автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение ресурса подшипниковых узлов сельскохозяйственных машин применением геомодификатора ТСКВ-100

0030696Б1

____ На правах рукописи

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОМОДИФИКАТОРА ТСКВ-100

Специальность 05 20 03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург-Пушкин 2007

003069661

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор

Сковородин Василий Яковлевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Смирнов Василий Тимофеевич доктор технических наук, Мартынов Борис Григорьевич

Ведущая организация: ФГНУ Северо-Западный научно-

исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (СЗНИИМЭСХ)

Защита состоится « 22 » мая 2007 г в 13 час 30 мин на заседании диссертационного совета Д 220 060 06 при Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу 196601, г Санкт-Петербург-Пушкин, Петербургское шоссе, д 2, СПбГАУ, ауд 2 719

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан « ¿9» апреля 2007 года Размещен на сайте http //www spbgau spb ru

Ученый секретарь диссертационного совета \ *" Вагин Б И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Долговечность автотракторной и сельскохозяйственной техники в значительной степени определяется интенсивностью изнашивания отдельных ее деталей Опыт эксплуатации свидетельствует, что 80 - 90% деталей машин выходит из строя по причине износа Одним из элементов, снижающим показатели надежности машин, являются подшипники качения

Значительная часть всех работ, посвященных подшипникам качения, отводится вопросам трения В них рассматривается зависимость момента трения от конструктивных параметров подшипника, нагрузки, скорости вращения и др Считается, что от величины коэффициента трения зависит износ подшипника, однако, как показали, например, работы НАТИ, при эксплуатации в чистом масле износ подшипников практически отсутствует В действительности же в процессе эксплуатации в смазке накапливается большое количество механических примесей, приводящих к значительному износу подшипников

Одним из средств повышения долговечности подшипниковых узлов и управления процессами трения и изнашивания является применение специальных добавок в пластичную смазку В последние годы в области синтеза, применения и механизма действия добавок проведены обширные исследования, но, тем не менее, многие вопросы остаются невыясненными и спорными

В настоящее время отечественная и зарубежная промышленность выпускает широкий ассортимент смазочных материалов и добавок к ним, отвечающих высоким требованиям современной техники Исследования, выполненные в Санкт-петербургском государственном аграрном университете показали, что для повышения долговечности подшипников целесообразно применять геомодификатор ТСКВ-100, однако не исследовано его влияние на ресурс при работе в абразивной среде

Диссертация выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Санкт-Петербургского государственного аграрного университета по проблеме 9 «Создание и освоение прогрессивных технологий технического сервиса машин и оборудования»

Цель исследования. Повышение ресурса подшипников качения сельскохозяйственных машин за счет внесения в смазочный материал геомодификатора ТСКВ-100

Объект исследования. Узлы трения качения сельскохозяйственных машин

Методы исследования При теоретическом и экспериментальном исследованиях были использованы основные закономерности трения качения в высших парах, метод планирования эксперимента, методы математической статистики !

Научная новизна. Научную новизну представляют

- показатели надежности узлов сельскохозяйственной техники в условиях рядовой эксплуатации,

- модели изнашивания подшипников качения при смазке содержащей абразив и геомодификатор,

- данные по износостойкости подшипников качения при работе на пластичной смазке с геомодификатором ТСКВ-100 в присутствии абразива

Практическая значимость работы определяют рекомендации по применению геомодификатора ТСКВ-100 в пластичную смазку, позволяющих повысить ресурс подшипников качения, работающих в абразивной среде, на 30-40% и уменьшить коэффициент трения на 13 %

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований представлены, обсуждены и одобрены на ежегодных научных конференциях Санкт-Петербургского государственного аграрного университета в 2002-2007 г

Внедрение. Материалы исследований приняты для разработки новых составов композиций в НПФ «Трибо»

Результаты исследований используются в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного аграрного университета на кафедре надежности и технического сервиса машин

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 5 статьях Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, общих выводов и списка литературы из 95 наименований, включает 105 страниц, 6 таблиц и 28 рисунков

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» рассмотрены условия работы подшипников качения и виды их износа Установлено, что основной причиной преждевременного разрушения подшипников в сельскохозяйственных машинах является абразивный износ

Проведен обзор пластичных смазок применяемых для смазки подшипников качения, выявлены их недостатки Определена концепция использования отдельных добавок к пластичным смазкам

Анализ проведенных исследований показал, что несмотря на большое количество работ, посвященных долговечности подшипников качения, отдельные вопросы требуют дальнейших исследований В частности, недостаточно представлены исследования связанные с применением геомодификаторов в пластичные смазки при работе в условиях абразивного изнашивания На основании проведенного обзора

литературы и анализа научных исследований были определены следующие задачи исследований

1 Определить степень влияния подшипниковых узлов на надежность сельскохозяйственных машин в условиях рядовой эксплуатации

2 Теоретически обосновать возможность повышения ресурса подшипников качения, работающих в абразивной среде

3 Оценить влияние геомодификатора ТСКВ-100 на ресурс подшипников, работающих на пластичной смазке в условиях абразивного изнашивания

4 Разработать рекомендации по применению пластичных смазок с геомодификатором ТСКВ-100 в подшипниках качения сельскохозяйственных машин

Во второй главе «Расчетно-теоретический анализ эффективности применения геомодификатора ТСКВ-100 в пластичные смазки» проведено теоретическое обоснование возможности повышения ресурса подшипников качения с помощью геомодификатора ТСКВ-100 в условиях абразивного изнашивания

