автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Разработка технологии ускоренной приработки зубчатых передач трансмиссий сельскохозяйственной техники

На правах рукописи

МЕНЬШОВ Владимир Геннадьев:

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УСКОРЕННОЙ ПРИРАБОТКИ ЗУБЧкШ ПЕРЕДАЧ ТРАНСМИССИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.20.03 - Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Пензенской государственной сельскозозя! ственной академии на кафедре "Ремонт машин".

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

доктор технических наук профессор Власов П.А.

кандидат технических нау! доцент Спицын И.А.

доктор технических наук профессор Сидоров А.И.

кандидат технических науг старший научный сотрудниц Голубев И.Г.

Пензенское областное управление сельского хозяйства и продовольстви

Защита состоится * 24 " апреля 1996 года в Го часов на заседании диссертационного совета К 120.30.01 при Российском государственном аграрном заочном университете по адресу: 143900 Балашиха-8, ВОШЗО.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университет

Автореферат разослан "ииЦЬшС/ 1996 года.

Учёный се1фетарь диссертационного совета кавдидат технических наук, профессор

А.М.Третьяков

i'v"/ 'г 3

" '* :Л ОБЩАЯ ХАРШЕРИСШй РАВОШ"

Актуальность теш. Зубчатые зацепления трзнсгтяесйЯ современ-эй-сельскохозяйственной техняки яэллются тяггалонатруяенния! сое-'шйнилия и часто лимнтирукз? срок елукбы малшны. В сельскозссаяЯст-энном производстве при эксплуатации маикн различных типов и марок 2...40$ отказов приходился ка долю агрегатов трансмиссий..

Одним ш важнейших мероприятий потазенкя кедзмюсти отремон-ированных трансмиссий является проведение кх качественной обхат-я как завершающей технологической операции ремонта. Проведение ак ¡можно более полной, приработки-тру^ягеи соединений меатегна тадии ремонта обеспечивает для потребителя высокий уровень её на-ёжности по тркботехническим характеристикам и исключает необходи-ость её использования в эксплуатационный период на малопрокз войт ел ькнх обкаточных резишах.

Зубчатые колёса (ЗК) трансмиссий современных тракторов, автоюбилей и комбайнов являются трудноприрабатываемьши деталями. Поэтому проблема ускорения приработки зубчатых зацеплений остро стога как на меяЕНОстроительккх, так и ремонтных предприятиях. Накбо-tee распространенным способом ускорения приработки являются исполь-ювание обкаточных масел с приработоодшги присадками.

Присадки имеэт как прэимучестна, так и недостатки, снизкакдие »ффективность их действия при обкатке трансмиссий и ограничивающие !х широкое применение в ремонтном производстве. В связи с этим актуальной проблемой является разработка технологий приработки зубчатых зацеплений с применением рациональных значений температур обкаточного масла, что создает дополнительные возмояности ускорения обкатки при одновременном повшенкн качества приработанных поверхностей, тем самым увеличивая долговечность отремонтированных агрегатов трансмиссий. Ввиду активного и недостаточно изученного влияния температур» масла на процессы при трении я -изнашивании внедрение методов терморегулирования з реальные технологии представляет значительный теоретический я практический интерес.

Цель работы. Повышение эксплуатационных характеристик зубчатых передал путём совершенствования приработки в условиях стендовой обкатан трансмиссий при ремонте.

Объект исследования. Приработка зубчатых зацеплений коробок перемены передач (КПП) трактора ДГ-75 и зерноуборочного комбайна GK-5M "Нива*.

Научная новизна. Теоретически и экспериментально обосновано

(

наличие интервала рациональных температур полимерсодерасащего смазочного материала, при которых приработка зубчатых зацеплений протекает наиболее интенсивно, с наименьшими начальными (прирабо-точными) износами, повышая качество рабочих поверхностей, что обеспечивает в дальнейшем их высокие эксплуатационные свойства.

Получены математические модели влияния нагрузочных и температурных режимов на приработку зубчатых зацеплений.

Разработан и реализован новый способ определения износа деталей цилиндрической формы (а.с. 1769080), позволяющий повысить точность измерения по методу искусственных баз.

Практическая ценность. Разработаны рекомендации по выбору р< жимов стендовой обкатки агрегатов трансмиссий сходных типоразмер! с применением рациональных температур трансмиссионного масла Х&п-15В с добавкой порошка капрона, реализованные на примере КПП зерноуборочных комбайнов СК-5М "Нива".

Разработан н изготовлен стенд для обкатки под нагрузкой КОП зерноуборочных комбайнов СК-5М "Нива", который, благодаря новой конструкции кагружателя (патент 1778603), имеет меньшую по сравнению с традиционными конструкциями металлоемкость и позволяет значительно экономить электрическую энергию На привод.

