автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение износостойкости подшипниковых узлов ходовой части трактора тягового класса 40 КН модифицированием рабочих поверхностей и введением присадки

Галенко Иван Юрьеви»

□□30530 12

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ ХОДОВОЙ ЧАСТИ ТРАКТОРА ТЯГОВОГО КЛАССА 40 КН МОДИФИЦИРОВАНИЕМ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ВВЕДЕНИЕМ ПРИСАДКИ

Специальность 05.20.03 - технологии и средства технического обслуживания

в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза-2007

003053012

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГОУ ВПО «Самарская ГСХА»)

Научный руководитель кандидат технических наук, профессор

Ленивцев Геннадий Александрович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Спицын Иван Алексеевич

доктор технических наук, профессор Перелыгин Юрий Петрович

Ведущая организация: Научно-технический центр «Надежность

технологических, энергетических и транспортных машин» ФГОУ ВПО «Самарский ГТУ»

Защита состоится 16 марта 2007 г. в 13— часов на заседании диссертационного совета Д 220.053.02 при ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» по адресу: 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30, ауд. 1246.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА».

Автореферат разослан «16» февраля 2007 г.

Ученый секретарь /У^Я-п/ у

диссертационного совета с УхановА.П.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. К основным сопряжениям, лимитирующим надежность ходовой части трактора, относятся подшипниковые узлы. При отказе одного из них неизбежны преждевременный ремонт и простои трактора, что ведет к значительным экономическим потерям.

Одним из наиболее распространенных тракторов сельскохозяйственного назначения в хозяйствах Самарской области является гусеничный трактор Т-4А. Общее количество тракторов Т-4А в области на конец 2006 г составило 1836 единиц, что составляет 21% от общего количества тракторов с.-х. назначения области.

По данным исследований надежности тракторов Т-4А, работающих в условиях рядовой эксплуатации, наибольшее число отказов (28%) приходится на ходовую часть. При капитальном ремонте, замене на новые подлежат все подшипники опорных катков. В последующей эксплуатации при проведении текущих ремонтов более 70% подшипников опорных катков имеют радиальный зазор выше допустимых значений и подлежат выбраковке.

Основополагающими факторами, определяющими износостойкость деталей подшипниковых узлов, являются состояние рабочих поверхностей и свойства смазочного материала. Следовательно, модифицирование, как способ повышения качества рабочих поверхностей, и улучшение трибологических свойств смазочного материала путем введения в него присадок являются перспективными направлениями повышения износостойкости деталей подшипниковых узлов.

Практический интерес представляет фосфатирование, как наиболее доступный способ модифицирования поверхностей трения. Для повышения износостойкости различных узлов трения отмечена высокая эффективность применения присадок, содержащих в своем составе поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Таким образом, комплексное применение фосфатного покрытия и присадки к смазочному материалу, при их оптимальном сочетании, может являться действенным методом повышения износостойкости деталей подшипниковых узлов ходовой части трактора Т-4А.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО «Самарская ГСХА» на 2005...2010 гг. и темой «Разработка и внедрение методов совершенствования режимов смазки и рационального использования масел в смазочных и гидравлических системах сельскохозяйственной техники» (№ ГР 01980001759).

Цель исследования - повышение износостойкости подшипниковых узлов ходовой части трактора тягового класса 40 кН модифицированием рабочих поверхностей и введением присадки в смазочный материал.

Объект исследования - процессы трения и изнашивания в подшипниковых узлах ходовой части трактора Т-4А, рабочие поверхности которых модифицированы (изменены) фосфатированием, а в смазочный материал (трансмиссионное масло) введена присадка, содержащая поверхностно-активные вещества.

Предмет исследования - взаимосвязь трибологических параметров, определяющих условия работы и состояние рабочих поверхностей подшипников качения ходовой части тракторов, которые влияют на качество приработки и определяют последующую долговечность подшипникового узла.

Научная новизна заключается в предложенном комплексном способе повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части гусеничных тракторов фосфатированием рабочих поверхностей и введением присадки в смазочный материал на этапе приработки и нормальной работы; методе выбора оптимальной концентрации присадки при наличии на рабочих поверхностях фосфатного покрытия; экспериментальной оценке влияния фосфатирования и введения присадки в смазочный материал на этапе приработки и нормальной работы на трибологические параметры подшипниковых узлов ходовой части тракторов.

Достоверность результатов работы подтверждается сравнительными исследованиями приработки образцов на машине трения, а также подшипниковых узлов на стенде, имитирующими эксплуатационные условия работы, использованием технических средств измерения и методов обработки экспериментальных данных на ПЭВМ с использованием прикладных программ Microsoft Excel, Statistica V.5.5.A и MathCAD 2001.

Практическая ценность работы. Разработанный комплексный способ, предусматривающий фосфатирование рабочих поверхностей и введение присадки Феном в определенных концентрациях в смазочный материал на этапе приработки и нормальной работы позволяет повысить износостойкость и, как следствие, долговечность деталей подшипниковых узлов ходовой части трактора.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований по повышению износостойкости подшипниковых узлов фосфатированием их рабочих поверхностей и введением в смазочный материал присадки Феном приняты к внедрению в ОАО «Похвистневская сельхозтехника» Самарской области при капитальном ремонте ходовой части тракторов Т-4А.

Апробация работы. Результаты исследований доложены и одобрены на научно-технических конференциях Самарской ГСХА (2001...2006 гг.), Московского ГАУ им В.П. Горячкина (2003 г.) и Пензенской ГСХА (2005 г ).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12 научных работах объемом 5,5 п.л., в том числе 1 статья в изданиях перечня ВАК Минобрнауки РФ, и 5 статей объемом 1,25 пл. без соавторов.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 153 страницах, состоит из пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 119 наименований и приложений на 32 с. Содержит 26 таблиц и 44 рисунка.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

способ повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части тракторов фосфатированием рабочих поверхностей и введением присадки в смазочный материал на этапе приработки и нормальной работы;

метод выбора оптимальной концентрации присадки при наличии на рабочих поверхностях фосфатного покрытия;

результаты экспериментальной оценки влияния технологических параметров режима формирования фосфатного покрытия и применяемых смазочных композиций на трибологические параметры деталей подшипниковых узлов.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы и сформулированы научные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса и задачи исследований» проведен анализ условий работы и причин отказов подшипниковых узлов ходовой части с.-х. тракторов, выполнен аналитический обзор основных направлений по повышению износостойкости и надежности подшипниковых узлов.

На основании анализа научной литературы установлено, что перспективными методами повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части тракторов следует считать модифицирование рабочих поверхностей и применение присадок к смазочному материалу.

Вопросам разработки и применения ресурсоповышающих присадок и антифрикционных покрытий для различных узлов трения посвящены работы В.И. Ерохина, A.A. Полякова, Д.Н. Гаркунова, A.A. Кутько, В.В. Сафонова, В.В. Стрельцова, В.И. Балабанова, В.И. Цыпцына, и других ученых.

Анализ существующих методов модифицирования поверхностей трения позволил выделить фосфатирование, как наиболее доступный метод получения на рабочих поверхностях покрытия, с высокими антифрикционными и противозадирными свойствами. Исследования антифрикционных свойств фосфатных покрытий отражены в работах B.C. Лапатухина, И.И. Хаина, P.C. Короткова и других исследователей.

Обзор научных исследований позволяет сделать вывод, что вопросы повышения качества приработки, износостойкости и надежности подшипниковых узлов в целом за счет фосфатирования рабочих поверхностей, а также применения современных присадок на основе поверхностно-активных веществ, остаются малоизученными.

Действенным методом повышения износостойкости подшипниковых узлов может являться комплексное применение фосфатного покрытия и присадок, содержащих ПАВ, к смазочному материалу на этапах приработки и нормальной работы.

На основании анализа литературных источников и в соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

1. Разработать и теоретически исследовать способ повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части тракторов фосфатированием рабочих поверхностей и введением присадки в смазочный материал.

2. Разработать технологию формирования модифицированного покрытия на рабочих поверхностях деталей подшипниковых узлов ходовой части тракторов методом фосфатирования.

3. Экспериментально обосновать оптимальный состав смазочной композиции и технологический режим ее использования для подшипниковых узлов ходовой части тракторов с фосфатированными рабочими поверхностями.

4. Разработать рекомендации по применению комплексного способа повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части тракторов фосфатированием рабочих поверхностей и введением присадки в смазочный материал, оценить экономическую эффективность по результатам эксплуатационных исследований.