Вопросами исследования работоспособности подшипников качения занимались Г И Скундин, А Ю Скибневский, Г Я Ямпольский, И В Крагельский, ИН Богачев, Л Г Журавлев, ММ Тененбаум, ММ Хрущов, М А Бабичев, Б И Костецкий, Г В Виноградов, В Я Жарков, М М Кантор, В А Вишняков, И В Тартаковский, Ю А Тадольдер и др

Исследованиями установлено, что износ происходит в результате повторного пластического передеформирования объемов материала абразивными частицами При этом доказано, что для оценки скорости такого изнашивания достаточно представлять зерно абразива сферой с радиусом К

Общая формула скорости абразивного изнашивания (\У) согласно И В Крагельскому имеет вид

ГГ = пк(В)М, (1)

где п - среднее число абразивных частиц, участвующих в износе за одно нагружение,

/¡(Я)- линейный износ, производимый частицей среднего радиуса И и всеми ее осколками, образовавшимися в результате дробления, мм, N - число нагружений в минуту Линейный износ определяется из уравнения — К С/

4 ' (5' А) У '

где Кдр - коэффициент, показывающий, во сколько увеличивается износ от частицы к моменту ее дробления, если учитывать все образовавшиеся осколки,

в - объем материала, деформируемый частицей, м3, А - площадь пятна контакта, м ,

б - относительное удлинение материала при разрыве, %, I - коэффициент усталости материала при пластический деформации

При отсутствии микроскольжения, абразивные частицы, попадая в контакт перекатывающихся друг по другу поверхностей защемляются и, внедряясь в поверхности, изнашивают их Появление скольжения только повышает износ вследствие увеличения деформируемых объемов Износ при отсутствии скольжений можно назвать минимальным износом в данных условиях В этом случае, объем материала, деформируемый одной частицей, можно определить из условия равенства объему внедрившейся частицы зерна, представленного сферой с радиусом Л

С = (3)

где Ь - глубина внедрения частицы, мм

Максимальная глубина внедрения частицы до дробления, согласно Г Я Ямпольскому

1тж = 2-*-, (4)

ш" (2 Я) 4

где а - прочность абразивного зерна, Н/м2,

.2

Н - твердость материала, Н/м ело частиц среднего радиуса Б условии равновероятностного их распределения, будет равно

Число частиц среднего радиуса Я, содержащееся в 1 мм3 смазки, при

плу =1>2 Ю"3 (5)

К

где е - концентрация частиц в смазке, %

В процессе изнашивания абразивные частицы формируют на поверхностях трения шероховатость, высоту микронеровностей которой можно принять равной максимальной глубине внедрения частиц

а а я /-сч

Д.(2)=Т-Г— С6)

1 Инг)

В результате преобразований формула абразивного изнашивания примет вид

2 a' Re N

4(2) lU тт2 е,

Wun=0,4 Ю2

\

6 Я,

ад

Я,+Я2 Я, я2

Детали подшипников, применяемые в сельхозмашиностроении, изготавливают обычно из стали 1ИХ-15, которая имеет следующие характеристики №=600 Н/м2, 6=45 Н/м2 и 1=0,5 Поэтому зависимость скорости изнашивания от концентрации абразива и частоты вращения можно представить в виде

Ж = 0 8 102

Нъ 8' { 6 Я Число циклов нагружений в минуту определяем по формуле

z dn+DT Cosa

N. = п--2-т--, (7)

2 2 d К >

где z - число тел качения,

do - средний диаметр подшипника, м, D т - диаметр тел качения, м, а - угол контакта тел качения с дорожкой, град Проведенными ранее исследованиями было установлено, что при внесении геомодификаторов в смазочный материал твердость поверхности увеличивалась до 20 % Выполненный расчет по приведенным выше формулам показал, что скорость увеличения радиального зазора в подшипнике может быть снижена в 1,4 раза

В третьей главе «Исследование надежности сельскохозяйственной техники» были определены некоторые показатели надежности сельскохозяйственных машин Информация о надежности машин и их элементов была получена в результате наблюдений за работой машин в эксплуатации и анализа их технического состояния при проведении технического обслуживания и ремонта Наблюдения велись в течение трех лет с постоянным сбором сведений о наработке и затратах на устранение отказов

С целью выбора наименее долговечных деталей в конструкции сельскохозяйственных машин, определяющих основные затраты на устранение их отказов, отказавшие детали были разбиты на группы и проведен анализ затрат труда и денежных средств на устранение отказов Результаты исследований представлены на рисунке 1 и 2

звёздочки, шкивы уплотнения, шланги втулки корпуса рамы ножи

детали типа вал подшипники цепи, ремни

шлтшттт/шшттшштшя

20

30

40 50 час

Рис 1 Трудоемкость устранения отказов деталей разных групп

звездочки шкивы уплотнения, шланги втулки корпуса, рамы ножи

детали типа вал подшипники цепи, ремни

□

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

руб

Рис 2 Общие затраты денежных средств на устранение отказов разных групп деталей

В результате проведенного анализа было установлено, что наименее долговечными и оказывающими наибольшее влияние на показатели надежности сельскохозяйственных машин деталями являются подшипники качения

В четвертой главе «Методика проведения испытаний подшипников качения» изложена методика лабораторных и эксплуатационных испытаний подшипников качения

С целью оценки влияния концентрации абразива и геомодификатора ТСКВ-100 на величину радиального зазора был проведен двухфакторный эксперимент,

Объектом исследования был выбран шариковый радиальный однорядный подшипник № 180502 Лабораторные испытания проводили на стенде, схема которого представлена на рисунке 3 В его конструкции