Внедрение. Технология ускоренной стендовой обкатки КОП зер* уборочных комбайнов СК-5Ы "Нива" с применением рациональных темг ратур масла при наличии в нём порошка капрона & качестве полимер ной добавки внедрена в РШ "Луникекое" Пензенской области.

Апробация. Основные положения диссертационной работы долож< на научно-технической конференции профессорско-преподавательскоз состава Саратовского института механизации сельского хозяйства 1 1990 г., на научно-методической и научно-исследовательской конф( ренции ПАДИ в 1992 г., на научных конференциях профессорско-щ» подавательского состава Пензенского СХИ в 1991-1995 Р.г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано ? печатных ра бот и получены авторское свидетельство и патент на изобретения.

- результаты теоретического обоснования влияния температуры мае на процессы при трении в зубчатом зацеплении и на изменение л

; рабатыващих свойств полимерсодержащих смазочных материалов;

- новый способ определения износа деталей цилиндрической формы;

- результаты лабораторных и стендовых испытаний, проведённых д; выявления влияния температурных, к нагрузочных режимов на уск( рение и качество приработки зубчатых зацеплений;

■ тавое нагружающее згстроАскзо для стендов обкатки узлов трансмис-----------

сяй под нагрузкой* дозвояявщее экономить электрическую энергию; • методика я -¡режимы ускоренной обкатки коробок передач зерноубо-ftoeKKj: «ймйзйнов СН-5М "Нива".

^ШКШй^^ём^исс^ации,, РабоУй С0СТ0ЙТ ш введения, iscTK разделов, общих выводов, списка использованных источников и фклояений. Работа изложена на /-¿^страницах машинописного текста, .'одержит 12 таблиц, 65 иллюстраций, II приложений на 24 страницах. JratcoK использованных источников зклэтает 130 наименований, из них 1 ка иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Состояние вопроса и задачи исследования

Интенсификация приработки происходит в основном в двух направлениях. Первое - технологическое, реализуется на этапах конструирования и изготовления машин. К мероприятиям второго, эксплуатационного, направления относятся использование обкаточных масел с различными присадками, применение рациональных нагрузочных, скоростных и температурных реаимов обкатки.

К наиболее эффективным и технологически приемлемым а условиях ремонтного производства следует отнестм мероприятия второго направления, из которых наименее изученным является применение рациональных температур обкаточного «асла. .

Изучению приработки деталей машин и* в той числе, ЗК посвягз-кы работы Агабекова Э.А., Волгина И.В., Гаркунова Д.Н., ГришкоВ^., Заб донского К.И., Костецкого Б.И.,. Пугина B.U., Рещикова В.Ф., Ходеса И.В. Вопросам влияния температуры смазочных материалов на износостойкость трущихся деталей посвящено очень мало работ. К ним относятся работа йатзеевсного P.M., Матвеева В.В.

. Анализ ранее выполненных работ показывает, что эффективность применения приработочиых присадок При сбхатке трансмиссий сильно зависит от температур рабочтгх поверхностей трущихся деталей. Поэтому терморегулиропанке масла монет значительно активизировать действие присадок, особенно, поверхностно-активных веществ (ПАВ), наибольший интерес из которых вызывают механически-деструктируемые полимеры, способные облегчить пластифицирование металлических поверхностей и, тем самым, интенсифицировать приработку.

На основании обзора существующих конструкций отдано предпочтение обкаточным стендам с замкнутым силовым контуром, являющиеся

более экономичными в потреблении электрической энергии на привод по сравнении с тормозными. Наряду с этим, выявлено главное ограничение, сдерживающее их применение на ремонтных предприятиях, особенно имеющих дело с разномарочной техникой, - их неуниверсаль ность, обусловленная конструкциями нагрукателей, не позволяющих избавиться от стендовых замыкающих редукторов, идентичных обкатываешь!;

На основании анализа литературных источников и в соответстви с поставленной целью намечено решение следущих задач:

1) разработать теоретические предпосылки влияния объёмной температуры масла при наличии в нём полимерной присадки на протекание пр$фаботки зубчатых зацеплений;

2) лабораторными и стендовыми испытаниями выявить влияние объёмной температуры масла и полимерной присадки на щифаботку зубчать зацеплений при различных яагрузочно-сноростных режимах;

3) разработать оптимальные реаимы послеремонтной стевдовой обка! кя агрегатов трансмиссий (на примере КПП комбайна СК-5М "Нива");

4) разработать конструкцию нагрузсателя к стендам замкнутого контура, позволяющую исключить применение зашкащих стендовых редукторов, идентичных обкатываемым;

5) разработать и внедрить стенд с новой конструкцией нагруаател, для обкатки под нагрузкой КПП комбайна СК-5М "Нива" с минимальны! расходом энергии.