Во втором разделе «Теоретические предпосылки повышения износостойкости подшипниковых узлов фосфатированием рабочих поверхностей и введением присадки» рассмотрен комплексный способ повышения износостойкости подшипниковых узлов фосфатированием рабочих поверхностей и введением присадки в смазочный материал, предложен метод выбора оптимальной концентрации присадки для узлов трения с фосфатным покрытием при заданном нагрузочном и температурном режимах работы, установлены аналитические зависимости износа фосфатного покрытия на фиксированном пути трения от нагрузки, температуры и концентрации присадки в смазочном материале, а также зависимость, характеризующая изменение износа фосфатного покрытия обусловленное введением присадки.

Сущностью предлагаемого способа повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части тракторов является комплексное применение фосфатного покрытия и присадки к смазочному материалу на этапе приработки и дальнейшее использование присадки к смазочному материалу на этапе нормальной работы.

Применение фосфатирования и введение присадки в смазочный материал на этапе приработки направлено на повышение износостойкости поверхностей трения при возможном уменьшении прирабогочного износа. Последующее применение присадки на этапе нормальной работы направленно на дальнейшее повышение износостойкости и ресурса деталей.

Для обеспечения высокого уровня износостойкости деталей подшипниковых узлов выбор рациональной концентрации присадки должен быть осуществлен на основании анализа трибологических процессов на каждом из этапов: на этапе нормальной работы с учетом обеспечения износостойкости при посту плении в смазочный материал абразивных частиц; на этапе приработки с учетом взаимодействия фосфатного покрытия и присадки.

Анализ показывает, что фосфатное покрытие способствует ускоренному формированию опорной поверхности и увеличению фактической площади контакта на начальной стадии процесса приработки. При этом фосфатное покрытие позволяет компенсировать отдельные неровности поверхности, величина которых сравнима с толщиной покрытия. При постепенном изнашивании фосфатного покрытия происходит плавное увеличение контактных нагрузок, действующих на металлические слои рабочих

поверхностей, что обеспечивает предварительную подготовку последних к восприятию эксплуатационных нагрузок.

Следовательно, для деталей с фосфатированными рабочими поверхностями можно выделить две основные стадии приработки: приработка с фосфатным покрытием и приработка после износа фосфатного покрытия.

Время приработки с фосфатным покрытием можно определить из отношения

где Ифп - толщина фосфатного покрытия; 1}фц — средняя скорость изнашивания фосфатного покрытия.

Таким образом, исходная толщина слоя фосфатного покрытия и его скорость изнашивания будут оказывать влияние на качество формирующихся в процессе приработки металлических рабочих поверхностей, что может привести к изменению шероховатости, микротвердости и, как следствие, к снижению или повышению их износостойкости при дальнейшей работе.

Зависимость относительной износостойкости приработанных поверхностей (сля) от времени приработки с фосфатным покрытием можно представить в виде

где V и ос-факторные коэффициенты (0 < ос< 1).

Анализ зависимости показывает, что при заданной толщине покрытия с увеличением продолжительности стадии приработки с фосфатным покрытием повышается относительная износостойкость металлических рабочих поверхностей, сформированных в процессе приработки. Следовательно, для повышения износостойкости приработанных поверхностей необходимо уменьшить скорость изнашивания фосфатного покрытия на первой стадии процесса приработки.

Для узлов трения с фосфатным покрытием рациональной концентрацией присадки в смазочном материале следует считать такую концентрацию, при которой достигается максимальное значение износостойкости сформированных в процессе приработки рабочих поверхностей, что согласно принятой концепции достигается при минимальной скорости изнашивания фосфатного покрытия для заданных условий трения.

Предложенный метод выбора рациональной концентрации присадки заключается в выборе концентрации присадки, которая обеспечивает, для заданных условий трения, наибольшее снижение скорости изнашивания фосфатного покрытия по сравнению со смазочным материалом без присадки.

Скорость изнашивания фосфатного покрытия при трении зависит от нагрузки, температуры и концентрации присадки, введенной в смазочный материал.

Зависимость износа / фосфатного покрытия от нагрузки q, температуры I и концентрации присадки к запишем в виде функции

(1)

г = I, к). (3)

При граничном значении концентрации присадки к = 0 математическая модель зависимости износа фосфатного покрытия в (базовый уровень) примет вид

С = /(4. О- (4)

Зависимости износа от различных факторов имеют нелинейный характер. Функцию (3) отклика аппроксимируем полиномом второго порядка I = а 0 + а^д + я 2 / + а гк + апд • I + а13 д -к +

+ а а * ■ к + апд2 + а 22 /2 + а 33 £ 2, ^

где а 0, а х, а 2, а 3, а 12 , а 13 , а 23 , а ,, , а 22 , а 33 - коэффициенты, характеризующие свободный член уравнения, линейные и квадратичные эффекты взаимодействия соответствующих факторов.

Функцию (4) отклика аппроксимируем полиномом второго порядка

С = а0 + ахд+аг1+апд^+апдг + а 221г. (6)

Коэффициенты в зависимостях (5) и (6) определяются по результатам лабораторного многофакторного эксперимента.

В качестве параметра оптимизации будем рассматривать изменение величины износа фосфатного покрытия на фиксированном пути трения.

Изменение величины износа фосфатного покрытия, обусловленное введением присадки (эффект от присадки) Е, может быть представлено в виде

Е = 1-0. (7)

Подставив уравнения (5) и (6) в выражение (7), получим

Е = Ь 0 + Ьхд + Ь г1 + а гк + Ъп д + а [3 д - к +

(8)

+ а 23 I ■ к + Ьи д 2 + Ъ .

зз

К

, 6,, , Ъ п - факторные коэффициенты, полученные после преобразования.

Условие эффективного применения присадки: Е < 0.

Для определения рациональной концентрации присадки К0пт, при которой износ фосфатного покрытия наименьший, для данных условий трения, необходимо определить локальные экстремумы (минимумы) функции (8) при заданных значениях нагрузки и температуры.

При котором Е = 0, значение предельной концентрации присадки КПР, можно определить из уравнения

Ь0 + Ь,д + Ьг1 + а ¡к + • I + опд к +

+ ап I ■ к + Ьи д 2 + Ьи + о33 к 2 = 0 ^

Решив уравнение (9) в символьном виде, получим корни уравнения

| +2агг(Щ+а14д)+<% б^г2-4^ +Ь1д+Ь21+Ь1^+Ь2/ +6,(?) (,0)

2-а,,

Значению предельной концентрации присадки соответствуют положительные решения выражения (10), а допустимые значения концентрации присадки будут находиться в интервале Кпр— Копт-

Проведенный анализ позволяет определить общую методологию выбора рациональной концентрации присадки для узлов трения с фосфатным покрытием при заданном нагрузочном и температурном режимах работы. Процесс выбора концентрации присадки включает: анализ условий работы трибологической системы и формирование методики многофакторного эксперимента, проведение исследований и определение эмпирических зависимостей (5) и (6), а также процесс оптимизации, позволяющий установить значения рациональной и предельной концентрации присадки в смазочном материале.

В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены общая программа и частные методики экспериментальных исследований.

Программа исследований включала: лабораторные исследования процессов фосфатирования стальных образцов; лабораторные исследования на машине трения образцов с фосфатным покрытием и без него с целью подбора оптимального состава смазочной композиции; рентгеноструктурпый анализ рабочих поверхностей образцов, приработанных в различных условиях; стендовые и эксплуатационные исследования подшипниковых узлов опорных катков тракторов, а также расчетно-аналитаческое обоснование нагрузочно-скоростных режимов при имитации трибологических процессов в подшипниковых узлах на машине трения и стенде.

Сравнительную оценку способов получения фосфатного покрытия и определение технологических параметров режима фосфатирования проводили на лабораторной установке, включающей нагревательный элемент, емкость для рабочего раствора, активатор, терморегулятор и оснастку для монтажа образцов. Для оценки свойств получаемого покрытия использовались торцовые поверхности образцов, изготовленных из стали ШХ-15 в виде дисков. Значение рН фосфатирующего раствора контролировали с помощью мономера универсального ЭВ-74.

Исследования включали этап сравнительной оценки способов получения фосфатного покрытия обработкой деталей в холодных и горячих растворах ортофосфорной кислоты, суперфосфата и двойного суперфосфата, а также этап определения технологических параметров режима фосфатирования в растворе суперфосфата двойного.

