автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение ресурса подшипников опорных катков гусеничных тракторов совершенствованием смазочной системы

На правах рукописи

Бухвалов Артем Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ПОДШИПНИКОВ ОПОРНЫХ

КАТКОВ ГУСЕНИЧНЫХ ТРАКТОРОВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ СМАЗОЧНОЙ СИСТЕМЫ

Специальность 05.20.03 — технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

I.

к

Пенза - 2014

005545711

005545711

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА»)

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Володько Олег Станиславович

Официальные оппоненты: Гамаюнов Павел Петрович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова», профессор кафедры «Процессы и сельскохозяйственные машины в АПК»

Гуськов Юрий Викторович, кандидат технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», профессор кафедры «Тракторы, автомобили и теплоэнергетика»

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Самарский ГТУ»

Защита состоится 18. 04. 2014 г. в 10— часов на заседании диссертационного совета Д 220.053.02 при ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» по адресу: 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30, ауд. 1246.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» и на сайте http://ppsha.penza.net/.

Автореферат разослан «17» февраля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Кухарев О.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одними из основных ресурсоопределяющих деталей, ограничивающих долговечность опорных катков гусеничных тракторов и других узлов с.-х. техники, являются подшипники качения. Отказ одного из подшипников ходовой системы приводит к перегрузке других элементов, преждевременному ремонту, простою трактора и значительным экономическим потерям.

Ресурс большинства подшипников с.-х. техники ниже нормативных значений и во многом зависит от совершенства смазочной системы. К причинам потери работоспособности подшипников опорных катков гусеничных тракторов можно отнести «жесткие» эксплуатационные условия работы подшипникового узла, загрязнение смазочного материала твердыми абразивными частицами, несвоевременное проведение технического обслуживания, низкое качество монтажа и регулировки подшипников, применение несоответствующего смазочного материала. Ввиду высокой запыленности воздуха при выполнении с.-х. операций (до 1 г/м3) и неудовлетворительной герметичности опорных катков основным фактором, лимитирующим ресурс подшипников качения и торцевых уплотнений, выступает скорость абразивного изнашивания.

Смазочный материал является полноправным элементом любой трибо-логической системы, от свойств которого во многом зависят процессы трения и изнашивания сопряжений узла. В связи с этим важную роль в повышении надежности подшипников качения с.-х. техники играет совершенствование смазочных систем, разработка новых видов смазочных материалов и способа их подвода в зону трения. Практический интерес представляют смазочные материалы, содержащие в своем составе поверхностно-активные вещества, которые повышают уровень насыщения контакта поверхностей трения и обладают высокими противоизносными и антифрикционными свойствами.

В связи с этим актуальными являются исследования, направленные на повышение ресурса подшипников опорных катков гусеничных тракторов совершенствованием смазочной системы за счет применения рапсово-минеральной смазочной композиции и улучшения режима смазывания.

Степень разработанности темы. Оценка ресурса подшипников опорных катков гусеничных тракторов является многофакторной задачей, учитывающей условия работы подшипников качения, режим смазывания, тип и свойства смазочного материала и т. д. В настоящее время известны результаты исследований по совершенствованию режимов смазывания подшипников качения, модификации смазочных материалов, снижению абразивного изнашивания поверхностей трения.

Однако недостаточно исследованным для условий работы подшипников опорных катков гусеничных тракторов является влияние на ресурс подшипников таких факторов, как режим смазывания и использование пластичной смазочной композиции на основе растительного масла с целью повышения герметичности катков и снижения скорости абразивного изнашивания. Поэтому возникает необходимость дальнейшего теоретического и конструк-

торского обоснования рационального состава пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции, режима смазывания с циркуляционной подачей смазки в зону трения подшипников и методики оценки их ресурса.

Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА» на 2006...2010 г.г., тема «Разработка и внедрение технологии рационального использования минеральных и альтернативных топливо-смазочных материалов и методов улучшения трибологических параметров сельскохозяйственной техники» (ГР №01.200511089) и на 2011 ...2015 г.г., тема «Обоснование рациональных методов формирования и нанотех-нологического насыщения поверхностей трения деталей с.-х. техники в условиях минеральной и альтернативной смазочной среды» (ГР №01.201062609).

Цель исследований. Повышение ресурса подшипников опорных катков гусеничных тракторов совершенствованием смазочной системы за счет применения рапсово-минеральной смазочной композиции и улучшения режима смазывания.

Задачи исследований:

1. Теоретически обосновать методику оценки ресурса подшипников качения тракторных ходовых систем с учетом трибологических параметров смазочного материала в условиях абразивного изнашивания.

2. Аналитически оценить методы улучшения режимов смазывания подшипников опорных катков гусеничных тракторов и обосновать конструктивные параметры устройства для подачи пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции в зону трения.

3. Обосновать рациональный состав пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции и экспериментально оценить ее влияние на триболо-гические показатели подшипникового узла опорных катков гусеничных тракторов в условиях циркуляционного режима смазывания.

4. Разработать рекомендации по улучшению смазочной системы опорных катков тракторных ходовых систем и оценить экономическую эффективность результатов исследований.

Объект исследований. Изнашивание роликовых подшипников опорных катков гусеничных тракторов при использовании альтернативной пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции в режиме циркуляционного смазывания.

Предмет исследований. Показатели изнашивания роликовых подшипников опорных катков гусеничных тракторов и взаимосвязь трибологических параметров, влияющих на ресурс подшипникового узла.

Научную новизну работы составляют:

- показатель, оценивающий влияние трибологических свойств смазочного материала на ресурс подшипников опорных катков гусеничных тракторов в условиях абразивного изнашивания;

- рациональный состав пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции для подшипников опорных катков гусеничных тракторов;

- конструкция устройства для обеспечения циркуляционной подачи пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции в зону трения подшипников качения опорных катков и теоретический метод расчета его оптимальных конструктивных параметров.

Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение №2441796 «Опорный каток для гусеничных машин».

Теоретическая и практическая значимость работы. Использование пластичной смазочной композиции на рапсово-минеральной основе совместно с шнеково-винтовым устройством для обеспечения циркуляционного режима смазывания способствует снижению износа подшипников качения опорных катков и повышению ресурса узла на 45% по сравнению с базовой смазочной системой и не оказывает негативного влияния на окружающую среду. Рациональным составом дисперсионной среды рапсово-минеральной смазочной композиции, обладающей высокими трибологическими свойствами в режиме граничного трения, является рапсовое масло (84,17%) с добавлением 4,5% присадки Т-43 и 3,33% присадки А-22, а также 8% «Литол-24» в качестве вязкостной добавки. Для получения пластичной смазочной композиции данную смесь необходимо загустить стеаратом лития в соотношении 9:1 по массе.

Разработанное шнеково-винтовое устройство, установленное на ось опорного катка, реализует циркуляционный режим смазывания подшипникового узла, обеспечивает обновление смазочной композиции в зоне трения, позволяет увеличить периодичность технического обслуживания опорных катков и может быть использовано в аналогичных подшипниковых узлах трения.