■ дерморегулировйния для ускорения и улучшении качества приработки зубчатых зацеплений

Особенность кинематики зубчатого зацепления, заключающаяся том, что профили контактирующих зубьев перекатываются друг по щ гу с одновременным проскальзыванием, приводит к работе различию участков рабочих поверхностей зубьев при различных ввдах смазки изнашивания. Околополюсная зона зуба в основном работает в уело] ях гщдкоетной сказки и её износ зависит от соотношения параметр< шероховатости контактирующих поверхностей УЩ^ф^Р и толщи масляной плёнки в контакте, рассчитываемой согласно контакт» гидродинамической теории смазки по формуле:

(0 - динамическая вязкость масле цри атмосферном давлении температуре масляного сдоя в зоне контакта, Па-с;

- суммарная скорость качения профилей зубьев, м/с; оС - пьезокозффициент вязкости масла, Па;

- приведённый радиус кривизны поверхностей трения, м; ^ - нагрузка на единицу длины линии контакта, Н/ы.

формулы (I) видно, что наиболее сильно на изменение толщины 13очного слоя наряду с суммарной скоростью качения влияет вяэ-:ть масла, которая в свою очередь сильно зависит от температуры, етывая известную га справочных данных зависимость пьезокоэффи-знтаоСот кинематической вязкости масла:

ос - 6/2 • 10~7у°'ЪЪ , (2)

эыразиз динамическую вязкость через кинематическую:

(3)

в У и^ - кинематическая вязкость и плотность масла, зависимос-которых от температуры, найденные по экспериментальным данным, еэт следующий вод:

V- {0~6ехр(б/4~0,045Г); р Щ5-0}57Т? ш

ределкм зависимость толщины смазочной плёнки от температуры:

Температура масляного слоя в зоне контакта зубьев складыва-ся, согласно Г.Блону, из объёмней температурь.' Т0 ЗК, практичес-: равной объёмной температуре масла, и мгновенного повыпения мпер&туры на поверхности зуба в зоне контакта, так называемой мпературной вспышки Т0, которая применительно, к стальшм ЗК вы-¡ядит следующим образом:

■ ■Т^жНГлУСЪ-Ы,

коэффициент трения; — скорости качения поверхностей гбьев контактирующих ЗК. Приближенный расчет коэффициента трения да качении со скольжением осуществляем по формуле:

максимальное контактное давление по Герцу, МПа; НЪ" твердость по Бринелля менее твёрдого из контактирующих материалов, МПа;

- шероховатость более твердого тела, м;

¿Г' - приведённый.модуль упругости материалов, МПа;

- скорость скольжения профилей зубьев, м/с.

адгевая, что в формуле (7) вязкость У определяется при объёмной

- 'в.. /Л"' "; ' ' '

температуре масла Т0, делаем вывод, что изменяя температуру ивл при неизменных кагрузочно-скоростных режимах, можно влиять на : эффициент трения через изменение вязкости масла, а значит и на температуру вспышки. Заменив в формулах (6) и (7) факторы, не : висящие от температуры, постоянными коэффициентами и приняв во внимание вид вязкостно-температурной характеристики масла Шв-! запишем значение мгновенной температуры масляного слоя в веде:

где С - постоянный коэффициент.

Таким образом, с повышением температур« масла снижается т щина масляной пленки в зубчатом контакте, что приводит к щрер пределен»® напряжений в поверхностных слоях зубьев. С увеличен коэффициента трения возрастают максимальные касательные напрял ния и место их действия перемещается из глубинных слсёв в пове костные. Изнашивание становится более интенсивным при одновре* кой его локализации в тонких поверхностных слоях, что приводке ускорению приработки.

Расчёт толщины масляной плёнки в зубчатом контакте колес тьей передачи трактора ДТ-75 показал, что для различных точек цепления при повышении температуры масла от 20°С до 50°С она з шается с 3,4...7,6 мкм до 0,9...2,1 мкм. Учитывая, что иерохо! тость поверхностей зубьев новых колес составляет8сг = 1,8...2, видно, что при низких температурах приработка будет протекать крайне медленно из-за большой толщины масляного слоя. При тем! туре 50°С сближение поверхностей вубьев становится достаточны! для интенсификации изнашивания микронеровностей при надёжном } делении поверхностей, предотвращающем их повреждение.

Если учесть результаты ранее выполненных исследований за* мощности на привод трансмиссий трактора ДГ-75 в зависимости О' мпературного режима, в которых было выявлено, что при рабочих грузках масло в трансмиссии от температуры окружающего воздух 28°С до температуры 53°С нагревалось за 2 часа,, можно сделать вод, что терморегулирование масла. в период стендовой обкатки зволяет значительно ускорить приработку зубчатых зацеплений.