была применена жидкостная система охлаждения испытуемых подшипников качения

Рис 3 Принципиальная схема стенда для испытания подшипников качения

1 - нагружающее устройство,

2 - система охлаждения подшипников,

3 - термопара,

4 - соединительная муфта,

5 - промежуточная опора,

6 - ременная передача,

7 - электродвигатель,

8 - аппаратура пуска и защиты

Одновременно испытывалось 4 подшипника В качестве базовой смазки использовалась пластичная смазка Литол-24 В качестве абразива применялась пыль по ГОСТу 8002-62 с удельной поверхностью в = 560±15 м2/кг

Массу абразива, ТСКВ-100 и смазки, необходимую для эксперимента, определяли на механических весах типа ВЛА - 200 - М ГОСТ 24104-2001 (погрешность измерения ±0,001 г)

С целью сокращения времени испытаний подшипников качения испытания проводились на форсированных нагрузочных и скоростных режимах Нагрузка Р на подшипник выбиралась из условия, что при частоте вращения внутреннего кольца п = 6000 мин'1 расчетная долговечность составит около 6 000 часов, что соответствует нормальному режиму работы по ГОСТу 18855-94 _1__С_

К (и А)0

где кб - динамический коэффициент, С - коэффициент работоспособности

При кд = 1,3 и С = 11300 (подшипник № 180502) (} = 2100 Н Испытания проводили при вращении внутреннего кольца подшипника В ходе испытаний контролировался радиальный зазор Температура наружной обоймы подшипника поддерживалась не выше 40°С Испытания проводили до достижения подшипником радиального зазора равного 0,2 мм, что по техническим требованиям на дефектацию

б = -7ГТ5»Г'

подшипника №180502 соответствует допустимому значению радиального зазора

Радиальный зазор определяли при помощи индикатора часового типа с ценой деления 0,01 мм

Основными целями эксплуатационных испытаний являлись выявление особенностей и преимуществ применения геомодификатора ТСКВ-100 при эксплуатации сельскохозяйственных машин по сравнению со смазкой без ТСКВ-100, установление возможности и целесообразности применения пластичной смазки с геомодификатором ТСКВ-100

Испытания проводились на сеялке СЗТ-3,6 Объектами испытаний являлись шариковые радиальные однорядные подшипники №180503 Для обеспечения одинаковых условий работы смазки с геомодификатором и без, заправка узлов трения проводилась следующим образом на одной полуоси смазкой с ТСКВ-100 смазывался левый подшипниковый узел (по ходу движения машины), а стандартной смазкой правый, а на другой полуоси наоборот В период эксплуатации испытуемые машины подвергались техническому обслуживанию в соответствии с инструкцией по эксплуатации завода-изготовителя Исключение составляли подшипниковые узлы, смазываемые смазкой с геомодификатором, у которых перед началом второго сезона работ проверялось только наличие смазки на поверхностях качения подшипников По окончании эксплуатационных испытаний подшипники были сняты с сеялки После этого тщательно промыты и осмотрены Затем были проведены замеры радиального зазора у каждого подшипника Измерения проводили на приборе КИ-1223, при этом использовался индикатор часового типа с ценой деления 1 мкм

С целью определения влияния геомодификатора ТСКВ-100 на коэффициент трения в подшипниках качения были проведены исследования по определению механических потерь в подшипниках Мощность расходуемая на трение в испытываемых подшипниках и на трение в приводе стенда была определена при помощи ваттметра Коэффициент трения определялся по формуле

Ю3 2 1,047 п Р d'

1 П/1 -7 „ D J ' (9)

где NTp - мощность расходуемая на трение в подшипнике, Вт, п - частота вращения, мин"1, Р - результирующая нагрузка на подшипник, Н, d - диаметр отверстия в подшипнике, м Обработка экспериментальных данных и определение функциональных зависимостей производилась на ПК с использованием математических программ Microsoft Office Excel 2003 и Statistica 6 0

В пятой главе «Результаты исследований и их анализ» изложены и проанализированы результаты проведенных исследований

В результате математический обработки результатов планирования эксперимента получена зависимость радиального зазора от концентрации абразива и ТСКВ-100 (рисунок 4)

022

0 20

016

£ 016 £

<± 0 M

S

Я 012

'S 1 010 •а

§ 0 08 £

§ 006 о.

004 0 02 0 00

00 05 10 1,5 20 25 30 35 40 Число ЦИКЛОВ, ( ПЮ'*)

Рис 4 Зависимость радиального зазора при различных концентрациях абразива и геомодификатора ТСКВ-100

Анализируя полученную зависимость можно сделать вывод, что при добавлении геомодификатора ТСКВ-100 в пластичную смазку с абразивом, увеличение радиального зазора происходит медленнее, чем при работе подшипника с такой же концентрацией абразива, но без ТСКВ-100

Полученные данные можно также представить трехмерной поверхностью, описываемой полиномом второго порядка

Функциональная зависимость радиального зазора (А) в подшипнике качения от концентрации абразива (х) и наработки (у) описывается уравнением

Л = 0,0198+ 0,0647 х-0,0002 у+ 0,0134 х2-0,0026 х у (10)

Функциональная зависимость радиального зазора (Л) в подшипнике качения от концентрации абразива (х) и ТСКВ-100 (у) описывается уравнением

Д = 0,0139+ 0,0282 х +0,0134 х2 +0,0089 х у+ 0,0003 у2 (11)

Поверхности, построенные по данным уравнениям, представлены на рисунке 5 и 6

Рис 5 Зависимость радиального зазора от концентрации абразива и наработки

Рис 6 Зависимость радиального зазора от концентрации ТСКВ-100 и абразива

Анализ полученных графиков показывает, что при добавлении ТСКВ-100 в смазку подшипника, работающего в абразивной среде, значения радиального зазора имеют тенденцию к уменьшению

Для составления полной картины влияния геомодификатора ТСКВ-100 на поверхности трения подшипников качения были проведены

испытания по определению механических потерь на прокручивание подшипников Результаты представлены на рисунке 7 и 8

12,0

11,6

11,2

1- 10,8

ш л 10,4

§ 10,0

X.