За оценочные показатели принимали органолептические критерии: однородность покрытия, цвет, устойчивость к истиранию при незначительном механическом воздействии и внешний вид поверхности после удаления фосфатного покрытия. Визуально оценивали консистенцию и однородность растворов для фосфатирования. При количественной оценке контролировали значения плотности и кислотности фосфатирующего раствора, толщину фосфатного покрытия, потерю массы образцов после фосфатирования, массу и плотность фосфатного покрытия, массу растворенного в процессе

форматирования металла. Выработку раствора оценивали выходом покрытия по массе исходного вещества

, (11)

М„

где - общая масса полученного на образцах фосфатного покрытия, г; Мн - масса навески двойного суперфосфата, взятого для приготовления рабочего раствора, г.

Трибологические исследования образцов с фосфатным покрытием и без него проводили на роликовой машине трения 2070-СМТ по схеме «диск-диск». Исследования включали этапы: сравнительной оценки смазочных композиций с присадками; оценки зависимости износа фосфатного покрытия от нагрузки, температуры и концентрации присадки; исследования процессов приработки образцов с фосфатированными рабочими поверхностями и образцов без обработки при смазывании маслом ТМ-3-18 и смазочными композициями с присадками.

В качестве основного контрольного параметра использовали массовый износ образцов, а критерия оптимизации - момент трения. Критерием окончания приработки образцов являлась стабилизация скорости изнашивания и момента трения. В процессе исследований фиксировали значение установившейся температуры масла.

Для оценки состояния поверхностей трения деталей и образцов проводили измерения микротвердости методом Виккерса на приборе ПМТ - 3 и шероховатости методом профилографирования при помощи профилографа-профилометра завода «Калибр» модели ВИ-201. Определение параметров тонкой кристаллической структуры рабочих поверхностей образцов проводили на дифрактомере ДРОН - 2.0.

В основу стендовых и эксплуатационных исследований положен принцип сопоставления показателей, характеризующих износостойкость деталей подшипниковых узлов в условиях эксплуатации по двум вариантам: базовому -при соблюдении существующей технологии, и опытному варианту - при комплексном применении фосфатирования и введении в смазочный материал присадки на этапах приработки и нормальной работы.

Исследования подшипниковых узлов опорных катков трактора Т-4А на специально разработанном стенде включали два этапа: исследования подшипниковых узлов на этапе приработки и сравнительные износные исследования.

Критерием окончания приработки подшипниковых узлов являлась стабилизация содержания железа в пробах смазочного материала, отбираемого из масляных полостей опорных катков. Температуру подшипниковых узлов опорных катков контролировали инфракрасным пирометром С-300.

Содержание железа в смазочном материале определяли колориметрическим методом с помощью колориметра фотоэлектрического концентрационного КФК-2МП с использованием сульфосалициловой кислоты.

За оценочные показатели были приняты: значения износа наружных колец подшипников и деталей уплотнений, микротвердости и шероховатости рабочих поверхностей роликов и наружных колец подшипников.

Измерения износа наружных колец подшипников проводили методом искусственных баз с помощью прибора УПОИ-6.

В процессе эксплуатационных исследований сравнительную оценку износостойкости деталей подшипниковых узлов осуществляли по содержанию железа в пробах смазочного материала. Наблюдения и периодический отбор проб проводили по трем тракторам до наработки 1000 мото-ч.

Планирование экспериментов и обработку результатов исследований осуществляли на основании теории вероятностей и математической статистики. Полученные данные обрабатывались на ПЭВМ с использованием программ Microsoft Excel, Statistica V.5.5.A и MathCAD 2001.

В четвертом разделе «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты исследований и их анализ.

По результатам сравнительной оценки наилучшими характеристиками обладают фосфатные покрытия, полученные при обработке в водном растворе суперфосфата двойного. Установлено, что для фосфатирования следует использовать растворы суперфосфата двойного в концентрациях от 125 до 500 г/л. При концентрациях менее 250 г/л происходит быстрое расслоение раствора и возникает необходимость его механического перемешивания в процессе обработки.

Результаты экспериментальной оценки технологических параметров режима фосфатирования показали, что в интервале температур 50...90 °С возможно получение однородного фосфатного покрытия толщиной до 8...9 мкм. При этом с повышением температуры производительность процесса увеличивается. Наилучшими характеристиками обладают покрытия, полученные при температуре 80...90 °С.

Получена зависимость толщины фосфатного покрытия от времени обработки

h = 15,849(С IT)1 - 0,00669с2 + 0,00804с Г - 0,2862с, (12)

где Т - температура, °С; t - время обработки, мин; h - толщина покрытия, мкм.

В процессе обработки с увеличением выхода покрытия по массе исходного вещества rç повышается значение рН фосфатирующих растворов, что позволяет использовать значение рН в качестве контрольного параметра, характеризующего выработку растворов. Изменение показателя рН в зависимости от выработки раствора до значений »1 = 1,1% может быть аппроксимировано уравнением

рН = 2,3 + 0,9052т? - 0,27 lrç1. (13)

Для возможности аналитической оценки скорости образования покрытия в зависимости от исходной концентрации и выработки фосфатирующего раствора (до значений г| = 1,18..1,23%) проведена обработка данных с использованием программы Statistica В результате регрессионного анализа установлено, что уровень значимости коэффициентов уравнений регрессии для переменных, учитывающих влияние концентрации фосфатирующего раствора,

значительно превышает 0,05. Таким образом, концентрация фосфатирующего раствора в интервале 125...500 г/л не оказывает существенного влияния на скорость образования покрытия. В результате было получено уравнение

V,, =0,487 - 0,6622^ + 0,3817/7% (14)

где V// - скорость образования покрытия, г/дм2 ч; г/ - выход покрытия по массе исходного вещества, %.

Анализ данных по качеству получаемых покрытий и изменению скорости их образования позволяет сделать вывод, что для получения равномерных и однородных покрытий выработка фосфатирующего раствора не должна превышать предельного значения Г|прсд = 0,87%, при достижении которого фосфатирующий раствор требует замены.

Для экспериментальных исследований на роликовой машине трения были отобраны смазочные композиции на основе трансмиссионного масла ТМ-3-18 и присадок Феном, РиМЕТ-Т, Форум, Универсальный модификатор трения (УМТ), Стойкость.

Результаты сравнительной оценки позволяют установить высокую эффективность смазочных композиций с присадкой Феном для снижения износа образцов при загрязнении смазочного материала абразивом. Введение в трансмиссионное масло присадки Феном в концентрации 20 мл/л обеспечивает уменьшение массового износа образцов до 40% по сравнению с трансмиссионным маслом без присадки.

В результате исследования влияния факторов на износ фосфатного покрытия получены уравнения регрессии (15) и (16), характеризующие зависимость износа фосфатного покрытия от температуры, нагрузки и концентрации присадки Феном в масле ТМ-3-18, а также на базовом масле без присадки (17):

1 = 23 ,419 - 2,785 к - 0,545 < - 0,00145 ? + 0,02 к « + 0,0002 *-?+ (15) + 0,000004 $+ 0,11175 к2 + 0,00616 г2 при к<Юмл!л, где 1 - износ фосфатного покрытия, мг; к - концентрация присадки, мл/л; I - температура, °С; я - нагрузка, Н;

I = -7,274 + 0,388/ + 0,00086? - 0,0047% • к + 0,00006? к + 0,00396£2 ,. ...

(16)

при 10<к < АО мл! л, 0 = 19,873 -0,289 /- 0,00135 д + 0,00003 + 0,00331 Л (17)

После преобразований были получены выражения для оценки изменения износа фосфатного покрытия при введении присадки:

Е = 3,546 - 2,785 к - 0,256 / - 0,0001 а + 0,02 Ш + 0,0002 кд + + 10 + 0,11175 к1 + 0,00285 /3 при к <10 мл/л;

Е = -24,141 + 0,677/ + 0,00221? - 0,004794 • I + 6 • 10"5 к • ? --3-Ю"5/ д + 0,00396Л2 -0,0033и2 при \0<к<А0мл!л.

В уравнениях (15)-(18) общими ограничениями являются: 205/<80 "С; 3000<?<5000Я.

На основании принятой схемы оптимизации определены значения предельных и оптимальных концентраций присадки для уровней нагрузки 3000, 4000, 5000Н.

Для графического определения значений предельной и рациональной концентрации присадки разработаны номограммы (рисунки 1 и 2).

40 50 60

Температура, град.

Рисунок 1 - Номограмма для определения предельной концентрации присадки Феном в масле ТМ-3-18 при наличии на рабочих поверхностях фосфатного покрытия

При повышении концентрации присадки свыше предельного значения (при заданном нагрузочном и температурном режимах) будет иметь место повышенный износ фосфатного покрытия по сравнению с трансмиссионным маслом без присадки.