Реализация результатов исследований. Опытно-конструкторские образцы усовершенствованных опорных катков гусеничных тракторов ДТ-75М с установленным устройством для циркуляционной подачи пластичной смазочной композиции экспериментально оценивались в условиях учебного парка Самарской ГСХА и прошли производственную проверку в сельскохозяйственном предприятии ЗАО «Северный ключ» Самарской области.

Методология и методы исследований. Теоретические исследования' параметров рационального режима смазывания ресурсоопределяющих элементов опорных катков и обоснование конструктивных параметров устройства для циркуляционной подачи смазки к подшипникам выполнены с применением основных положений, законов и методов трибологии, математического анализа и моделирования.

Экспериментальные исследования выполнены с использованием стандартных и разработанных частных методик исследований. За метод исследований принят метод сравнительных исследований опорных катков гусеничных тракторов в стандартном исполнении и с усовершенствованной смазочной системой подшипников опорных катков. Обработка экспериментальных данных выполнялась на ЭВМ с применением прикладных программ Statistica 10.0, Mathcad 14, Microsoft Excel и др.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

- теоретическое обоснование влияния трибологических свойств смазочного материала на скорость абразивного изнашивания подшипников качения;

- рациональный состав пластичной смазочной композиции на рапсово-минеральной основе, обеспечивающей снижение скорости изнашивания подшипников опорных катков;

- устройство для реализации циркуляционного режима смазывания подшипниковых узлов пластичным смазочным материалом и метод расчета его оптимальных конструктивных параметров;

- рекомендации по улучшению смазочной системы подшипникового узла опорных катков и организации их технического обслуживания.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов подтверждается сравнительными стендовыми и эксплуатационными исследованиями опорных катков гусеничных тракторов ДТ-75М.

Основные положения диссертации и результаты исследований доложены и одобрены на межвузовских, региональных, всероссийских и международных научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА (2009...2013 г.г.), ФГБОУ ВПО «СамГТУ» (2011 г.), ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» (2012 г.), ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2013 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 11 научных работ, в том числе 3 статьи в изданиях по «Перечню...ВАК при Минобрнау-ки РФ». Получен патент РФ на изобретение №2441796. Без соавторов опубликовано 3 статьи. Общий объем публикаций 2,69 п.л., из них автору принадлежит 1,93 п.л.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 197 е., состоит из пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 171 наименования и приложения на 32 е., содержит 20 табл. и 46 рис.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, поставлены цель и задачи исследований, сформулированы научные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса и задачи исследований» проведен анализ условий работы ходовых систем гусеничных тракторов и основных видов изнашивания деталей опорных катков, выполнен аналитический обзор современных направлений по повышению долговечности подшипниковых узлов и рассмотрена возможность использования рапсового масла в качестве основы пластичной смазочной композиции.

Вопросам надежности подшипниковых узлов, улучшения режима трения и применения альтернативных смазочных материалов на основе растительных масел посвящены работы Галенко И.Ю., Гальперина Г.Л., Гана К.Г., Гамаюнова П.П., Гаркунова Д.Н., Гуськова Ю.В., Зазули А.Н., Коднира Д.С., Костецкого Б.И., Крагельского И.В., Краснощекова Н.В., Ленивцева Г.А.,

Матвеева В.В., Моисеева А.А. , Розенберга Ю.А. , Савинова Г.П., Скунди-на Г.И., Фукса Г.И. и других исследователей.

В результате анализа научной литературы выявлена основная причина выхода из строя подшипников, как ресурсоопределяющих деталей опорных катков, заключающаяся в интенсивном абразивном изнашивании вследствие неудовлетворительной герметичности узла. Обзор исследований показывает, что перспективными методами повышения ресурса подшипников опорных катков гусеничных тракторов являются применение современных пластичных смазочных материалов, обладающих высокими трибологическими свойствами и повышающих герметичность сборочной единицы, и улучшение режима смазывания.

Анализ работ, посвященных применению растительных масел в технических целях, показал, что для использования рапсового масла в качестве основы смазочной композиции для агрегатов ходовой системы требуется улучшение его трибологических свойств путем легирования присадками и добавками.

На основании анализа научной и патентной информации сформулированы цель и задачи исследований.

Во втором разделе «Теоретическое обоснование повышения ресурса опорных катков» рассмотрена взаимосвязь параметров трибосистемы опорных катков гусеничных тракторов при использовании альтернативного смазочного материала, разработана методика ресурсной оценки подшипников качения в условиях абразивного изнашивания, а также предложено шнеково-винтовое устройство для обеспечения циркуляционного режима смазывания подшипников опорных катков и обоснован метод расчета его конструктивных параметров.

В результате анализа трибологической системы установлено, что оптимизацию выходных параметров с целью повышения ресурса подшипников опорных катков гусеничных тракторов рационально вести по следующим показателям :

- подбор оптимального состава смазочной композиции Сек;

- улучшение качества смазочной композиции Кск;

- повышение герметичности узла Г;

- оптимизация режима смазывания Рс.

Для обоснования эффективного направления повышения ресурса подшипников опорных катков была проведена оценка режима трения с учетом уровня эксплуатационных нагрузок для широкого диапазона вязкости смазочного материала (рис. 1). За оценочный показатель режима трения принят параметр Я, определяемый по зависимости, предложенной Д.С. Кодниром:

; - Г ОД 25 .,1.3/.. №75 „0,6 ,0-0,15

0 - ' ' О)

V а I

где С„ - конструктивный коэффициент; и Ка2 - среднеквадратическое отклонение шероховатости контактирующих поверхностей, м; <!„ - средний диаметр подшипника, м; ца - динамическая вязкость смазки, Па с; п - частота

вращения внутреннего кольца подшипника, мин" ; а - пьезокоэффициент вязкости смазочного материала, Па"1; ()ст - эквивалентная статическая нагрузка на подшипник, Н.

Экспериментальными исследованиями установлено соответствие значений параметрах режимам трения в подшипнике: Д>3 - режим жидкостного трения; 1<Х<3 - режим смешанного полужидкостного трения; Х<1 - режим граничного трения.

Оценочный расчет параметра режима трения для подшипников опорных катков (№ 7906М) трактора ДТ-75М показал, что значение а не превышает единицы, что свидетельствует о работе подшипника в режиме граничного трения. Это обусловлено нагрузоч-но-скоростным фактором, при котором высокая нагрузка и малая частота вращения внутреннего кольца подшипника не позволяют возникнуть эффекту «масляного клина», надежно разделяющего поверхности трения. В данных условиях контактного взаимодейст-

вуй»

Рисунок 1 — Оценка режима трения в подшипниках опорных катков: А - зона граничного трения; Б — зона смешанного трения; С — зона жидкостного трения; 1 — зависимость параметра Я от вязкости смазочного материала и частоты вращения подшипника; 2 — плоскости, аналитически разделяющие режимы трения

вия поверхностей долговечность трущихся деталей зависит от трибологиче-ских свойств смазки и ее способности создавать на поверхностях трения граничные пленки.