3 о 9,6

г

9,2

8,8

8,4

8,0

:__ О

° ------

Литол-24 ■--

^<Ч"Литол-24 + абразив

Литол-24 + ТСК * «-

% ^ Литол-24 _+ зОраэив + ТОК " "

— «_ __ ■ ■

ю

и

12

4 5 6 7 8 9

п, число циклов (1*1 СГ6) Рис 7. Зависимость механических потерь от наработки при работе с различными смазочными материалами 11,5

Литол-24

Литол-24 + абразив

2000 2500 3000 3500 4000 4500 нагрузка, Н

Рис 8 Зависимость механических потерь от нагрузки при работе с различными смазочными материалами

Анализ полученных зависимостей позволяет определить, что мощность механических потерь снижается с увеличением наработки как при добавлении геомодификатора ТСКВ-100 в чистую смазку Литол-24 так и в смазку с абразивом В это же время, при возрастании нагрузки, увеличение механических потерь в подшипниках при работе с ТСКВ-100 происходит более медленными темпами, чем при работе без добавления ТСКВ-100

Для определения рациональной концентрации геомодификатора ТСКВ-100 были проведены исследования по определению интенсивности износа шариков подшипников Результаты исследований представлены на рисунке 9

Рис 9 Интенсивность изнашивания шариков подшипника при различных концентрациях абразива и ТСКВ-100

Из представленного графика видно, что при концентрации ТСКВ-100 1,8—2,2% интенсивность изнашивания шариков является наименьшей независимо от концентрации абразива

На основании результатов лабораторных исследований проведена сравнительная оценка эффективности действия добавки ТСКВ-100 на ресурс подшипников На рисунке 10 представлена зависимость радиального зазора в подшипниках качения от наработки

П, ЧИСЛО ЦИКЛОВ ( П 10 б)

Рис 10 Зависимость радиального зазора в подшипниках качения от наработки при работе с различными смазочными материалами

Зависимость радиального зазора (Д) от наработки (и) аппроксимируется линейным уравнением вида: Л=А + В п. Коэффициенты А и В являются случайными числами.

Анализ полученных данных позволил определить теоретический закон распределения наработки подшипников до достижения ими предельного износа, а также построить кривые распределения ресурсов подшипников (рисунок 11 и 12).

1.Т5 2,01

ЧТКЯО (Л-10")

Рис. 11. Распределение ресурса подшипников качения при работе на смазке Литол-24.

Рис. 12, Распределение ресурса подшипников качения при работе на смазке Литол-24 с reo модификатор ом ТСКВ-ЮО.

В ходе экспериментальных исследований результаты стендовых испытаний подтвердили сделанные ранее выводы об эффективности гео модификатора ТСКВ-ЮО. Его применение позволило увеличить наработку подшипника №180502 до достижения им допустимого радиального зазора в 1,4 раза.

Для подтверждения результатов ресурсных испытаний были проведены эксплуатационные испытания подшипников качения.

Эксплуатационные испытания проводились в условиях обычной эксплуатации сельскохозяйственных машин в ОАО «АПО Тайцы», Ленинградской области.

Испытания проводились на сеялке СЗТ-3.6, Объектами испытаний являлись шариковые подшипники качения №180503, как наиболее близкие по типоразмеру к подшипникам, которые успешно прошли лабораторные испытания. У подшипииков перед установкой был измерен радиальный зазор при помощи приспособления КИ-1223 с использованием индикатора часового типа с ценой деления 0,001 мм. Результаты испытаний представлены на рисунке 13.

О 028 0,026 0 024

2

* 0 022

0

Я 0,020

>s

1 0 018

1 0,016

О.

0,014 0 012 0 010

Рис 13 Диаграмма размаха средних значений радиальных зазоров подшипников при работе с различными смазочными материалами

Таким образом результаты эксплуатационных испытаний подтвердили эффективность геомодификатора ТСКВ-100 Его применение позволило увеличить ресурс подшипников качения, работающих в абразивной среде в 1,5 раза

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 Количество отказов подшипников качения в узлах сельскохозяйственной техники составляет 40% от общего количества отказов, трудоемкость и затраты денежных средств на устранение отказов на 20% выше, по сравнению с остальными узлами машин

2 Теоретически обоснована возможность повышения ресурса подшипников качения, работающих в условиях абразивного изнашивания, с помощью геомодификатора ТСКВ-100

3 При работе подшипников качения на смазке с абразивом значительно увеличивается интенсивность изнашивания При содержании абразива 0,5 % ресурс подшипников уменьшается в 4 раза, а при содержании абразива 1,7 % - в 14 раз При дальнейшем увеличении содержания абразива интенсивность изнашивания практически не изменяется

4 При наличии абразива в пластичной смазке коэффициент трения увеличивается на 10 % Введение в смазку геомодификатора ТСКВ-100 позволяет снизить коэффициент трения на 8 % относительно его значения при работе на смазке с наличием абразива

5 Рациональная концентрация геомодификатора в пластичных смазках подшипников качения составляет 1,8 - 2,2 % по массе

Jj среднее значение I I стандартное отклонение 1 доверительный интервал

Г1! Т

Т

Литол-24+ТСКВ-100

ЛитоЛ'24

6 Применение геомодификатора ТСКВ-100 в пластичную смазку позволяет снизить интенсивность изнашивания и увеличить ресурс подшипников до 1,5 раз в условиях абразивного изнашивания