—1—_ 3 = 3000II 1 1 ! I 1

} = 4000 Н

с

. | ""1 1 Т^ 1 (2 = 5000II X. 1 1 !

1

1

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Температура, град.

Рисунок 2 - Номограмма для определения рациональной концентрации присадки Феном в масле ТМ-3-18 при наличии на рабочих поверхностях фосфатного покрытия

Введение в трансмиссионное масло присадки в рациональной концентрации обеспечит наибольшее снижение скорости изнашивания фосфатного покрытия для заданных условий трения.

Анализ полученных результатов показывает, что для основного уровня нагрузки и устанавливающегося на начальном этапе процесса приработки температурного режима (при лабораторных исследованиях на машине трения и при стендовых исследованиях подшипниковых узлов опорных катков) значение рациональной концентрации присадки находится в пределах 4,6...5,4 мл/л. Значение концентрации присадки Феном 5 мл/л следует считать рациональным при проведении приработки деталей и образцов с фосфатным покрытием.

Изменение температуры смазочных композиций и момента трения в процессе приработки образцов на роликовой машине трения показаны на рисунке 3.

0,8

0,75

5 0,7 ^

Х. 0,65 £

| 0,6

| 0,55

£ 0,5 0)

5 0,45 о

£ 0,4 0,35 0,3

Е

:\1

Т

-1 -2 -3

-4 -

-5 -

47 46 45 £ "4 & 43 я 42

а 40

с 39 2 38 ш

Ь 37 36 35

(

1 !

\\ ! •

\\ ■ 1 ■

"V I (

1

1—

1 ¡^ ---

1

— 1 Т Т I 1 1

23456789 10 Время работы, ч

01 23456789 10 Время работы, н

Рисунок 3 - Изменение температуры смазочных композиций и момента трения в процессе приработки образцов не фосфатироеаные образцы• 1- трансмиссионное масло; 2 - Феном, 20 мл/л; фосфатироеаные образцы 3 - трансмиссионное масло, 4 - Феном, 20 мл/л; 5 - Феном, 5 мл/л

Исследованиями процессов приработки образцов на машине трения установлено, что наилучшими трибологическими характеристиками обладают образцы с фосфатным покрытием, смазываемые композицией на основе трансмиссионного масла ТМ-3-18 и присадки Феном в рациональной концентрации 5 мл/л.

Применение в период приработки смазочной композиции с присадкой Феном в концентрации 5 мл/л, в комплексе с фосфатированием поверхностей трения, приводит к сокращению времени приработки, уменьшению приработочного износа и скорости изнашивания при установившимся режиме работы на 71%, 45% и 33% соответственно. При этом, в процессе приработки формируются рабочие поверхности более высокого качества: микротвердость рабочих поверхностей повышается на 19%, параметр шероховатости 11а снижается в 2,5 раза, по сравнению с не фосфатированными образцами, приработанными на масле ТМ-3-18.

Рентгеноструктурный анализ позволил установить изменения в фазовом составе и кристаллической структуре рабочих поверхностей приработанных образцов. Наибольшее содержание остаточного аустенита - 5,09% на рабочих поверхностях фосфатированных образцов, приработанных на смазочной композиции с присадкой Феном в концентрации 5 мл/л, свидетельствует о повышении экранирующего действия фосфатного покрытия при введении в смазочный материал присадки в рациональной концентрации.

Результаты стендовых исследований подшипниковых узлов на этапе приработки позволяют установить эффективность применения смазочной композиции с концентрацией присадки Феном 5 мл/л в комплексе с фосфатированием поверхностей трения. При этом достигается сокращение времени приработки на 29%, износ наружных колец подшипников РИ 954712К1 снижается на 27%, а износ деталей уплотнений на 23...28 %

Шероховатость рабочих поверхностей колец фосфатированных подшипников, приработанных на смазочной композиции на 1...2 класса выше, а микротвердость рабочих поверхностей роликов на 5,1% выше, чем у не фосфатированных подшипников, приработанных на масле ТМ-3-18.

Стендовые износные исследования позволили установить эффективность применения присадки Феном в концентрации 20 мл/л для повышения износостойкости деталей подшипниковых узлов опорных катков трактора Т-4А при работе на эксплуатационных режимах при загрязнении смазочного материала абразивом. Снижение износа наружных колец подшипников, смазываемых композицией с присадкой Феном, по сравнению с подшипниками, смазываемыми маслом ТМ-3-18, составляет 27,4 %, а износ деталей уплотнений снижается почти в 2 раза.

Исследованиями подшипниковых узлов опорных катков тракторов Т-4А в эксплуатации установлено, что фосфатирование рабочих поверхностей и последующее введение в смазочный материал присадки Феном в концентрации 5 мл/л в период приработки и 20 мл/л при дальнейшей эксплуатации, обеспечивает увеличение относительной износостойкости деталей подшипниковых узлов в 1,43 раза, по сравнению с деталями подшипниковых узлов без обработки, обслуживаемых по существующей технологии.

В пятом разделе «Практическое применение и экономическая эффективность результатов исследования» содержится описание разработанного технологического процесса фосфатирования комплекта подшипников РИ945712К1 и режимов обслуживания подшипниковых узлов ходовой части тракторов Т-4А с применением смазочных композиций с присадкой Феном, приведен расчет экономической эффективности от внедрения разработанных мероприятий.

Процесс фосфатирования комплекта подшипников включает выполнение операций приготовления фосфатирующего раствора, монтажа подшипников на подвеску, фосфатирования подшипников, промывки подшипников, контроля качества фосфатирования и удаления раствора.

Фосфатирование осуществляют в водном растворе суперфосфата двойного при температуре 80...90°С. Значения массы суперфосфата двойного,

необходимого для приготовления раствора, времени обработки и контрольные значения рН фосфатирующего раствора принимаются на основании расчета в зависимости от толщины создаваемого покрытия.

Разработанная установка для фосфатирования деталей обеспечивает контроль и поддержание заданной температуры фосфатирующего раствора и его перемешивание. Конструкция подвески для монтажа подшипников позволяет не раскомплектовывать подшипники и обеспечивает лучший доступ фосфатирующего раствора к поверхностям трения.

Режим обслуживания опорных катков трактора Т-4А с фосфатированными рабочими поверхностями деталей подшипниковых узлов в эксплуатации, предусматривает приготовление и применение смазочных композиций, что позволяет обеспечить концентрацию присадки Феном в смазочном материале подшипниковых узлов 5 мл/л на этапе приработки подшипниковых узлов и концентрацию 20 мл/л в период дальнейшей эксплуатации.

Выполненный расчет показывает, что внедрение процесса фосфатирования подшипников опорных катков при проведении капитального ремонта тракторов Т-4А и применение смазочных композиций с присадкой Феном при обслуживании подшипниковых узлов в эксплуатации позволит получить среднегодовой расчетный экономический эффект 1740 руб. на один трактор. Это вызвано снижением затрат на текущий ремонт ходовой части трактора в связи с повышением износостойкости деталей подшипниковых узлов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Предложен способ повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части тракторов фосфатированием рабочих поверхностей и введением в смазочный материал присадки в определенных концентрациях на этапах приработки и нормальной работы.

Для узлов трения с фосфатным покрытием рациональной концентрацией присадки в смазочном материале следует считать концентрацию, при которой достигается максимальное значение износостойкости рабочих поверхностей, сформированных в процессе приработки, что согласно выполненному анализу может быть обеспечено при снижении скорости изнашивания фосфатного покрытия в начальной стадии процесса приработки.

Предлагаемый метод выбора рациональной концентрации присадки заключается в определении концентрации присадки, которая обеспечивает, для заданных условий трения, наибольшее снижение скорости изнашивания фосфатного покрытия по сравнению со смазочным материалом без присадки.

Установлена аналитическая зависимость, характеризующая изменение износа фосфатного покрытия, обусловленное введением присадки, при заданных значениях нагрузки и температуры, которая позволяет проводить выбор концентрации присадки. Коэффициенты, входящие в выражение определяются опытным путем на основании лабораторного полнофакторного эксперимента.

2. Установлены зависимости, позволяющие определить технологические параметры режима фосфатирования деталей подшипниковых узлов в растворе

суперфосфата двойного. Разработан технологический процесс фосфатирования подшипников РИ945712К1 и оборудование для его реализации.