Поскольку эксплуатация с.-х. техники происходит в условиях повышенной запыленности воздуха, немаловажную роль играет способность смазочного материала снижать скорость абразивного изнашивания. При наличии абразивных частиц в зазоре между трущимися поверхностями происходит внедрение частиц в поверхность трения и, в результате взаимного перемещения деталей, твердые края абразива срезают микрообъе-

//У-

К

Рисунок 2 - Схема внедрения абразивной частицы в поверхность трения

мы материала деталей (рис. 2). Массовый износ деталей подшипника в этом случае можно представить в виде:

I = 6 104 (2)

где /- износ деталей подшипника, г; N - число циклов нагружения в минуту; х - количество абразивных частиц, участвующих в износе за одно нагру-жение, шт; V - объем металла, удаляемый одной абразивной частицей, м3; р - плотность материала подшипника, кг/м3; / - время работы подшипника, ч.

Для описания модели абразивного изнашивания примем, что абразивные частицы имеют форму эллипсоида. В связи с высокой твердостью и малыми размерами абразивных частиц принимаем, что сжатия частицы в поперечной плоскости не происходит, т.е. й?;=£/2=2Л. Объем материала (V), удаляемого в результате перемещения частицы абразива (рис. 3), зависит от глубины внедрения частицы и длины ее перемещения:

(3)

р 1 /

. /1 г —'——"—~~,

п

3 2 -1 = - -\f2h~R I,

где Н - глубина внедрения абразивной частицы в поверхность, м; Л - радиус абразивной частицы, м; /- длина перемещения абразивной частицы, м.

Из формулы (3) следует, что на износ подшипников опорных катков влияют количество и размер абразива, время работы узла, глубина внедрения абразивной частицы в поверхность, которая зависит Рисунок 3 - Схема расчета удаляемого объема от антифрикционных свойств материала абразивной частицей используемого смазочного ма-

териала. Показателем антифрикционных свойств служит коэффициент трения (/), который при пластическом контакте, имеющем место в подшипниках опорных катков, можно определить по формуле:

/ = 0,44-^/, (4) откуда /г = 5,165 ■ Я • /2. (5)

Снижение коэффициента трения за счет применения альтернативной смазочной композиции, обладающей высокими антифрикционными свойствами и содержащей в своем составе поверхностно-активные вещества, позволяет понизить скорость изнашивания и повысить ресурс подшипников опорных катков. В данном случае рационально использование рапсового масла в качестве основы для смазочной композиции, так как в его состав входит значительное количество олеиновых кислот, которые по своим свойствам являются поверхностно-активными веществами.

Изменение скорости изнашивания деталей за счет применения альтернативной пластичной рапсово-минеральной композиции можно охарактеризовать относительным показателем снижения скорости изнашивания (Кц):

(6)

^ о

где IIБ и I]о - скорость изнашивания сопряжений на минеральном масле и

на альтернативной смазочной композиции, соответственно, г/мото-ч.

Расчетный ресурс опорного катка с усовершенствованной смазочной системой при учете результатов трибологических сравнительных исследований подшипниковых узлов может быть определен по уравнению:

Тэо = {Тэ

■ т

1 п

j^r ^ 1прир Б прир О ^

и по,

(7)

где Тэв и Тэо - ресурс опорного катка при работе на минеральном масле и на альтернативной смазочной композиции, мото-ч; ТПб и Тпа - время приработки в базовом и опытном варианте, мото-ч; Inpups и 1„риро - износ после приработки в базовом и опытном варианте, г;

Одним из направлений повышения ресурса опорных катков является создание циркуляционного режима смазывания ресурсов преде ляю щи х деталей. Для решения данной задачи разработано и запатентовано шнеково-винтовое устройство (рис. 4) для циркуляционной подачи смазки в зону трения подшипников качения. Применение устройства способствует:

- обновлению смазки в зоне трения подшипников и торцевых уплотнений;

- равномерному распределению продуктов износа по всему объему смазки;

повышению периодичности технического обслуживания опорных катков за счет активного использования дополнительного объема смазочного материала.

Циркуляционная подача смазки осуществляется в осевом направлении и при этом протекает в двух потоках (рис. 5):

/ - прямой поток, возникающий в результате непосредственного воздействия винтовой поверхности на смазку;

II- обратный поток смазки от подшипников и уплотнений к центру резервуара, возникающий за счет перепада давления.

Рисунок 4 - Шнеково-винтовое устройство для обеспечения циркуляционного режима смазывания: 1 — обод опорного катка; 2 - ось катка; 3 — подшипник; 4 - осевой канал; 5 -радиальный канал; 6, 7 — левый и правый винты шнека; 8 — торцевое уплотнение; 9 — резервуар для пластичной смазки

Уравнение производительности прямой подачи (<2,, м3/с) учитывает геометрические параметры винта шнека и скорость трактора:

а =

K-tvmp ■ h - (Da —h) 2 г

(8)

где к,, - коэффициент скорости шнека; I - шаг винтовой поверхности, м; ьтр - скорость движения трактора, м/с; И - высота витка шнека, м; Ое - наружный диаметр винтовой поверхности, м; г - радиус обода катка, м.

Гидродинамическое давление смазки (Р2, Па) в зоне подшипника, создаваемое винтовой линией на длине I зависит от физических свойств смазки (// и г), геометрических размеров винтового устройства (г и £>„):

■ L tu

2 - л ■ (D - А) н---Jt1 +(л • D )

I

-V

я■•/!■(£),- Л)

+ T-L

2- л ■ (D, +

К h- (D -Л)

(9)

где ц - динамическая вязкость смазки, Па с; L ности, м; г - предел прочности смазки, Па.

- длина винтовой поверх-

С учетом неразрывности гидравлического потока условием для определения оптимальных размеров винтовой поверхности является равенство производительности прямой подачи и пропускной способности зазора, вмещаю-Рисунок 5 - Схема для расчета параметров шпеково- Щего обратный поток <32, винтового устройства: I - зона прямого потока; т.е. (2/—(2?■

II - зона обратного потока Производительность

обратного потока зависит от геометрических размеров винта и зазора, физических свойств смазки и давления смазки в зоне подшипника: „ п-82-Ш +5) , ч

в2=--Ц-ЧДР-5-2-т-1), (10)

о ■ /Л ■ Ь

где <5 - зазор между наружной поверхностью винта и корпусом, м.

Решения уравнений (8) и (10) прямой и обратной подачи при температурах смазки минус ЗО'С и плюс 50°С представлены в виде графиков (рис. 6).

Кривая пересечения поверхностей определяет все возможные варианты минимально допустимых значений Д„ и I, при которых обеспечивается баланс потоков Q, и Q,.

Тем не менее, при превышении производительности прямой подачи 2, над рассчитанной пропускной способностью зазора также будет обеспечиваться циркуляция смазки, но в более жестких условиях. При прохождении большего объема смазки через зазор произойдет увеличение скорости оттока, повышение потерь на гидравлическое трение, что повлечет за собой увеличение механического воздействия на смазку и возрастание температуры.

Рисунок 6 - Зависимость производительности шнеково-виитового устройства Ql и

пропускной способности зазора ()2 от параметров винта при температуре смазки: а) минус 30 "С; б) плюс 50 °С

На основе расчета с учетом технологической возможности изготовления и установки шнеково-винтового устройства на ось опорного катка трактора ДТ-75М были приняты следующие параметры: наружный диаметр шнека 0е=0,093 м, шаг винта ¡=0,013 м.