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих

работах:

1 Никулин, С А Повышение долговечности подшипниковых узлов сельскохозяйственных машин / С А Никулин, Е А Криштанов // Механизация и электрификация сельского хозяйства - 2007 - № 2 -С 21-22

2 Криштанов, Е А Анализ применения подшипников качения в узлах сельскохозяйственных машин / Е А Криштанов // Надежность и ремонт транспортных и технологических машин в сельском хозяйстве сб науч тр Вып 3-СПб, 2002 - С 114-116

3 Сковородин, В Я Влияние антифрикционных добавок на долговечность подшипников качения при работе на смазке с абразивом / В Я Сковородин, С А Никулин, Е А Криштанов // Надежность и ремонт транспортных и технологических машин в сельском хозяйстве сб науч тр Вып 5 - СПб, 2006 - С 87-89

4 Криштанов, Е А Исследование надежности сельскохозяйственных машин в условиях рядовой эксплуатации машин / Е А Криштанов // Надежность и ремонт транспортных и технологических машин в сельском хозяйстве сб науч тр Вып 4-СПб, 2005 -С 103-107

5 Криштанов, Е А Результаты эксплуатационных испытаний добавки ТСК в подшипниковых узлах сеялки СЗТ-3,6 / Е А Криштанов, С А Никулин // Надежность и ремонт транспортных и технологических машин в сельском хозяйстве сб науч тр Вып 4 -СПб, 2005 - С 34-36

Подписано в печать 18 04 2007 Бумага офсетная Формат 60/90 1/16 Печать трафаретная 1,0 уел печ л Тираж 100 экз

_Заказ № 07/04/25_

Отпечатано с оригинал-макета заказчика НП «Институт техники и технологий» Санкт-Петербург-Пушкин, Академическийпр,д 31,ауд 715,тел 476-92-88

Введение.

1. Состояние вопроса и задачи исследований.

1.1. Долговечность подшипниковых узлов.

1.2. Физическая природа контактной усталости деталей подшипника.

1.3. Смазочные материалы для подшипников качения.

1.3.1. Роль смазки в процессе трения и изнашивания.

1.3.2. Режимы смазки подшипников качения.

1.3.3. Преимущества и недостатки пластичных смазок перед маслами.

1.3.4. Использование пластичных смазок в агропромышленном комплексе.

1.4. Основные направления повышения долговечности пар трения.

1.5. Виды и характеристики добавок.

1.6. Выводы и задачи исследований.

2. Расчетно-теоретический анализ эффективности применения 40 геомодификаторов в пластичные смазки.

2.1. Два случая абразивного износа элементов пар трения качения.

2.2. Зависимость абразивного износа от нагрузки.

2.3. Оценка характера деформаций, предшествующих износу.

2.4. Статистика абразивных частиц и оценка числа их, попадающих на элемент площади поверхности детали.

2.4. Абразивный износ подшипников <ачения.

3. Исследование надежности сельскохозяйственной техники.

3.1. Выбор схемы исследования.

3.2. Определение показателей надежности.

4. Методика проведения испытаний г одшипников качения.

4.1. Общая методика проведения исследований.

4.2. Выбор факторов влияющих на режимы трения и скорость изнашивания подшипников качения.

4.3. Методика лабораторных исследований.

4.4. Методика экспериментальных испытаний.

5. Результаты исследований и их анализ.

5.1. Результаты лабораторных испытаний по многофакторному планированию.

5.2. Результаты ресурсных испытаний подшипников качения.

5.3. Результаты эксплуатационных испытаний подшипников качения.

Увеличение долговечности изделий открывает огромные ресурсы в удовлетворении потребности народного хозяйства продукцией машиностроения при меньших капитальных вложениях.

Одним из элементов, снижающим показатели надёжности машин, являются подшипники качения. В настоящее время при создании новой конструкции трактора, сельскохозяйственной машины или модернизации существующей модели расчет подшипников качения производится по методике, учитывающей только контактную прочность деталей подшипника, а износ и другие виды разрушений во внимание не принимаются. При этом расчетная долговечность подшипников в часах часто получается выше нормативной долговечности и во многих случаях достигает более 10000 часов. Вместе с тем фактический срок службы большинства подшипников ниже требуемой величины и равеь в среднем 4000 - 5000 часов, а в отдельных случаях всего 2000 - 3000 часов. К этому времени зазоры в подшипниках достигают таких величин, которые вызывают перекосы шестерен и самих колец подшипников, чрезмерный шум и вибрацию, а также неблагоприятное перераспределение нагрузки между телами качения, снижая тем самым и контактную стойкость подшипников.

Значительная часть всех работ, посвященных подшипникам качения, отводится вопросам трения. В них рассматривается зависимость момента трения от конструктивных параметров подшипника, нагрузки, скорости вращения, качества и способа смазки и др. Считается, что от величины трения зависит износ подшипника, однако, как показали, например, работы НАТИ, при эксплуатации в чистом \>асле износ практически отсутствует. В действительности же в процессе эксплуатации в смазке накапливается большое количество механических примесей, приводящих к значительному износу подшипников.

В настоящее время одним из средств повышения ресурса подшипников качения является применение добавок к смазочным материалам.