3. Наилучшую совокупность трибологических характеристик для подшипниковых узлов ходовой части трактора Т-4А позволяет получить применение фосфатирования рабочих поверхностей и введение в смазочный материал присадки Феном в концентрации 5 мл/л в период приработки и 20 мл/л при дальнейшей эксплуатации.

Фосфатирование и введение в смазочный материал подшипниковых узлов присадки Феном в концентрации 5 мл/л на этапе приработки приводит к сокращению времени приработки, снижению износа наружных колец подшипников и износа деталей уплотнений на 29 %, 27 % и 23...28 %. При этом шероховатость рабочих поверхностей колец фосфатированных подшипников, приработанных на смазочной композиции на 1.. .2 класса выше, а микротвердость рабочих поверхностей роликов на 5,1% выше, чем у не фосфатированных подшипников приработанных на масле без присадки.

Введение в смазочный материал присадки Феном в концентрации 20 мл/л на этапе нормальной работы обеспечивает снижение износа деталей подшипниковых узлов в 1,3....2 раза при загрязнении смазочного материала абразивом.

4. Разработаны практические рекомендации по применению комплексного способа повышения износостойкости подшипниковых узлов фосфатированием и введением присадки. В результате эксплуатационных исследований подшипниковых узлов ходовой части тракторов Т-4А установлено, что комплексное применение фосфатирования и введение в смазочный материал присадки Феном в концентрациях 5 мл/л на этапе приработки и 20 мл/л на этапе нормальной работы обеспечивает увеличение износостойкости деталей подшипниковых узлов в 1,43 раза, что позволяет получить среднегодовой экономический эффект 1740 рублей на один трактор.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК• 1. Галенко И.Ю. Влияние современных присадок к маслам на износ узлов трения / И.Ю. Галенко, С.Н. Жильцов // Ремонт, восстановление, модернизация. -2003.-№ 1.-С. 25-27.

Публикации в других изданиях

1. Галенко И.Ю. Критерий оценки эффективности смазочных композиций для подшипников качения. // Актуальные агроинженерные проблемы в АПК: Сб. науч. трудов Поволжской межвузовской конференции. - Самара, 2001. - С.23-25.

2. Разработка и внедрение оптимальных топливо-смазочных композиций, обеспечивающих повышение долговечности точных сопряжений при ремонте и эксплуатации сельскохозяйственной техники: отчет о НИР Самарской ГСХА (промежуточ.) / рук. Ленивцев Г.А.; исполн.: Галенко И.Ю. [и др.].- Самара, 2001. - 110 с. - № ГР 01.980001759. - Инв. № 02.20.0300329.

3 Галенко И.Ю. Обоснование условий моделирования трибологических процессов в подшипниковых узлах тракторных ходовых систем / И.Ю. Галенко,

В.Ф. Глазков // Совершенствование машиноиснользования и технологических процессов в АПК: Сб. науч. трудов Поволжской межвузовской конференции. -Самара, 2002.-С.14-17.

4. Галенко И.Ю. Результаты экспериментальных исследований смазочных композиций для подшипников качения тракторных ходовых систем // Совершенствование машиноиспользования и технологических процессов в АПК: Сб. науч. трудов Поволжской межвузовской конференции. - Самара, 2002.-С.91-96.

5. Галенко И.Ю. Способ повышения сохраняемости и долговечности подшипников качения // Современные технологии, средства механизации и техническое обслуживание в АПК: Сб. науч. трудов Поволжской межвузовской конференции. - Самара, 2003. - С. 125-126.

6. Повышение эксплуатационной надежности тракторных ходовых систем и агрегатов трансмиссий: Отчет о НИР Самарской ГСХА (промежуточ.) / рук. Мясников Б.Н.; исполн.: Галенко И.Ю. [и др.].- Самара, 2003. - 57 с. - № ГР 01.980001759.

7. Галенко И.Ю., Журавель Л.В. Результаты исследований образцов, работавших в режиме трения качения, методом рентгеноструктурного анализа / И.Ю. Галенко, Л.В. Журавель // Актуальные инженерные проблемы в АПК в XXI веке: Сб. науч. трудов инженерной секции Международной научно-практической конференции. - Самара, 2004. - С.55-60.

8. Галенко И.Ю. К обоснованию технологии применения ресурсоповышающих присадок к смазке подшипников качения с фосфатированными рабочими поверхностями / И.Ю. Галенко, Г.А. Ленивцев // Роль науки в развитии АПК: Сб. науч. трудов ПГСХА. - Пенза, 2005. - С.82-83.

9. Галенко И.Ю. Методика и результаты многофакторного эксперимента по подбору оптимальной концентрации присадки «Феном» при наличии на поверхности фосфатного покрытия // Роль науки в развитии АПК: Сб. науч. трудов ПГСХА - Пенза, 2005. - С.77-82.

10. Галенко И.Ю. Методика и результаты многофакторного эксперимента по подбору оптимальной концентрации присадки с ПАВ (на примере кондиционера металла Феном) при наличии на поверхности фосфатного покрытия // Актуальные проблемы сельскохозяйственной науки и образования: Сб. науч. трудов II Международной научно-практической конференции. -Самара, 2005. - С.20-24.

И. Галенко И.Ю. Результаты сравнительных приработочных испытаний подшипников опорных катков трактора Т-4А на стенде / И.Ю. Галенко, Г.А. Ленивцев // Известия Самарской ГСХА. - Самара, 2006. - №3. - С.27-30.

Подписано в печать 13.02 07 г. Объём 1,0 п.л Тираж 100 экз. Отпечатано с готового оригинал-макета в мини-типографии ЧП Поповой М.Г. г. Пенза, ул. Московская, 74, к. 304. Тел. (841-2) 56-25-09

ВВЕДЕНИЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 АНАЛИЗ УСЛОВИЙ РАБОТЫ И ПРИЧИН ОТКАЗОВ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ ТРАНСМИССИЙ И х о д о в о й ЧАСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТРАКТОРОВ

1.2 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ

1.3 МОДИФИЦИРОВАНИЕ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ. ПРИМЕНЕНИЕ ФОСФАТИРОВАНИЯ А ПРИМЕНЕНИЕ ПРИСАДОК К СМАЗОЧНОМУ МАТЕРИАЛУ

1.5 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ ПОДШИППИКОВЫХ ИЗНОСО20 Ю УЗЛОВ ФОСФАТИРОВАНИЕМ РАБОЧИХ НОВЕРХНОСТЕЙ И ВВЕДЕНИЕМ ИРИСАДКИ СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ ФОСФАТИРОВАНИЕМ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ВВЕДЕНИЕМ ПРИСАДКИ

2.2 АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ ФОСФАТНОГО ПОКРЫТИЯ

2.3 СХЕМЫ ДЕЙСТВИЯ ФОСФАТНОГО ПОКРЫТИЯ ПРИ ТРЕНИИ

2.4 ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФОСФАТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ПРИРАБОТКИ

2.5 МЕТОД ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ПРИСАДКИ ПРИ НАЛИЧИИ НА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЯХ ФОСФАТНОГО ПОКРЫТИЯ

ВЫВОДЫ НРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 ПРОГРАММА ИССЛЕДОВАНИЙ

3.2 МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ И СВОЙСТВ ФОСФАТНОГО ПОКРЫТИЯ

3.2.1 Объект и средства для проведения исследований

3.2.2 Методика сравнительной оценки способов получения фосфатного покрытия и определения технологических параметров режима фосфатирования

3.3 МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОБРАЗЦОВ НА РОЛИКОВОЙ МАШИНЕ ТРЕНИЯ

3.3.1 Объект и средства для проведения исследований

3.3.2 Методика сравнительной оценки смазочных композиций с присадками

3.3.3 Методика оценки зависимости износа фосфатного покрытия от температуры, нагрузки и концентрации присадки

3.3.4 Методика исследований процесса приработки образцов с фосфатным покрытием

3.4 МЕТОДИКА РЕНТГЕНОСТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИРАБОТАННЫХ ОБРАЗЦОВ

3.5 МЕТОДИКА СТЕНДОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.5.1 Объект и средства для проведения исследований

3.5.2 Стендовые исследования в режиме приработки

3.5.3 Стендовые износные исследования

3.6 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЖЕЛЕЗА В СМАЗОЧНОМ МАТЕРИАЛЕ

3.7 МЕТОДИКА РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ НАГРУЗОЧНО-СКОРОСТНЫХ РЕЖИМОВ ПРИ ИМИТАЦИИ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛАХ ХОДОВОЙ ЧАСТИ ГУСЕНИЧНЫХ ТРАКТОРОВ