В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены общая программа и частные методики экспериментальных исследований с описанием оборудования и аппаратуры для исследований.

Программа исследований включала:

- лабораторные исследования трибологических свойств рапсового масла на машинах трения с целью подбора рационального состава смазочной композиции;

- ускоренные стендовые исследования опорных катков для сравнительной оценки скорости изнашивания подшипниковых узлов при использовании минерального масла и разработанной пластичной смазочной композиции;

- эксплуатационные износные исследования опорных катков для практической оценки эффективности разработанной пластичной смазочной композиции и способа ее подачи в зону трения подшипников.

Лабораторные исследования трибологических свойств разрабатываемой смазочной композиции на рапсово-минеральной основе проводились на четырехшариковой машине трения типа МАСТ-1 и на роликовой машине трения 2070 СМТ-1 по схеме «ролик-ролик». При исследовании на шариковой машине трения противоизносные свойства оценивались по диаметру пятна износа образцов, при исследовании на роликовой машине трения контролировались массовый износ образцов, момент трения, температура в контакте и время до предзадирного состояния роликов. Основные эксперименты проводились по плану З2 методики полного факторного эксперимента.

Сравнительные стендовые исследования опорных катков проводились на специально сконструированном стенде (рис. 7). Нагрузка и частота вращения для проведения исследований выбирались исходя из анализа реакций, возни-

кающих в опорных катках при различных режимах эксплуатации.

Одновременно ис-

С. следовались два опорных

' # ~ катка трактора ДТ-75М.

| ^ ^ Первый каток заправлялся

ния подшипников внутри опытного катка было установлено разработанное шнеково-винтовое устройство для подачи смазки (рис. 8, а). В базовом варианте, для равномерного распределения абразива в масляной ванне, на ось катка были установлены две лопасти, постоянно перемешивающие масло (рис. 8, б).

Рисунок 7 - Стенд для сравнительных исследований опорных катков гусеничных тракторов

Рисунок Н - Ось опорных катков: а) с устройством для циркуляционной подачи смазки; б) с лопастями для перемешивания масла

Стендовые исследования проводились в два этапа. На первом этапе осуществлялась приработка деталей опорных катков в течении 50 часов на смазочных материалах без ввода абразива. Форсирование исследований на втором этапе (200 ч) проводилось за счет добавления через каждые 20 часов в смазочный материал абразива (0,25 %) с удельной поверхностью 5600 см2/г, близкой по дисперсному составу к почвенной пыли.

Износ роликовых конических подшипников определялся по методу искусственных баз согласно ГОСТ 27860-88. Износ деталей уплотнений определялся по изменению массы на аналитических лабораторных весах ВЛР-200г. В процессе исследований износ ресурсоопределяющих сопряжений опорных катков контролировали без разборки узла косвенным методом, определяя количество продуктов износа в пробах смазочного материала с помощью колориметра КФК-2МП. Отбор проб и добавление абразива осуще-

ствлялись через отверстия с резьбовыми пробками, выполненные в корпусах опорных катков.

Эксплуатационные исследования проводились в хозяйстве ЗАО «Северный ключ» Самарской области. Для исследований были подготовлены 4 трактора ДТ-75М. Исследования опорных катков гусеничных тракторов проводились для практической оценки эффективности разработанной рапсово-минеральной композиции совместно с устройством для ее подачи в зону трения подшипников. В базовом варианте катки заправлялись маслом ТЭп-15 (ТМ-2-18), в опытном — разработанной пластичной рапсово-минеральной композицией. На оси катков, смазывающихся по опытной схеме, были установлены шнеково-винтовые устройства для циркуляционной подачи смазки. Контроль содержания железа в смазочном материале проводили при наработке 125, 250, 500, 750 и 1000 мото-ч.

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

Исследования смазочной композиции на основе рапсового масла на че-тырехшариковой машине трения позволили определить рациональные значения концентраций присадок Т-43 и А-22, соответствующие минимальному износу образцов (рис. 9). Рациональные значения концентраций данных присадок для рапсового масла оказались несколько больше, чем рекомендуемые производителем значения для минеральных масел и составили 4,5% для присадки Т-43 и 3,33% для присадки А-22. Зависимость диаметра пятна износа от значений концентраций присадок описывается следующим уравнением:

йИ =0,3093-0,0239х, -0,0376*, + 0,0026х,х2 + 0,0017х,2 + 0,0039х2, (11) где £># - диаметр пятна износа, мм; х/ - концентрация присадки Т-43, %; Х2 — концентрация присадки А-22, %.

Сравнительная оценка показала, что добавление к рапсовому маслу присадок Т-43 и А-22 в указанных выше концентрациях позволяет снизить диаметр пятна износа в 1,48 раза по сравнению с минеральным маслом ТЭп-15 (ТМ-2-18) и в 1,6 раза по сравнению с чистым рапсовым маслом.

Результаты исследований на роликовой машине трения показали (рис. 10), что введение в смазочную композицию на основе рапсового масла и присадок Т-43 и А-22 смазки «Литол-24» в количестве 4% способствовало снижению износа роликов на 6%, а добавление 8% смазки «Литол-24» - на 15%. Обработка данных по методике полного факторного эксперимента позволила получить следующее уравнение регрессии:

и = 4,587 • 10~4 - 0,083 ■ 10~4х, -6,646 10"4х2 + 4,419 10"4х22, (12) где и - скорость изнашивания роликов, мм/ч; х1 -концентрация смазки «Литол-24», %; х?-концентрация абразива, %.

Снижение скорости изнашивания можно объяснить увеличением толщины смазочного слоя в контакте, вызванной повышением вязкости смазочной композиции. Таким образом, целесообразным является увеличение вязкости смазочной композиции путем добавления в ее состав 8% смазки «Литол-24».

Сравнительная оценка масел на роликовой машине трения показала, что для разрабатываемой смазочной композиции износ образцов ниже на 2,7% по сравнению с минеральным маслом ТЭп-15 (ТМ-2-18) и на 15,6% ниже по сравнению с чистым рапсовым маслом. Температура в контакте при этом снизилась на 8,3% по сравнению с образцами, работавшими на чистом рапсовом масле, и была на уровне минеральных масел. При исследованиях на машине трения также было установлено, что введение комплекса присадок и повышение вязкости способствуют снижению момента трения на 20% и повышению времени до предзадирного состояния на 58,7% по сравнению с чистым рапсовым маслом. По сравнению с товарным минеральным маслом ТЭп-15 (ТМ-2-18) момент трения снизился на 3%.

Рисунок 9 - Зависимость диаметра пятна Рисунок 10 - Зависимость скорости износа шариков (Dh,) от концентраций изнашивания образцов (U) от концентрации присадок абразива и загущающей добавки

На основании лабораторных исследований определен следующий состав дисперсионной фазы для приготовления смазочной композиции: рапсовое масло (84,17%); пакет присадок Т-43 (4,5%); многофункциональная присадка А-22 (3,33%); смазка «Литол-24» (8%). Вязкость полученной дисперсионной фазы составила 15,5Т0"6 м2/с при 100°С и 86,7Т0"6 м2/с при 40°С. Индекс вязкости данной смазочной композиции равен 190, что на 110 пунктов выше, чем у товарного минерального трансмиссионного масла ТЭп-15 (ТМ-2-18).