На современном рынке смазочных материалов представлен широкий выбор добавок, позволяющих повысить смазочные свойства масел за счёт улучшения их противозадирных и противоизносных свойств. Однако до сих крайне мало информации о добавках для пластичных смазок. Поэтому целью данной работы является выявление возможности повышения ресурса подшипниковых узлов сельскохозяйственных машин, путём улучшения смазочных и противоизносных свойств пластичных смазок с помощью геомодификаторов.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

- теоретическое обоснование влияния геомодификатора ТСКВ-100 на ресурс подшипниковых узлов сельскохозяйственных машин; результаты исследований показателей надежности сельскохозяйственных машин;

- результаты экспериментальных исследований по оценке влияния геомодификатора ТСКВ-100 на ресурс, коэффициент трения и интенсивность изнашивания подшипников качения при работе в условиях абразивного изнашивания.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Количество отказов подшипников качения в узлах сельскохозяйственной техники составляет 40% от общего количества отказов, трудоемкость и затраты денежных средств на устранение отказов на 20% выше, по сравнению с остальными узлами машин.

2. Теоретически обоснована возможность повышения ресурса подшипников качения, работающих в условиях абразивного изнашивания, с помощью геомсдификатора ТСКВ-100.

3. При работе подшипников качения на смазке с абразивом значительно увеличивается интенсивность изнашивания. При содержании абразива 0,5 % ресурс подшипников уменьшается в 4 раза, а при содержании абразива 1,7 % - в 14 раз. При дальнейшем увеличении содержания абразива интенсивность изнашивания практически не изменяется.

4. При наличии абразива в пластичной смазке коэффициент трения увеличивается на 10 %. Введение в смазку геомодификатора ТСКВ-100 позволяет снизить коэффициент трения на 8 % относительно его значения при работе на смазке с наличием абразива.

5. Рациональная концентрация гсомодификатора в пластичных смазках подшипников качения составляет 1,8 - 2,2 % по массе.

6. Применение геомодификатора ТСКВ-100 в пластичную смазку позволяет снизить интенсивно лт, изнашивания и увеличить ресурс подшипников до 1,5 раз в условиях абразивного изнашивания.

96

1. Сковородин, В.Я. Справочная книга по надёжности сельскохозяйственной техники .' В.Я. Сковородин, Л.В. Тишкин. - Л.: Лениздат, 1985.-204 с.

2. Моминбаев, Б.К. Надежность сельскохозяйственной техники / Б.К. Моминбаев Б.К. Алма-Ата: Кайнар, 1990. - 278 с.

3. Повышение надежности сельскохозяйственных машин в процессе эксплуатации и ремонта: сборник трудов / под. ред. С.С. Некрасова. -М.: МИИСП, 1982.- 131 с.

4. Повышение долговечности сельскохозяйственных машин: сборник трудов / под.ред. П.И. Красних^на. Саратов: Сарат. СХИ, 1984. -187 с.

5. Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний: С правочник / P.M. Матвеевский. М.: Машиностроение, 1989. - 224 с

6. Повышение долговечности и качества подшипниковых узлов / Тезисы доклада областной научно-технической конференции. Пермь: Б. и., 1979.-60 с.

7. Мур, Д.Ф. Основы и применение трибоники / Д.Ф. Мур. М.: "Мир" 1978.-388 с.

8. Пальмгрен, А. О некоторых свойствах подшипников качения / А. Пальмгрен. Гётеборг: перевод ГПНТБ №28655, 1961. - 46 с.

9. Пинегин, С.В. Трение качения f машинах и приборах / С.В. Пинегин. -М.: Машиностроение, 1976. 264 с.

10. Рагульскис, К.М. Вибрация подшипников / К.М. Рагульскис, АЛО. Юркаускас. Л.: Машиностроение, 1985. - 119 с.

11. Розенберг, Ю.А. Смазка механизмов машин / IO.A. Розенберг. М.: ГОСТОПТЕХИЗДАТ, 1960. - 364 с.

12. Справочник по триботехнике: 1 -3 том. М.: Машиностроение, 1989. -388 с.

13. Спришевский, А.И. Процессы в поверхностных слоях деталей подшипников и их изнашивание / А.И. Спришевский // Технология подшипникостроения. М.: ЭНИИП, 1958. - №17. - 187 с.

14. Спришевский, А.И. Вопросы надёжности и долговечности подшипников качения / А.И. Спришевский. М.: Машиностроение, 1967. - 172 с.

15. Герасимова, Н.Н. Влияние волнистости на работоспособность шариковых радиальных подшипников / Н.Н. Герасимова // Труды ВНИИП. М.: ВНИИП, 1960. - Х»2. - 22 с.

16. Икрамов, У.А. Расчётные методы оценки абразивного износа / У.А. Икрамов. М.: Машиностроение 1987.-288 с.

17. Розенберг, Ю.А. Смазка механизмов машин // Ю.А. Розенберг. М.: Гостоптехиздат, 1960. - 340 с.

18. Крагельский, И.В. Основы расчётов на трение и износ / И.В. Крагельский. М.: Машинострсение, 1977.-446 с.

19. Гаркунов, Д.Н. Триботехника / Д.Н. Гаркунов. М.: Машиностроение, 1989.-380 с.

20. Ямпольский, Г.Я. Исследование абразивного износа элементов пар трения качения / Г.Я. Ямпольск^й, И.В. Крагельский. М.: Наука, 1973.-196 с.

21. Обеспечение работоспособност\ и эффективности использования сельскохозяйственной техники. Волгоград, 1995. -145 с.

22. Защита от водородного износа и узлах трения / Под ред. А.А. Полякова. М.: Машиностроение, 1980. -135 с.

23. Спришевский, А.И. Износ поди ипников качения. Справочное пособие "Подшипники качения" / А.И. ( пришевский. -М.: Машгиз, 1961.-472 с.

24. Пинегин, С.В. Контактная прочность в машинах / С.В. Пинегин. М.: Машиностроение, 1965. - 385 с

25. Пинегин, С.В. Работоспособность деталей подшипников качения / С.В. Пинегин. М.: Машгиз, 1947. - 164 с.