3.8 МЕТОДИКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.8.1 Общая методика эксплуатационных исследований

3.8.2 Методика отбора проб смазочного материала

3.9 МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПОГРЕШНОСТЕЙ ВЕЛИЧИН ИЗМЕРЕНИЯ

ВЫВОДЫ -76 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАН ИЙ

4.1 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА И ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА ФОРМИРОВАНИЯ ФОСФАТНОГО ПОКРЫТИЯ

4.2 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА СМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ С ПРИСАДКАМИ

4.3 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ, НАГРУЗКИ И КОНЦЕНТРАЦИИ ПРИСАДКИ НА ИЗНОС ФОСФАТНОГО ПОКРЫТИЯ

4.4 ОЦЕНКА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА ПРИРАБОТКИ ОБРАЗЦОВ

4.5 РЕЗУЛЬТАТЫ РЕНТГЕНОСТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА ОБРАЗЦОВ

4.6 РЕЗУЛЬТАТЫ СТЕНДОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В РЕЖИМЕ ПРИРАБОТКИ

4.7 РЕЗУЛЬТАТЫ СТЕНДОВЫХ ИЗНОСНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.8 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ВЫВОДЫ ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

5.1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ФОСФАТИРОВАНИЯ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ ХОДОВОЙ ЧАСТИ ТРАКТОРА Т-4А

5.2 РЕЖИМЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ ОПОРНЫХ КАТКОВ ТРАКТОРА Т-4А

5.3 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФОСФАТИРОВАНИЯ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ ОПОРНЫХ КАТКОВ ТРАКТОРА Т-4А И ПРИМЕНЕНИЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ СМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ С ПРИСАДКОЙ «ФЕНОМ»

ВЫВОДЫ ОБЩИЕ

ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Развитие современной техники характеризуется повышенными требованиями к качеству машин, неразрывно связанному с долговечностью их трущихся сопряжений. Актуальной является задача совершенствования существующих технологий ремонта и технического обслуживания на базе последних разработок в области триботехнологий, позволяющих в значигельной мере повышать надежность узлов и агрегатов машин за счет управления процессами в зоне трения. К основным сопряжениям, лимитирующим надежность трансмиссии, ходовой системы и трактора в целом, относятся подшипники качения. При выходе из строя одного из подшипников неизбежны преждевременный ремонт и простои трактора, что ведет к значительным экономическим потерям. По данным большинства исследований ресурс подшипников качения с -х. тракторов значительно ниже нормативного. Это объясняется тяжелыми условиями работы подшипников: загрязнение смазочного материала абразивом, действие значительных нагрузок и динамический характер их приложения [1] и др., а также недостаточной оснащенностью ремонтных предприятий необходимым оборудованием, специальными приборами, квалифицированными кадрами. Низок уровень технического обслуживания подщипниковых узлов в эксплуатации, что вызывает необходимость частых ремонтов В связи с перечисленными причинами и сложностями экономического характера на современном этапе возникает необходимость изыскания наиболее экономичных и эффективных способов повыщения износостойкости подшипниковых узлов тракторов. В большинстве с.-х. предприятий РФ применяются гусеничные тракторы различных тяговых классов. Одним из наиболее распространенных тракторов сельскохозяйственного назначения в хозяйствах Самарской области является гусеничный трактор Т-4А тягового класса 40 кН, выпускаемый Алтайским тракторным заводом По данным департамента технической политики Самарской области общее количество тракторов Т-4А в области на 1.11.06 составило 1836 единиц, что составляет 51% от общего количества гусеничных тракторов сх. назначения и 21% от общего числа сельскохозяйственных тракторов области [115, 90]. Трактор Т-4А предназначен для выполнения пахоты, посева, куль- тивации и других сельскохозяйственных работ. По данным исследований надежности тракторов Т-4А, работающих в условиях рядовой эксплуатации [2], наибольшее число отказов 28% приходится на ходовую систему. Массовой повторностью отказов в ходовой системе является течь масла из опорных катков, что при несвоевременном доливе масла, в свою очередь, приводит к ухудшению условий смазывания и повышенному износу подшипниковых узлов. По данным [3] средняя наработка трансмиссии и ходовой части трактора Т4А до поступления в первый капитальный ремонт составила 4750 мото-ч. Результаты исследований свидетельствуют о том, что увеличение скорости изнашивания в условиях реальной эксплуатации более заметно проявилось для шестерен трансмиссии, подшипников опорных катков и их уплотнений. При капитальном ремонте замене на новые подлежат все подшипники опорных катков. В последующей эксплуатации при проведении текущих ремонтов ходовой части тракторов более 70% подшипников опорных катков имеют радиальный зазор выше допустимых значений и подлежат выбраковке. В связи с этим задача повышения износостойкости подшипниковых узлов опорных катков трактора Т-4А является актуальной. В опорных катках трактора Т-4А применяют роликовые подшипники РИ 954712, смазывание осуществляют картерным способом трансмиссионным маслом ТМ-3-18 (ГОСТ 17479.2-85). В подобных условиях работают подшипники агрегатов трансмиссий большинства тракторов. Опорные катки аналогичной конструкции применяются на трелевочных тракторах и машинах Алтайского тракторного завода, а также на промышленных тракторах Челябинского и Чебоксарского тракторных заводов. Таким образом, разрабатываемые методы по повышению износостойкости подшипниковых узлов ходовой части трактора Т4А в перспективе могут быть применены для различных подшипниковых узлов (опор качения) сельскохозяйственных и промышленных тракторов, смазываемых жидким трансмиссионным маслом. Одним из путей повышения износостойкости подшипниковых узлов является воздействие на параметры смазки путем ввода в смазочный материал современных ресурсоповышающих присадок в определенной концентрации Правильный выбор присадок в необходимом научно обоснованном количестве позволяет обеспечить высокую износостойкость узлов трения в период эксплуатации. Снизить напряженность приработки и обеспечить повышение износостойкости рабочих поверхностей можно специальной обработкой, направленной на создание на рабочих поверхностях модифицированного (измененного) слоя с улучшенными антифрикционными свойствами. Имеется положительный опыт применения подобных покрытий в различных узлах трения. В связи с этим актуальным является поиск путей повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части тракгора за счет комплексного применения модифицирования рабочих поверхностей и присадок к смазочному материалу Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (Самарская ГСХА) на 2005...2010 гг. и темой «Разработка и внедрение методов совершенствования режимов смазки и рационального использования масел в смазочных и гидравлических системах сельскохозяйственной техники» ГР 01980001759).Цель исследования повышение износостойкости подшипниковых узлов ходовой части трактора тягового класса 40 кН модифицированием рабочих поверхностей и введением присадки в смазочный материал. Объект исследования процессы трения и изнашивания в подшипниковых узлах ходовой части трактора Т-4А, рабочие поверхности которых модифицированы (изменены) фосфатированием, а в смазочный материал (трансмиссионное масло) введена присадка, содержащая поверхностно-активные веш,ества (ПАВ). Предмет исследования взаимосвязь трибологических параметров, определяющих условия работы и состояние рабочих поверхностей подшипников качения ходовой части тракторов, которые влияют на качество приработки и определяют последующую долговечность подщипникового узла Научная новизна заключается в предложенном комплексном способе повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части тракторов фосфатированием рабочих поверхностей и введением присадки в смазочный материал на этапе приработки и нормальной работы; методе выбора оптимальной концентрации присадки при наличии на рабочих поверхностях фосфатного покрытия; экспериментальной оценке влияния фосфатирования и введения присадки в смазочный материал на этапе приработки и нормальной работы на трибологические параметры подшипниковых узлов ходовой части тракторов. Достоверность результатов работы подтверждается сравнительными исследованиями приработки образцов на машине трения, а также подшипниковых узлов на стенде, имитирующими эксплуатационные условия работы; применением современных технических средств измерения и методов обработки экспериментальных данных на ПЭВМ с использованием прикладных программ Microsoft Excel, Statistica V.5.5.A и MathCAD 2001. Практическая ценность работы. Разработан комплексный способ, предусматривающий фосфатирование рабочих поверхностей и введение присадки Феном в определенных концентрациях в смазочный материал на этапе приработки и нормальной работы, что позволяет повысить износостойкость и, как следствие, долговечность деталей подшипниковых узлов ходовой части трактора. Реализация результатов исследоваиий. Результаты исследований по повышению износостойкости подшипниковых узлов фосфатированием их рабочих поверхностей и введением в смазочный материал присадки Феном приняты к внедрению в ОАО «Похвистневская сельхозтехника» Самарской области при капитальном ремонте ходовой части тракторов Т-4А. Аиробация работы. Результаты исследований доложены и одобрены на научно-технических конференциях Самарской ГСХА (2001 ..2006 гг), Московского ГАУ им В.П. Горячкина (2003 г.) и Пензенской ГСХА (2005 г.). Публикации результатов исследоваиий. Основные положения диссертации опубликованы в 12 научных работах, в том числе 1 статья в изданиях перечня ВАК Минобразования РФ, и 1 депонированный отчет о НР1Р Самарской ГСХА с номером государственной регистрации 02.200300329. Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 153 страницах, состоит из пяти

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Предложен способ повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части тракторов фосфатированием рабочих поверхностей и введением в смазочный материал присадки в определенных концентрациях на этапах приработки и нормальной работы.