Подготовленная дисперсионная фаза загущалась стеаратом лития (10%). Полученная пластичная рапсово-минеральная композиция характеризуется следующими параметрами: пенетрация - 278 мм"1, температура капле-падения - 136°С, плотность - 909 кг/м3, диаметр пятна износа на четырехша-риковой машине трения - 0,21 мм.

Сравнительные стендовые исследования двух опорных катков гусеничного трактора позволили выявить влияние смазочного материала на скорость изнашивания подшипников опорных катков в условиях, имитирующих эксплуатационные режимы работы ходовой системы трактора.

На этапе обкатки накопление железа в смазочном материале наиболее интенсивно возрастало в начальный период исследований как в базовом, так и в опытном вариантах (рис. 11). Затем наблюдалось снижение интенсивно-

сти накопления железа и стабилизация скорости изнашивания деталей опорных катков, характеризующее окончание процесса приработки.

Динамика накопления железа в смазочном материале на начальном этапе исследований (0...40 ч) описывается аппроксимированными уравнениями третьего порядка:

- в базовом варианте:

С = 2,38 -1(Г6Г3 -29,136 10~Ч2 +1 1,656 10"3? + 35,443 -10"4; (13)

- в опытном варианте:

С = 2,04 • 10"V - 21,182 10"5г2 +8,932 • 10"^ + 12,121 • 10"4, (14) где С - концентрация железа в смазочном материале, %; / - время работы опорных катков, ч.

Анализ полученных зависимостей показал, что время приработки деталей опорных катков при смазывании опытной смазочной композицией снизилось на 9% по сравнению со временем приработки на минеральном масле (30 часов и 33 часа соответственно), а концентрация железа снизилась на 16,8%.

Динамику накопления железа в смазочном материале на втором этапе исследований (рис. 12) при установившейся скорости изнашивания (110...250 ч) можно аппрок-

- в базовом варианте:

С = 37,92 -10"4 ■? + 22,18 -10"2; (15)

- в опытном варианте:

С = 34,29 ■ 10~4 • г + 14,37 • 10~2. (16)

После добавления абразива наблюдается более интенсивное накопление железа, вызванное приработкой деталей в более «жестких» условиях трения. Стабилизация скорости изнашивания наступает при наработке 130 часов для базового варианта и при наработке 110 часов для опытного варианта, о чем свидетельствует линейная зависимость накопления железа в смазочном материале. Применение разработанной смазочной композиции в опорных катках в условиях абразивного изнашивания способствовало снижению концентрации железа в смазочном материале на 14,3% по сравнению с минеральным маслом ТЭп-15 (ТМ-2-18). Относительный показатель снижения скорости изнашивания (Кц) для установившейся скорости накопления продуктов износа в смазочном материале в условиях интенсивного поступления абразивных частиц составил 1,106.

с. % 0,25 т

0.2 О К

ом;

\r-0.98. 8г.0.97

А

"^Т^Г^ШЧ "=й 98

V /

.

О 1С 20 30 ЬО 50 60 Рисунок 11— Динамика накопления железа в

смазочном материале на этапе обкатки: 1 — базовый вариант; 2 — опытный вариант; г - коэффициент корреляции; Л" - величина достоверности аппроксимации

симировать следующими уравнениями:

I 12 Ю 0.8 06 О А 0.2

С. %

: г=0.97 й?=097

2

Г'ОМ Я =0.97

/. ч

Рисунок 12 -Динамика процесса накопления железа в смазочном материале опорных катков на этапе ускоренных износных исследований: 1 - базовый вариант: 2 - опытный вариант

Для оценки эффективности предлагаемого устройства, обеспечивающего циркуляционный режим смазывания, были одновременно отобраны четыре пробы из различных мест полости опытного опорного катка при наработке 110 часов. Значения измеренных параметров лежат в пределах погрешности колориметра (1%), что свидетельствует о равномерном распределении продуктов износа по всему объему смазочной компози-

ции вследствие создания циркуляционного режима смазывания.

В результате сравнительных стендовых исследований опорных катков за счет применения разработанной пластичной смазочной композиции и создания циркуляционного режима смазывания предлагаемым шнеково-винтовым устройством удалось снизить:

- содержание железа в смазочном материале на 14,3%;

- износ наружных колец подшипника на 23,3%;

- величину осевого зазора на 16%;

- массовый износ торцевых уплотнений опорного катка на 36%.

Результаты эксплуатационных исследований показывают (рис. 13), что

за счет применения альтернативной пластичной смазочной композиции и ее циркуляционной подачи в зону трения подшипников количество продуктов износа в смазочном материале снизилось на 28,1% . Относительный показатель снижения скорости изнашивания (Ки) для эксплуатационных условий С. % составил 1,33, что вы-

ше, чем показатель, полученный при износных стендовых исследованиях опорных катков. Это можно объяснить тем, что при проведении стендовых исследований в опорные катки добавлялось одинаковое количество абразива, а в условиях эксплуатации применение разработанной рапсово-м инераль ной композиции способствовало лучшей герме-

0.7

0.2

г=0Ж .

...... ;

$

X 2 1

//

/ 'я*

Рисунок 13 - Изменение содержания железа в минеральном масле (,кривая 1) и в разработанной смазочной композиции (кривая 2) в период эксплуатационных исследований

тизации узла. Катки, работающие по базовой схеме, обладали неудовлетворительной герметичностью, о чем свидетельствовало наличие утечек смазочного материала. Средняя скорость утечек за период наблюдения составила 0,4 г/мото-ч.

Полученные данные о динамике накопления железа в смазочном материале в условиях рядовой эксплуатации тракторов позволяют прогнозировать работу опорных катков с модернизированной смазочной системой при увеличении периодичности технического обслуживания до 3000 мото-ч.

В пятом разделе «Рекомендации по применению пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции и экономическая эффективность результатов исследований» содержится описание метода модернизации смазочной системы опорных катков, способ изготовления шнеково-винтового устройства для обеспечения циркуляционного режима смазывания и приготовления пластичной смазочной композиции на рапсово-минеральной основе, а также приведен расчет экономической эффективности от внедрения разработанных мероприятий.

Экономический эффект от улучшения режима смазывания опорных катков гусеничных тракторов и применения рапсово-минеральной композиции получен за счет снижения износа подшипников и повышения периодичности технического обслуживания данных узлов, экономии смазочного материала, а также за счет снижения уровня загрязнения почвы минеральными маслами. Годовой экономический эффект составляет 1656 рублей на один трактор.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Теоретически оценено влияние коэффициента трения и параметров абразивных частиц на износ подшипников качения опорных катков гусеничных тракторов в форме относительного показателя снижения скорости изнашивания. Конструктивные особенности и характерные нагрузочно-скоростные режимы эксплуатации с.-х. гусеничных тракторов ограничивают изменение параметра режима трения в пределах 0,004...0,94, что соответствует условиям граничного трения.

2. Аналитически обоснован метод улучшения процесса смазывания опорных катков гусеничных тракторов в условиях граничного трения путем использования рапсово-минеральной смазочной композиции с компонентами поверхностно-активных веществ и циркуляционной подачей ее в зону трения подшипников.