26. Синицын, В.В. Пластичные смазки в СССР (ассортимент) /В.В. Синицын. М.: Химия, 1979. - .'176 с.

27. Икрамов, У.А. Расчётные методы оценки абразивного износа / У.А. Икрамов. М.: Машиностроение, 1987. - 288 с.

28. Лышко, Г.П. Топливо и смазочн ые материалы / Г.П. Лышко. М.: Агропромиздат, 1985. -336 с.

29. Матвеевский, В.М. Смазочные материалы, Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний / В.М. Матвеевский. -М.: Машиностроение, 1989. 2 7 с.

30. Перель, Л.Я. Подшипники качения (справочник): Расчёт, проектирование и обслуживание опор / Л.Я. Перель М.: Машиностроение, 1983.-543 с.

31. Рекомендации по совершенствованию режимов смазки подшипниковых узлов сельскохозяйственных машин. М.: ГосНИТИ, 1979.-85 с.

32. Качанов, Н.Н. О характере и пртроде разрушения рабочих поверхностей деталей подшипников / Н.Н. Качанов // Труды института. М.: ВНИПП, 1963. - №3 (35). - 34 - 35 с.

33. Кондир, Д.С. Эластогидродинамический расчёт деталей машин / Д.С. Кондир. М.: Машиностроение 1988. - 160 с.

34. Спришевский, А.И. Влияние технологии обработки на физическое состояние поверхностного слоя деталей подшипников / А.И. Спришевский // Повышение изн осостойкости и срока службы машин. Т.4. Киев: АНУССР, 1966. - 3 58 с.

35. Синицын, В.В. Подбор и применение пластичных смазок / В.В Синицын. М.: Химия, 1969. - Mb с.

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

37. Труды БСХА. Повышение уровня технической эксплуатации сельскохозяйственной техники. БСХА, 1990. - 193 с.

38. Крагельский, И.В. Трение и износ / И.В. Крагельский. М.: Машиностроение, 1968.-480 с.

39. Тененбаум, М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию / М.М. Тененбаум. М.: Машиностроение, 1976. - 270 с.

40. Гаркунов, Д.Н. Эффект безызносности (ИП) новый этап в повышении износостойкости деталей машин / Д.Н. Гаркунов // Вестник машиностроения. - 1983. - 36-4^ с.

41. Износ деталей сельскохозяйственных машин / Под ред. М.М. Севернева. JL: Колос, 1972. -199 с.

42. Повышение износостойкости ш основе избирательного переноса / Под ред. Д.Н. Гаркунова. М.: Машиностроение, 1977. - 215 с.

43. Трение изнашивание и смазка. Справочник в 2-х книгах / Под ред. И.В. Крагельского. М.: Машиностроение, 1978. - 358 с.

44. Заславский, М.Г. Механизм действия противоизносных присадок к маслам / М.Г. Заславский. М.: X имия, 1978. - 224 с.

45. Анализ металлов: Справочник / Под ред. А.И. Лазарева, И.П. Харламова. М.: Металлургия, 1987. - 320 с.

46. Крамер, И.И. Влияние среды на механические свойства металлов / И.И. Крамер, JI.M. Демер // Металлургия. 1964. - 298 с.

47. Сафонов, В.В. Повышение долговечности распределяющих агрегатов мобильной сельскохозяйственной техники путем применения металлосодержащих смазочных композиций: автореф. дис. . докт. тех. наук / В.В. Сафонов; СГАУ им. Н.И. Вавилова. Самара, 1999. -26 с.

48. Заславский, Ю.С. Механизм действия противоизносных присадок к маслам /Ю.С. Заславский, Р.Н. Заславский. М.: Химия, 1978. - 167 с.

49. Маликов, И.И. Применение твердых смазок при эксплуатации и ремонте лесозаготовительной тохники / И.И. Маликов. М.: Лесная промышленность, 1979.-221 с.

50. Шабанов, Ю.А. Очерки современной автохимии. Миф или реальность? / Ю.А. Шабанов. СПб, 2005. - С. 230.

51. Шабанов, А.Ю. Прения по трентю 1 А.Ю. Шабанов //5-е колесо. 2003. - №7. - С. 154-156.

52. Зуев, В.В. Использование минералов в качестве модификаторов трения / В.В. Зуев // Обогащение руд. 1993. №3. - С. 33-37.

53. Шабанов, А.Ю. Мотор не обманешь / А.Ю. Шабанов, А.Е. Зайцев // 5-е колесо. 2003. - № 11. - С. 146-150.

54. Шабанов, А.Ю. Мотор не обманешь / А.Ю. Шабанов, А.Е. Зайцев // 5-е колесо. 2003. - № 12. - С. 134-138.

55. Лавров, Ю.Г. Минеральные добавки в смазочное масло путь к самоорганизующимся трибопрсцессам / Ю.Г. Лавров // Двигателестроение. - 2003. - JW 2. С.46-48.

56. Погодаев, Л.И. Повышение надежности трибосопряжений / Л.И. Погодаев, В.Н. Кузьмин, П.П. Д.удко. СПб.: Академия транспорта РФ, 2001.-304 с.

57. Парай -Кошиц, М.А. Основы структурного анализа химических соединений / М.А. Парай Кошиц. - М.: Высшая школа, 1989. - 192 с.

58. Справочник по триботехнике: В 3 т. Т.1: Теоретические основы / Под ред. М. Хебды, А.В. Чичинадзе. М.: Машиностроение, Варшава: BKJ1, 1989.-397 с.

59. Богачев, И.Н. Исследование износостойкости сталей при абразивном изнашивании / И.Н. Богачев, Л.Г. Журавлев // Сб. Повышение износостойкости и срока службы машин. Киев: АН УССР, 1960. -С.149.