Для узлов трения с фосфатным покрытием рациональной концентрацией присадки в смазочном материале следует считать концентрацию, при которой достигается максимальное значение износостойкости сформированных в процессе приработки рабочих поверхностей, что согласно выполненному анализу может быть обеспечено при снижении скорости изнашивания фосфатного покрытия в начальной стадии процесса приработки.

Предлагаемый метод выбора рациональной концентрации присадки заключается в определении концентрации присадки, которая обеспечивает, для заданных условий трения, наибольшее снижение скорости изнашивания фосфатного покрытия по сравнению со смазочным материалом без присадки.

Установлена аналитическая зависимость, характеризующая изменение износа фосфатного покрытия обусловленное введением присадки при заданных значениях нагрузки и температуры, которая позволяет проводить выбор концентрации присадки. Коэффициенты, входящие в выражение определяются опытным путем на основании лабораторного полнофакторного эксперимента.

2. Установлены зависимости, позволяющие определить технологические параметры режима фосфатирования деталей подшипниковых узлов в водном растворе суперфосфата двойного. Разработан технологический процесс фосфатирования подшипников РИ945712К1 и оборудование для его реализации.

3. Наилучшую совокупность трибологических характеристик для подшипниковых узлов ходовой части трактора Т-4А позволяет получить применение фосфатирования рабочих поверхностей и введение в смазочный материал присадки Феном в концентрации 5 мл/л в период приработки и 20 мл/л при дальнейшей эксплуатации.

Фосфатирование и введение в смазочный материал подшипниковых узлов присадки Феном в концентрации 5 мл/л на этапе приработки приводит к сокращению времени приработки, снижению износа наружных колец подшипников и износа деталей уплотнений на 29%, 27 % и 23.28 %. При этом шероховатость рабочих поверхностей колец фосфатированных подшипников, приработанных на смазочной композиции на 1.2 класса выше, а микротвердость рабочих поверхностей роликов на 5,1% выше, чем у не фосфатированных подшипников, приработанных на масле без присадки.

Введение в смазочный материал присадки Феном в концентрации 20 мл/л на этапе нормальной работы обеспечивает снижение износа деталей подшипниковых узлов в 1,3.2 раза при загрязнении смазочного материала абразивом.

4. Разработаны практические рекомендации по применению комплексного способа повышения износостойкости подшипниковых узлов фосфатированием и введением присадки. В результате эксплуатационных исследований подшипниковых узлов ходовой части тракторов Т-4А установлено, что комплексное применение фосфатирования и введение в смазочный материал присадки Феном в концентрациях 5 мл/л на этапе приработки и 20 мл/л на этапе нормальной работы обеспечивает увеличение износостойкости деталей подшипниковых узлов в 1,43 раза, что позволяет получить среднегодовой экономический эффект 1740 рублей на один трактор.

168

1. Моисеев А А, Гальперин Г.Л. Тракторные подшипники качения. - М.: Колос, 1979.- 112 с.

2. Анализ технического состояния основных деталей трансмиссии и ходовых систем тракторов Т-4А, поступающих в первый капитальный ремонт: отчет о НИР (окончательн.) / Куйбышевский СХИ; рук. Ленивцев Г.А.; исполн.: Климанов A.B. и др.. Кинель, 1984. - 155 с.

3. Малкин B.C. Теоретическое исследование процесса газообмена трансмиссий трактора /B.C. Малкин, В.В. Матвеев // Исследования режимов смазки трансмиссий сельскохозяйственных тракторов: сб. научн. трудов. Куйбышев, СХИ, 1971. - С. 18-26.

4. Волков Д П., Николаев С.Н. Надежность строительных машин и оборудования. М.: Высшая школа, 1979. - 400 с.

5. Городецкий М.И. Исследование герметизации тракторных трансмиссий с целью повышения их надежности: автореф. дис. .канд. техн. наук. M, 1978 -27 с.

6. Скундин Г.И. Механические трансмиссии колесных и гусеничных тракторов М.: Машиностроение, 1969. - 343 с.

7. Скундин Г.И. Влияние запыленности смазки на срок службы подшипников качения в трансмиссии тракторов / Г.И. Скундин, М.С. Беркович // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1970. - №10. - с. 17-19.

8. Матвеев В.В. Повышение долговечности и эффективности работы трансмиссий сельскохозяйственных тракторов на основе улучшения эксплуатационных режимов смазки: автореф. дисс. . д-ра техн. наук. Ленинград-Пушкин, 1973. 34 с.

9. Матвеев В.В. Влияние фракционного состава абразива на износ деталей силовых передач / В.В. Матвеев, Глазков В.Ф. // Улучшение режимов смазки тракторных трансмиссий: сб. научн. трудов. Куйбышев, 1972 -С. 16-21.

10. Костецкий Б.И Анализ причин повреждаемости подшипников качения тракторов Труды ГОСНИТИ, т. 23, М, 1970. С. 22-23.

11. Гаркунов Д Н. Триботехника (конструирование, изготовление и эксплуатация машин). Учебник. 5-е изд, перераб. и доп. - М.: Издательство МСХА, 2002.-632 с.

12. Матвеев В.В Эволюция систем смазки агрегатов сельскохозяйственных тракторов и пути их совершенствования // Известия Куйбышевского СХИ. Т.27. Вып.З. Куйбышев, 1970.

13. Ленивцев Г.А. Исследование некоторых эксплуатационных показателей работы тракторных трансмиссий при разных способах смазки: Дис. канд. техн. наук. Куйбышев, 1972. - 160 с.

14. Матвеев В.В. Повышение долговечности и эффективности работы трансмиссий сельскохозяйственных тракторов на основе улучшения эксплуатационных режимов смазки: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Ленинград-Пушкин, 1973. - 34с.

15. Рациональные методы использования масел в сельскохозяйственной технике / Г.А. Ленивцев, В.Ф. Глазков, С.Г. Бухвалов, В.Р. Поздняков // Учебное пособие.: Главк с.х. вузов. Самарский СХИ. Самара, 1991. -120 с

16. Валеев Р М. Износостойкие покрытия для уплотнений ходовой части трактора / P.M. Валеев, A.B. Гоц, В.Г. Студенков // Тракторы и сельхозмашины 1978.-№9.-С. 31-34.г

17. Вайнштейн Д.И. Оптимизация параметров качества контактных колец торцовых уплотнителей ходовой системы гусеничных тракторов / Д.И. Вайнштейн, В.П. Шевчук, Л.М. Каменский и др. // Тракторы и сельхозмашины. 1984.-№ 11.-С. 14-15.

18. Садовников А Н Совершенствование процесса доводки шариков // Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин В 2 т. Т. 2: сб. науч. трудов СГТУ. М.: Машиностроение, 2003. - С 498

19. Завьялов Ю.П. Исследование эксплуатационных режимов работы подшипников ходовой части гусеничных тракторов (класса 3 т): Автореф. дис. канд техн. наук. Челябинск, 1967. - 26 с.

20. Бухвалов С.Г. Разработка режимов обслуживания смазочных систем трансмиссии и ходовой части гусеничного трактора по потребности: Дис. канд. техн. наук: 05.20.03. Куйбышев, 1989. - 182 с.

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

22. Надежность и ремонт машин / В.В Курчаткин, Н.Ф. Тельнов, К.А. Ач-касов и др , Под ред В.В. Курчаткина. М.: Колос, 2000. - 776 с.

23. Артемьев Ю Н Качество ремонта и надежность машин в сельском хозяйстве. М. Колос, 1981. - 239 с.

24. О.В. Холодилов. Диагностика изнашивания подвижных сопряжений / В кн.: Трибология. Исследования и приложения: опыт США и стран СНГ / Под ред В.А Белого, К. Лудемы, Н.К. Мышкина. М.: Машиностроение; Нью-Йорк: Аллертон пресс, 1993. - С. 413-423.