Разработано и запатентовано шнеково-винтовое устройство для обеспечения циркуляционного режима смазывания подшипников опорных катков, предложена методика расчета его конструктивных параметров (для опорных катков трактора ДТ-75М рациональная производительность прямого потока смазки составляет 9,38-10"6... 11,26-10"5 м3/с, наружный диаметр шнека 0,093 м при шаге винтовой линии 0,013 м).

3. Экспериментально установлен рациональный состав рапсово-минеральной смазочной композиции, включающий следующие компоненты:

рапсовое масло (84,17%), пакет присадок Т-43 (4,5%), многофункциональную присадку А-22 (3,33%), смазку «Литол-24» (8%), загущенные стеаратом лития в соотношении 9:1 по массе. В сравнении с минеральным трансмиссионным маслом ТЭп-15 (ТМ-2-18) разработанная пластичная рапсово-минеральная смазочная композиция обеспечивает снижение коэффициента трения (на 6,5%), улучшение противоизносных свойств (износ роликов уменьшился на 3%), а противозадирные характеристики соответствуют уровню минерального товарного трансмиссионного масла.

Сравнительными стендовыми и эксплуатационными исследованиями опорных катков подтверждена эффективность шнеково-винтового устройства, обеспечивающего циркуляционную подачу смазки в зоны трения. Применение пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции в условиях абразивного загрязнения при стендовых исследованиях обеспечивает снижение содержания железа в смазочном материале опорных катков на 14,3% по сравнению с минеральным трансмиссионным маслом (относительный показатель снижения скорости изнашивания составляет 1,106). В условиях рядовой эксплуатации сравнительными исследованиями установлено снижение содержания железа в смазочном материале на 28,1% (относительный показатель снижения скорости изнашивания равен 1,33), что позволяет прогнозировать повышение ресурса подшипников опорных катков в опытном варианте на 45% в сравнении с серийным вариантом.

4. Разработаны рекомендации по улучшению смазочной системы опорных катков гусеничных тракторов и формированию смазочной композиции в условиях организаций АПК. Динамика изменения осевого зазора в подшипниках и оценка их ресурса позволяют проводить замену смазочного материала и регулировку подшипников при наработке трактора 3000 мото-ч. Годовой экономический эффект при использовании предлагаемого метода совершенствования смазочной системы и разработанной смазочной композиции составляет 1656 рублей на один трактор.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Бухвалов, A.C. Теоретический анализ метода активации процесса смазывания в зоне трения подшипников качания [Текст] / A.C. Бухвалов // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - Самара, 2011. -№3. - С.90-93.

2. Бухвалов, A.C. Метод трибологической активизации пластичной смазки в опорных катках тракторов [Текст] / A.C. Бухвалов, Г.А. Ленивцев // Известия Самарского научного центра РАН. - Самара, 2011. - Т. 13, №4(3) -С.57-59.

3. Бухвалов A.C. Методическое обоснование исследований по повышению ресурса опорных катков гусеничных тракторов [Текст] / A.C. Бухвалов, Г.А. Ленивцев // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - Самара, 2012. - №3. - С.59-62.

Патент РФ на изобретение

4. Патент №2441796. РФ. Опорный каток для гусеничных машин [Текст] / Бухвалов A.C., Ленивцев Г.А., Володько О.С. [и др.] - №2010115505/11; заяв. 19.04.2010; опуб. 10.02.2012, Бюл.№4. - 4 с.

Публикации в других изданиях

5. Бухвалов, A.C. Обоснование структурно-логической взаимосвязи параметров трибосистемы тракторной ходовой части [Текст] / A.C. Бухвалов, Г.А. Ленивцев // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - Самара, 2009. - №3. - С.45-48.

6. Влияние присадки и модификации поверхности трения на надежность подшипниковых узлов тракторной ходовой части [Текст] : отчет о НИР (про-межуточ.) / ВНТИЦентр; исполн.: Володько О.С., Ленивцев Г.А., Галенко И.Ю., Бухвалов A.C. [и др.]. - М.: ВНИПИОАСУ, 2009. - 143 с. - № ГР 01.200511089. - Инв. № 02.201051713.

7. Бухвалов, A.C. Пути улучшения режимов смазывания ходовых систем тракторов [Текст] / A.C. Бухвалов, Г.А. Ленивцев // Аграрная наука - сельскому хозяйству, сборник трудов - Самара : РИЦ СГСХА, 2010. - С. 193-200.

8. Разработка и внедрение технологии рационального использования минеральных и альтернативных топливо-смазочных материалов и методов улучшения трибологических параметров с.-х. техники [Текст] : отчет о НИР (заключит.) / ВНТИЦентр; исполн.: Володько О.С., Ленивцев Г.А., Болдашеа Г.И., Бухвалов A.C. [и др.]. - М.: ВНИПИОАСУ, 2010. - 150 с. - № ГР 01.200511089. - Инв. № 02.201153084.

9. Бухвалов, A.C. Результаты трибологических испытаний рапсового масла на четырехшариковой машине [Текст] / A.C. Бухвалов // Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники: Материалы Международного научно-тенического семинара имени В.В. Михайлова. - Саратов : Издательство «КУБиК», 2012. - Вып. 25. - С.33-35.

10. Бухвалов A.C. Обоснование режимов испытания опорных катков гусеничных тракторов, с учетом реальных условий эксплуатации [Текст] / A.C. Бухвалов, О.С. Володько // Достижения науки агропромышленному комплексу, сборник научных трудов. - Самара: РИЦ СГСХА, 2013. -С.13-17.

11. Бухвалов A.C. Теоретическое обоснование конструктивных параметров устройства для циркуляционной подачи пластичного смазочного материала в опорных катках [Текст] / A.C. Бухвалов, О.С. Володько // Эксплуатация автотракторной техники: опыт, проблемы, инновации, перспективы: сборник статей Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2013. - С.25-31.

Подписано в печать 03.02.2014 г.

Объём 1,0 п.л. Тираж 100 экз.

Отпечатано с готового оригинал-макета в Редакционно-издательском центре Самарской ГСХА 446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная 2

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»

04201456962 На правах рукописи

Бухвалов Артем Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ПОДШИПНИКОВ ОПОРНЫХ

КАТКОВ ГУСЕНИЧНЫХ ТРАКТОРОВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ СМАЗОЧНОЙ СИСТЕМЫ

Специальность 05.20.03 - технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Володько О.С.