60. Виноградов, Г.В. Абразивный износ при трении качения / Г.В. Виноградов, В.А. Вишняков // Изв. АН СССР. ОТН. Механика и машиностроение. 1960. - №3. - С. 5-7.

61. Тененбаум, М.М. Об условиях с нижения активности абразивного воздействия при трении / М.М. Гененбаум // Теория трения и износа: сб. тр. М.: Наука, 1965. - С. 4.'!-50.

62. Тененбаум, М.М. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин. / М.М. Тененбаум. М.: Машиностроение, 1966. - С. 320.

63. Хрущов, М.М. Абразивное изнашивание / М.М. Хрущов. М.: Наука, 1970. - С. 320.

64. Хрущов, М.М. Исследования изнашивания металлов / М.М. Хрущов, М.А. Бабичев. М.: АН СССР, 1960. - С. 320.

65. Кащеев, В.Н. Об остроте режущих углов абразивных зерен / В.Н. Кащеев//Станки и инструменты 1963. - №8. - С. 22-26.

66. Костецкий, Б.И. Сопротивление изнашиванию деталей машин / Б.И. Костецкий. М.: Машгиз, 1959. - С. 322.

67. Тадольдер, Ю.А. Влияние геометрии абразивного зерна на интенсивность изнашивания металлов в потоке абразивных частиц /

68. Тадольдер Ю.А. // Тр. Таллиннского политехнического института. Сер. А, №237. Таллин, 1966. - С. 4:5-47.

69. Боуден, Ф.П. Трение и смазка твердых тел / Ф.П. Боуден. М.: Машиностроение, 1968. - С. 344.

70. Артамоновский, И.В. Вероятностный анализ процессов изнашивания / И.В. Артамоновский. М.: Науьа, 1968. - С. 320.

71. Повышение долговечности подшипниковых узлов тракторных трансмиссий. Тракторы и сельхозмашины, 1977, №11 с. 28-30

72. Повышение долговечности сельскохозяйственной техники. Саратов, Саратовский СХИ, 1971. -С. 123

73. Барбан, Н.И. Основные причины недостаточной надежности некоторых сельскохозяйственных машин / Н.И. Барбан // Научные труды УСХА Вып. 184.-Киев, 1977. 37-41 с.

74. Криштанов, Е. А. Исследование надежности сельскохозяйственных машин в условиях рядовой эксплуатации машин / Е. А. Криштанов // Надежность и ремонт транспортных и технологических машин в сельском хозяйстве: сб. науч. тр. Вып. 4 СПб, 2005. - С. 103-107.

75. Налимов, В.В. Логические основания планирования / В.В. Налимов. -М.: Металлургия, 1980. С. 125.79.3авалишин, Ф.С. Методы исследований по механизациисельскохозяйственного производства / Ф.С. Завалишин, М.Г. Манцев М.: Колос, 1982.-С. 230.

76. Евдокимов, Ю.А. Планирование и анализ экспериментов при решении задач трения и износа / Ю.А. Ендокимов, В.И. Колесников, А.И.Тетерин. М.: Наука, 1980. - С. 228.

77. Ананьев, С.В. Повышение долговечности подшипниковых узлов автотракторных трансмиссий путем применения противоизносных добавок в смазочные масла: дисс.канд. техн. наук: 05.20.03 / Ананьев, С.В.; СПбГАУ.-СПб.: Пушкин, 1999.-С. 136.

78. Скундин, Г.И. Влияние запыленности смазки на срок службы подшипников качения в трансмиссиях тракторов / Г.И. Скундин, М.С. Беркович // Тракторы и сельхозмашины. 1970. - №10. - С. 17-19.

79. Матюшев, О.Н. Повышение долговечности подшипников качения тракторов и сельскохозяйственных машин путем применения добавки ТСК к пластичным смазкам: дисс. . канд. техн. наук: 05.20.03 / СПбГАУ. СПб.: Пушкин, 2001:. - С. 123.

80. Ракин, Я.Ф. Эксплуатация поди ипниковых узлов машин / Я.Ф. Ракин М.: Машиностроение, 1990.-323 с.

81. Криштанов, Е. А. Анализ применения подшипников качения в узлах сельскохозяйственных машин / И. А. Криштанов // Надежность и ремонт транспортных и технологических машин в сельском хозяйстве: сб. науч. тр. Вып. 3-СПб, 2002. С. 114-116.

82. Гадолин, B.JI. Машины и стенды для испытания деталей / B.JI.

83. Гадолин. М.: Машиностроении, 1970. - 343 с.

84. Машины и стенды для испытан деталей / Под ред. Д.Н. Решетова. -М.: Машиностроение, 1979. 134 с.

85. Средства и методы испытаний подшипников качения / Под ред. Н.А. Спицына. М.: Машиностроение, 1966. - 108 с.

86. ГОСТу 18855-94 Подшипники качения. Динамическая расчетная грузоподъемность и расчетный эесурс (долговечность). М.: ИПК Изд-во стандартов, 1994. - 32 с.

87. Попов, Н.Ф. Оптимальные размеры и предельный износ подшипников / Н.Ф. Попов, С.М. Буланов // Техника в сельском хозяйстве. -1977. -№12.-С. 71-73.

88. ТУ и указания по дефектовке дзталей и спряжений при ремонте туковой сеялки C3T-3,6A. М.: ГОСНИТИ. - 1970. - С. 133.

89. Кузьмин, А.В. Расчеты деталей машин: справочное пособие / А.В. Кузьмин, И.М. Чернин, Б.С. Ко ;анцов. Минск: Вышейшая школа. -1986.-С. 399.