего смазочного слоя (гидростатического, гидродинамического и смешанного), смазочных сред (жидкость, газ, жидкие металлы, магнитные жидкости и т.п.), а также сложностью решения теоретических задач в этой области.

Даже специалистам, работающим только в области смазки, не под силу прочитать систематизировать и проанализировать такое количество работ. Известную трудность вносит также отсутствие единой терминологии, используемой различными авторами, особенно это касается переводной литературы. В целом же в развитии гидродинамической теории смазки можно выделить три периода.

Первый период (1880-1920-е г.г.)

Преобладали транспортные машины, нужно было увеличить интенсивность их эксплуатации (скорость передвижения, увеличение нагрузки и т.д.). В этот период растительные масла и животные жиры постепенно были заменены минеральными маслами, получаемыми из нефти. Были рассмотрены различия в сохранении слоя, образованного растительными и минеральными маслами, заложены экспериментальные основы теории граничной смазки и разработаны концепции структуры граничного слоя. Второй период (1920-1950-е г.г.)

Преобладают исследования уменьшения потерь мощности от смазки в турбинах и компрессорах, опоры которых, хотя и легко нагруженные, имели высокие скорости скольжения. Появляются исследовательские организации по изучению трения и смазки. Одним из первых появилось Американское общество инженеров-смазочников в 1944году (American Society of Lubrication Engineers). В конце этого периода преобладают исследования легких двигателей внутреннего сгорания, постоянные совершенствования подшипников. Третий период (1950-настоящее время) Этот период характеризуется широким проникновением ЭВМ, большими теоретическими и прикладными исследованиями в области атомной физики и атомной энергетики, космической техники на фоне постоянного совершенствования математики и физики. В этот период (1960 г) под председательством академика А.Ю.Ишлинского был создан Научный совет по трению и смазкам АН СССР, организующий исследования, научные конференции и публикации материалов по этим вопросам. Создаются научно-исследовательские центры по трению и смазкам во многих других странах, которые и по настоящее время активно работают в этой области.

Указанные периоды не имеют жестких границ. Кроме того, развитие гидродинамической теории смазки во многом зависит от широты проникновения необходимых разделов математики в инженерные теории.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Установлено теоретически и подтверждено экспериментально, что гидравлические потери состоят из инерционной и вязкостной составляющей гидравлических потерь.

2. Установлена зависимость изменения инерционной и вязкостной составляющей гидравлических потерь от уровня залитого масла и от частоты вращения колес.

3. На основании теоретических и экспериментальных исследований получена формула определения гидравлических потерь для прямозубых цилиндрических и конических колес в закрытых зубчатых передачах сельскохозяйственных машин.

4. Определены основные направления уменьшения гидравлических потерь.

5. Разработана научно-обоснованная методика определения оп

18 тимального уровня залитого масла в закрытых зубчатых передачах сельскохозяйственных машин. 6. По разработанной методике произведен расчет оптимального уровня залитого масла в коробку передач и задний мост трактора МТЗ-80:

Гидравлические потери при оптимальном уровне залитого масла у трактора МТЗ-80 снизились от 47 до 63,9 %, в зависимости от передачи;

Количество масла на трактор снизилось на 10 литров; Годовой экономический эффект на один трактор составляет 45918 рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Аксютенков В.Т., Карпович А.П. К вопросу создания износостойких опор путем замены скольжения качением при внутреннем контакте. Материалы научно-практической конференции. -Брянск: Изд-во БГХСА, 1997, стр. 55-56.

2. Карпович А.П. Исследования потерь мощности в закрытых зубчатых передачах, работающих в индустриальных маслах и пути их устранения. Материалы XI межвузовской научно-практической конференции. - Брянск: Изд-во БГХСА, 1998, стр.89.

3. Аксютенков В.Т., Карпович А.П. Состояние проблемы качества сельхозтехники с точки зрения коррозионной стойкости. Сборник трудов Зеи международной научно-технической конференции «Проблемы повышения качества промышленной продукции» - Брянск: Изд-во БГПУ, стр.40.

4. Аксютенков В.Т., Карпович А.П. Результаты исследований потерь мощности в редукторе. Материалы XII межвузовской научно-практической конференции. «Достижения науки в производство и воспитательный процесс» - Брянск: Изд-во БГХСА, 1998, стр.16.

5. Аксютенков В.Т., Карпович А.П. Исследование потерь мощности в закрытых зубчатых передачах, влияющих на окружающую среду. Пути устранения потерь мощности. Материалы международной научно-технической конференции «Актуаль

19 ные проблемы экологии на рубеже третьего тысячелетия и пути их решения». - Брянск: Изд-во БГХСА, 1999, стр.68-69.

6. Аксютенков В.Т., Карпович А.П. Сравнение экспериментальных и теоретических данных потерь мощности от уровня залитого масла. Материалы XIII межвузовской научно-практической конференции «Достижения науки в производство и воспитательный процесс» - Брянск: Изд-во БГХСА, 2000, стр.133.

7. Карпович А.П. Потери мощности в редукторе от уровня залитого масла, как частный случай сопротивления тел в жидкостях и газах. Международная научно-практическая и учебно-методическая конференция «Наука и образование-возрождение сельского хозяйства России в XXI веке». - Брянск: Изд-во БГХСА, 2000, стр.38-39.

8. Карпович А.П. Определение оптимального уровня залитого масла в закрытых зубчатых передачах. Материалы XIV межвузовской научно-практической конференции «Достижения науки в производство и воспитательный процесс» - Брянск: Изд-во БГХСА, 2001, стр.26-29.