Пенза-2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.....................................................................................................................5

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ..........................11

1.1 УСЛОВИЯ РАБОТЫ И РЕСУРС ПОДШИПНИКОВ ХОДОВОЙ СИСТЕМЫ ГУСЕНИЧНЫХ ТРАКТОРОВ...................................11

1.2 ВИДЫ ИЗНАШИВАНИЯ И СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА ПОДШИШ-ШКОВЫХ УЗЛОВ.........................................................17

1.3 ПРИМЕНЕНИЕ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ТРАКТОРНЫХ ХОДОВЫХ СИСТЕМАХ.........................27

1.4 ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ В КАЧЕСТВЕ ОСНОВЫ ПЛАСТИЧНОЙ СМАЗОЧНОЙ

КОМПОЗИЦИИ.....................................................................................................32

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ................................................................36

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА ОПОРНЫХ КАТКОВ..................................................................................................39

2.1 АНАЛИЗ ТРИБОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОПОРНЫХ КАТКОВ ГУСЕНИЧНЫХ ТРАКТОРОВ............................................................39

2.2 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА НА РЕСУРС ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ ОПОРНЫХ КАТКОВ............................................................................................48

2.3 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЛАСТИЧНОЙ СМАЗОЧНОЙ КОМПОЗИЦИИ В ОПОРНЫХ КАТКАХ ТРАКТОРОВ.........................................................................................59

2.4 РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДАЧИ ПЛАСТИЧНОГО СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА В

ЗОНУ ТРЕНИЯ......................................................................................................62

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ......................................................................................74

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ......................................................................................................75

3.1 ПРОГРАММА И ОБЩАЯ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ..................75

3.2 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СМАЗОЧНОЙ КОМПОЗИЦИИ НА ЧЕТЫРЕХШАРИКОВОЙ МАШИНЕ ТРЕНИЯ................................................77

3.3 МЕТОДИКА ИЗНОСНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОБРАЗЦОВ НА РОЛИКОВОЙ МАШИНЕ ТРЕНИЯ....................................................................81

3.4 МЕТОДИКА СРАВНИТЕЛЬНЫХ СТЕНДОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОПОРНЫХ КАТКОВ..........................................................87

3.5 МЕТОДИКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОПОРНЫХ КАТКОВ ГУСЕНИЧНЫХ ТРАКТОРОВ......................................97

3.6 ОЦЕНКА КОРРЕЛЯЦИОННОЙ СВЯЗИ И ПОГРЕШНОСТИ

ИЗМЕРЕНИЙ.......................................................................................................101

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ....................................................................................102

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ.......................................................................................................................103

4.1 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОТИВОИЗНОСНЫХ СВОЙСТВ СМАЗОЧНОЙ КОМПОЗИЦИИ НА МАШИНЕ ТРЕНИЯ ТИПА МАСТ-1....................................................................................103

4.2 ОЦЕНКА ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СМАЗОЧНОЙ КОМПОЗИЦИИ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ОБРАЗЦОВ НА РОЛИКОВОЙ МАШИНЕ ТРЕНИЯ СМТ-1.....................................................108

4.3 ОЦЕНКА СВОЙСТВ ПЛАСТИЧНОЙ РАПСОВО-МИНЕРАЛЫ-ЮЙ СМАЗОЧНОЙ КОМПОЗИЦИИ ПО МЕТОДИКАМ ГОСТ..........................................................................................117

4.4 РЕЗУЛЬТАТЫ СТЕНДОВЫХ СРАВНИТЕЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОПОРНЫХ КАТКОВ НА АБРАЗИВНОЕ ИЗНАШИВАНИЕ................................................................................................119

4.5 АНАЛИЗ ИЗНАШИВАНИЯ РЕСУРСООПРЕДЕЛЯЮЩИХ ДЕТАЛЕЙ ОПОРНЫХ КАТКОВ В ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ

УСЛОВИЯХ.........................................................................................................130

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ....................................................................................134

5 РЕКОМЕНДАЦИИ ИО ПРИМЕНЕНИЮ ПЛАСТИЧНОЙ РАПСОВО-МИНЕРАЛЬНОЙ СМАЗОЧНОЙ КОМПОЗИЦИИ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ..............................137

5.1 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ ОПОРНЫХ КАТКОВ ГУСЕНИЧНОГО ТРАКТОРА С УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ СМАЗОЧНОЙ СИСТЕМОЙ........................137

5.2 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ..............................................................................................139

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ....................................................................................145

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ....................................................................................................146

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.............................................148

ПРИЛОЖЕНИЕ

165

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Одними из основных ресурсоопределяющих деталей, ограничивающих долговечность опорных катков гусеничных тракторов и других узлов с.-х. техники, являются подшипники качения. Отказ одного из подшипников ходовой системы приводит к перегрузке других элементов, преждевременному ремонту, простою трактора и значительным экономическим потерям.

Ресурс большинства подшипников с.-х. техники ниже нормативных значений и во многом зависит от совершенства смазочной системы. К причинам потери работоспособности подшипников опорных катков гусеничных тракторов можно отнести «жесткие» эксплуатационные условия работы подшипникового узла, загрязнение смазочного материала твердыми абразивными частицами, несвоевременное проведение технического обслуживания, низкое качество монтажа и регулировки подшипников, применение несоответствующего смазочного материала. Ввиду высокой запыленности воздуха при выполнении с.-х. операций (до 1

л

г/м ) и неудовлетворительной герметичности опорных катков основным фактором, лимитирующим ресурс подшипников качения и торцевых уплотнений, выступает скорость абразивного изнашивания.

Смазочный материал является полноправным элементом любой трибологи-ческой системы, от свойств которого во многом зависят процессы трения и изнашивания сопряжений узла. В связи с этим важную роль в повышении надежности подшипников качения с.-х. техники играет совершенствование смазочных систем, разработка новых видов смазочных материалов и способа их подвода в зону трения. Практический интерес представляют смазочные материалы, содержащие в своем составе поверхностно-активные вещества, которые повышают уровень насыщения контакта поверхностей трения и обладают высокими противоизносными и антифрикционными свойствами.

В связи с этим актуальными являются исследования, направленные на повышение ресурса подшипников опорных катков гусеничных тракторов совершенствованием смазочной системы за счет применения рапсово-минеральной смазочной композиции и улучшения режима смазывания.

Степень разработанности темы. Оценка ресурса подшипников опорных катков гусеничных тракторов является многофакторной задачей, учитывающей условия работы подшипников качения, режим смазывания, тип и свойства смазочного материала и т. д. В настоящее время известны результаты исследований по совершенствованию режимов смазывания подшипников качения, модификации смазочных материалов, снижению абразивного изнашивания поверхностей трения.

Однако недостаточно исследованным для условий работы подшипников опорных катков гусеничных тракторов является влияние на ресурс подшипников таких факторов, как режим смазывания и использование пластичной смазочной композиции на основе растительного масла с целыо повышения герметичности катков и снижения скорости абразивного изнашивания. Поэтому возникает необходимость дальнейшего теоретического и конструкторского обоснования рационального состава пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции, режима смазывания с циркуляционной подачей смазки в зону трения подшипников и методики оценки их ресурса.

Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА» на 2006...2010 г.г., тема «Разработка и внедрение технологии рационального использования минеральных и альтернативных топливо-смазочных материалов и методов улучшения трибологических параметров сельскохозяйственной техники» (ГР №01.200511089) и на 2011...2015 г.г., тема «Обоснование рациональных методов формирования и нанотехнологического насыщения поверхностей трения деталей с.-х. техники в условиях минеральной и альтернативной смазочной среды» (ГР №01.201062609).

Цель исследований. Повышение ресурса подшипников опорных катков гусеничных тракторов совершенствованием смазочной системы за счет применения рапсово-минеральной смазочной композиции и улучшения режима смазывания.

Задачи исследований:

1. Теоретически обосновать методику оценки ресурса подшипников качения тракторных ходовых систем с учетом трибологических параметров смазочно-

го материала в условиях абразивного изнашивания.