25. Стрельцов В.В и др. Ресурсосберегающая ускоренная обкатка отремонтированных двигателей. М.: Колос, 1995. 175 с.

26. Шаронов Г П. Применение присадок к маслам для ускорения приработки двигателей. М. - Л ' Химия. 1965. - 164 с.

27. Трибология: Исследования и приложения: опыт США и стран СНГ / Под ред В.А. Белого, К. Лудемы, Н.К. Мышкина. М: Машиностроение; Нью-Йорк: Аллертон пресс, 1993. - 454 с.

28. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность): Учебник. 4-е изд, перераб и доп. - М.: Издательство МСХА, 2001. - 616 с.

29. Финишная антифрикционная безабразивная обработка (ФАБО) деталей / Карпенков В.Ф., Стрельцов В.В., И.Л. Приходько и др. Пущино, 1996.- 106 с

30. Трение, изнашивание и смазка: Справочник: в 2 т / Под ред. И.В. Кра-гельского М.: Машиностроение, 1978.

31. А с. 1196552 СССР, МКП ¥ 16 С 33/66, С 23 С17/00. Способ обработки подшипников качения перед эксплуатацией / В.М. Кремешный, С.П. Андронов, В.В Астахов // Обзорная информация. ЛатНИИНТИ. 1987. - 35 с.

32. Использование нефтепродуктов, технических жидкостей и ремонтных материалов при эксплуатации мобильных машин: Учебное пособие / А.П. Уханов, Ю В Гуськов, И.И. Артемов, A.B. Климанов Самара: СГСХА, 2002.-292 с.

33. Лапатухин B.C. Фосфатирование металлов. Исследования процессов холодного и ускоренного фосфатирования. М.: Машгиз, 1958. - 264 с.

34. Хаин И. И. Теория и практика фосфатирования металлов. JI.: «Химия», Ленинградское отделение, 1973. - 310 с.

35. Грилихес С. Я. Тихонов К.И. Электролитические и химические покрытия: теория и практика / С. Я. Грилихес, К.И. Тихонов. Л.: «Химия», Ленинградское отделение, 1990. - 288 с.

36. Грилихес С. Я. Оксидные и фосфатные покрытия металлов / Под ред П.М Вячеславова. Л : Машиностроение, Ленинградское отд-е, 1985. -96 с.

37. Каданер Л И. Защитные пленки на металлах. Харьков: Изд-во Харьковского ун-та, 1956.

38. P.C. Коротков. Антифрикционные качества фосфатных покрытий трущихся стальных поверхностей // Автомобильная и тракторная промышленность. 1953. -№1. -С.17.

39. Защита от коррозии. Сборник. М.: «Издательство стандартов», 1988. -343 с.

40. I.W. Midgley, J. Iron Steel Inst., 185, №2,215 (1957).

41. Д.В Плетнев, В.H. Брусенцова, Основы технологии износостойких и антифрикционных покрытий, Изд. «Машиностроение», 1968, стр. 273.

42. Deutsche Agrartechnik, 5, №12, 501 (1955).

43. Р. Usbeck, Fertigungstechnik u. Betried, №6,353 (1965).

44. Bethge, Metallurgia (Berlin), 5, №5,161 (1965).

45. S. Spring, L К Schuster, Iron a. Steel Ind., 29, №5, 64 (1952).

46. I.A. Edwards, Sheet Metal Ind., 32, 831/860 (1955).

47. L.O. Gilbert, I. Doss, W.D. McHenry, Metal Finishing, 56, 56 (1955).

48. W. Overath, Stahl u. Eisen, 68, № 13/14,231 (1948).

49. W Sellin, Mitt. Forschungsgemeinsen. Blechverarbeitung, №4 (1953).

50. H. Bauder, Stahl u Eisen, 71, № 10, 500 (1951).

51. И Б. Гурвич, Автомобильн. пром., №7, 31 (1961).

52. A.A. Новик, Вести, машиностр., №7 (1956).

53. А Г. Шницер, Г.А Луконина, Технол. машиностр , №7, 59 (1962).

54. Н С Залогин, Повышение износостойкости и срока службы машин, т.2, Изд АН УССР, Киев, 1960, с. 244.

55. Б.П. Артемьев, Машиностроитель, № 4, 27 (1965).

56. N. Strasser, Wire Ind, № 6, 7 (1952).

57. Александров В А Повышение долговечности автотракторных дизелей применением присадки к моторному маслу на основе наночастиц цветных металлов1 Автореф дис. канд техн наук. 05.20.03. Саратов, 2005.-23с.

58. Сафонов В В. Повышение долговечности ресурсоопределяющих агрегатов мобильной сельскохозяйственной техники путем применения металлсодержащих смазочных композиций: Автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.20.03. Саратов, 1999. - 36с.

59. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов. -М . Машиностоение, 1977. 526 с.

60. Итинская Н И. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости. -М.: Колос, 1974.-352 с.

61. Справочник по горючесмазочным материалам в судовой технике / Е.И. Гулин, Д П Якубо, В.А. Сомов, И.М. Чечот. Л.: Судостроение, 1987. -224 с

62. Виноградова ИЭ. Противоизносные присадки к маслам. М.: Химия, 1972.-272 с

63. Итинская Н И Справочник по топливу, маслам и техническим жидкостям / Н.И. Итинская, H.A. Кузнецов. М.: Колос, 1982. - 208 с.

64. Балабанов В.И. Безразборное восстановление трущихся соединений. -М.: МГАУ им. В П. Горячкина, 1999.

65. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения Учебник для вузов / И.И. Беркович, Д.Г. Громаковский; Под ред. Д.Г. Гро-маковского; Самар гос. техн. ун-т. Самара, 2000. - 268 с.

66. Щербаков Д. А Повышение долговечности мобильной сельскохозяйственной техники применением магнитных металлоплакирующих добавок в пластичные смазки: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.20.03; 05.20.01 Саратов, 2004. - 23 с.

67. Ветров В П. Повышение долговечности дизелей введением противоиз-носных присадок в моторное масло в послеремонтный период (на примере двигателя Д-240): Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.20.03. М.,2004. 23 с

68. Бухвалов С.Г. Режим обслуживания смазочных систем ходовой части трактора Т-4А // Актуальные инженерные проблемы в АПК в XXI веке: сб. науч трудов Международной научно-практической конференции. -Самара, 2004 С.60-62.

69. Гаркунов Д Н. Вопросы и ответы // Эффект безызносности и триботех-нологии. 1992. - № 2. - С.59-61.

70. Костецкий Б.И. Механо-химические процессы при граничном трении / Б И. Костецкий, M Э Натансон, Л. И. Бершадский. М.: Наука, 1972. -169с

71. Бейзельман Р Д Подшипники качения: Справочник / Р.Д. Бейзельман, Б.В Цыпкин, Л Я Перель. М.: Машиностроение, 1975. - 572 с.

72. Спришевский А И. Подшипники качения. М.: Машиностроение, 1968. - 632 с.

73. Трактор Т-4А. Техническое описание и инструкция по эксплуатации / Под. ред M Е. Минченко. Барнаул, 1983. - 323 с.

74. Тракт op Т-4 (конструкция, уход и эксплуатация) / H.A. Толчинский, А.Т. Болгов, Б В. Кругов и др. М.: Машиностроение, 1969. - 319 с.

75. Шасси трактора Т-4 А Технические требования на капитальный ремонт. -М: ГОСНИТИ, 1982.

76. Альбом технологических карт на разборку, сборку и регулировку механизмов трактора Т-4 (часть 2). М.: ГОСНИТИ, 1970.

77. Разумов И Н. Справочный материал к методическим указаниям по дисциплине «Эксплуатация машинно-тракторного парка». Куйбышев: Куйбышевское полиграфическое объединение, 1987.

78. Адлер ЮП. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1971.-260 с.

79. Завадский Ю В Статистическая обработка эксперимента.- М.: Высшая школа, 1976 -270 с

80. Полканов И.П. Методические указания по оценке результатов исследований Ульяновск, 1973 -23 с.

81. Ю4.Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос, 1973. - 199 с.

82. Кирьянов Д.В. Самоучитель MathCAD 2001. СПб.: БВХ-Петербург, 2001 -544 с

83. Боровиков В. STATISTIC А. Искусство анализа данных на компьютере: Для профессионалов. 2-е изд. СПб.: Питер, 2003. - 688 с.