2. Аналитически оценить методы улучшения режимов смазывания подшипников опорных катков гусеничных тракторов и обосновать конструктивные параметры устройства для подачи пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции в зону трения.

3. Обосновать рациональный состав пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции и экспериментально оценить ее влияиие на трибологические показатели подшипникового узла опорных катков гусеничных тракторов в условиях циркуляционного режима смазывания.

4. Разработать рекомендации по улучшению смазочной системы опорных катков тракторных ходовых систем и оценить экономическую эффективность результатов исследований.

Объект исследований. Изнашивание роликовых подшипников опорных катков гусеничных тракторов при использовании альтернативной пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции в режиме циркуляционного смазывания.

Предмет исследований. Показатели изнашивания роликовых подшипников опорных катков гусеничных тракторов и взаимосвязь трибологических параметров, влияющих на ресурс подшипникового узла.

Научную новизну работы составляют:

- показатель, оценивающий влияние трибологических свойств смазочного материала на ресурс подшипников опорных катков гусеничных тракторов в условиях абразивного изнашивания;

- рациональный состав пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции для подшипников опорных катков гусеничных тракторов;

- конструкция устройства для обеспечения циркуляционной подачи пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции в зону трения подшипников качения опорных катков и теоретический метод расчета его оптимальных конструктивных параметров.

Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение №2441796 «Опорный каток для гусеничных машин».

Теоретическая и практическая значимость работы. Использование пластичной смазочной композиции па рапсово-минеральной основе совместно с шнеково-винтовым устройством для обеспечения циркуляционного режима смазывания способствует снижению износа подшипников качения опорных катков и повышению ресурса узла на 45% по сравнению с базовой смазочной системой и не оказывает негативного влияния на окружающую среду. Рациональным составом дисперсионной среды рапсово-минеральной смазочной композиции, обладающей высокими трибологическими свойствами в режиме граничного трения, является рапсовое масло (84,17%) с добавлением 4,5% присадки Т-43 и 3,33% присадки А-22, а также 8% «Литол-24» в качестве вязкостной добавки. Для получения пластичной смазочной композиции данную смесь необходимо загустить стеаратом лития в соотношении 9:1 по массе.

Разработанное шиеково-винговое устройство, установленное на ось опорного катка, реализует циркуляционный режим смазывания подшипникового узла, обеспечивает обновление смазочной композиции в зоне трения, позволяет увеличить периодичность технического обслуживания опорных катков и может быть использовано в аналогичных подшипниковых узлах трения.

Реализация результатов исследований. Опытно-конструкторские образцы усовершенствованных опорных катков гусеничных тракторов ДТ-75М с установленным устройством для циркуляционной подачи пластичной смазочной композиции экспериментально оценивались в условиях учебного парка Самарской ГСХА и прошли производственную проверку в сельскохозяйственном предприятии ЗАО «Северный ключ» Самарской области.

Методология и методы исследований. Теоретические исследования параметров рационального режима смазывания ресурсоопределяющих элементов опорных катков и обоснование конструктивных параметров устройства для циркуляционной подачи смазки к подшипникам выполнены с применением основных

положений, законов и методов трибологии, математического анализа и моделирования.

Экспериментальные исследования выполнены с использованием стандартных и разработанных частных методик исследований. За метод исследований принят метод сравнительных исследований опорных катков гусеничных тракторов в стандартном исполнении и с усовершенствованной смазочной системой подшипников опорных катков. Обработка экспериментальных данных выполнялась на ЭВМ с применением прикладных программ Statistica 10.0, Mathcad 14, Microsoft Excel и др.

Научные положения и результаты исследований, выносимые иа защиту:

- теоретическое обоснование влияния трибологических свойств смазочного материала на скорость абразивного изнашивания подшипников качения;

- рациональный состав пластичной смазочной композиции на рапсово-минеральной основе, обеспечивающей снижение скорости изнашивания подшипников опорных катков;

- устройство для реализации циркуляционного режима смазывания подшипниковых узлов пластичным смазочным материалом и метод расчета его оптимальных конструктивных параметров;

- рекомендации по улучшению смазочной системы подшипникового узла опорных катков и организации их технического обслуживания.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов подтверждается сравнительными стендовыми и эксплуатационными исследованиями опорных катков гусеничных тракторов ДТ-75М.

Основные положения диссертации и результаты исследований доложены и одобрены на межвузовских, региональных, всероссийских и международных научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА (2009...2013 г.г.), ФГБОУ ВПО «СамГТУ» (2011 г.), ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» (2012 г.), ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2013 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 11 научных работ, в том числе 3 статьи в изданиях по «Перечню...ВАК при Минобрнауки РФ». Получен патент РФ на изобретение №2441796. Без соавторов опубликовано 3 статьи. Общий объем публикаций 2,69 п.л., из них автору принадлежит 1,93 п.л.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 197 е., состоит из пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 171 наименования и приложения на 32 е., содержит 20 табл. и 45 рис.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 УСЛОВИЯ РАБОТЫ И РЕСУРС ПОДШИПНИКОВ ходовой СИСТЕМЫ ГУСЕНИЧНЫХ ТРАКТОРОВ

В настоящее время в нашей стране и за рубежом постепенно возрастает интерес к гусеничным тракторам в связи с ужесточающимися требованиями к сохранению плодородного слоя почвы, снижению уплотнения и разрушения ее структуры. Гусеничные тракторы обладают большой площадью контакта движителей с почвой, что позволяет развивать более высокую тяговую мощность по сравнению с колесными тракторами, а также проводить весенние и осенние полевые работы соответственно в более ранние и поздние сроки. Гусеничные тракторы представлены моделями как отечественного (Т-4А, Т-406, Т-5, Т-170, Т-250, ДТ-75М, ДТ-175М, ВТ-175, Т-70, АГРОМАШ 315 ТГ), так и зарубежного (ХТЗ-200, Т-150, Challenger МТ 800С, Case III, John Deere 903ОТ, Caterpillar D6, DeutzFahr Agroclimber) производства. Ходовые системы современных гусеничных тракторов оснащаются резинометаллическими гусеницами, за счет чего лучше гасятся колебания от неровностей почвы, повышается плавность хода и возрастают эксплуатационные скорости.

Особенностью эксплуатации тракторов в сельском хозяйстве является напряженная сезонная нагрузка, что накладывает высокие требования к надежности всех агрегатов и систем. Долговечность деталей ходовой системы гусеничного трактора зависит от качества обслуживания, условий работы, технических и конструктивных особенностей.

Анализ эксплуатации гусеничных тракторов тягового класса 3,0 показывает [129], что 3/4 загрузки техники приходится па весенне-летний и осенний периоды и только 1/4 часть работ выполняется в зимний период, а основной сельскохозяйственной операцией является вспашка (19,5%). Распределение отказов по системам трактора представлено в таблице 1.1. Проведенные исследования надежности тракторов позволяют выявить, что наибольшее количество отказов приходится на

двигатель и ходовую систему. Отказы ходовой системы происходят в основном из-за абразивного изнашивания деталей гусениц и ободьев опорных катков, а также из-за несовершенства конструкции уплотнений [129]. При этом средняя наработка на отказ подшипнико