Смежные с полюсной зоной участки ножки и головки зуба ра ют в условиях граничной смазки, когда смазочное действие об ее чивается за счёт тонких граничных слоев, образуемых поверхнос активными молекулами смазочного материала или содержащейся в

х) В исследованиях участвовали инженеры Галкин АЛ1. я Якушюв

зжпедкя. Сказсгшое действие таких слоев сохраняется до о пред е-гнной критической температуры T^j, при превышении которой настал плёнка разрушается и наступает заедание поверхностей: Еж + a J4

не - энергия активации процесса образования металлических связей меаду контактирующими поверхностями, Дж/ноль; & и - разность химических потенциалов поверхностно-активного

компонента смазки в адсорбированном состоянии и в объёме , ' среды, Да/моль;

_ JZ »'8,314 Дя/моль-К - универсальная газовая постоянная; ! С - содержание поверхностно-активного элемента в смазке;

- номинальное давление в контакте, МПа; -V~- скорость относительного перемещения деталей, м/с; Ц ~ твердость более мягкого из компонентов узла трения, МПа; Bf)/у?7 - постоянные коэффициенты.,

Наличие в смазочном материале ПАВ.способствует облегчению ластического течения металла поверхностных слоев и увеличению ин-ексивкости начального изнашивания. При этом переход к установив-емуся трегеш и изнашиванию происходит в несколько раз быстрее. . ри наличии в масле полимершк добавок роль ПАВ выполняют свобод-ые иакрорадикалы, возникающие при механическом разрушении какро-олекул, попавших в зоцу контакта зубьев. Повышение температуры асла резко сникает прочность полимерных цепей, увеличивая ско-ость накопления Ñ разорванных связей а смазочном материале: Т Жсваа const , tío

neffosp- концентрация разорванных связей в полимере* моль"*;

t - время испытания» с; - - постоянная величина, равная периоду тепловых колебаний

атомов, которая для полимеров составляет . Л0~13с;

Ц0 - начальная энергия активации, Да;, 'J'- структурно-чувствительный коэффициент, м^; б'- приложенное напряжение, Па;

« 1,38'Ю"23 Дж/К - постоянная Больцмана. Соотношение между концентрацией первичных свободных радикалов, [влящихся по верхностно-активными элементами, и концентрацией ра-орванных связей в разрушаемых полимерах для капрона составляет Ъе/Яроьр " Тогда с учетом выражения (10)

Видим, что повышение температуры яолимерсодержащей смазочной ср ды ведёт к увеличению ПА элемента в ней, что повышает приработа ные свойства и увеличивает её температурную стойкость, т.к. Тк-увеличением С возрастает. Чрезмерное повышение температуры веде уменьшению адсорбции ПАВ на контактирующих поверхностях, что вс к снижению составляющей 4у(/ в выражении (9), а это влечёт сниже> температурной стойкости смазочных слоев. Поэтому делаем вывод с существовании интервала рациональных температур, при которых » тенсивность приработки зубчатых зацеплений будет максимальной I отсутствии повреждения рабочих поверхностей зубьев.

Необходимость регулирования температуры масла на этапе пр> ботки обусловлена ещё и тем, что пластифицирование поверхности! слоев контактирующих деталей, увеличивающее интенсивность нача: ного изнашивания, является процессом перемещения.дислокаций, к рое носит термофлуктуационный характер. Это обуславливает ноли оптимальных температур, соответствующих скорости деформировали, материала, при которых пластическое течение протекает с наиыен ми затратами энергии и минимальной повреждаемостью.

3. Методика экспериментальных исследований^

Программа исследований включала три этапа. На первом - ис тания проводились на машине трения СМТ-1 по схеме "ролик-роли» при качении с проскальзыванием. Роликовые образцы изготавливал стали 20Х, цементировали на глубину 1,1...1,3 мм с последующее калкой до твёрдости поверхности НПО 60.. .62.

Сначала исследовали влияние различных полимерных присадо! маслу ТАп-15В на приработку образцов. Затем изучали влияние 1« з очно-скоростных и температурных режимов и концентрации выбра] присадки на приработку образцов при следующих значениях иссле; мых факторов: нагрузка Р « 0,4... 1,6 кН, скорость скольжения 1 « 1,0...3,0 м/с, температура масла I » 25...85°С, концентраци. рошка капрона С « 1...9& по массе. В качестве параметров откл контролировали приработочный износ ¿„^ шероховатость приработ поверхности^, "эксплуатационный" износ приработанных обрезц при их дальнейших испытаниях на масле без присадки при Р « 2 -V -ж 2 м/с и относительное снижение момента трения за время работки 8, которое определяли по формуле:

Ми - Мк

= —rA--100% (12)

- ■-- Mu 7

ie Hjj и MK - момент трения в начале и в конце приработки, Н-м. ш сокращения количества опытов был реализован четырёхфакторный ссперимент по плану Бокса на сфере с величиной звёздного плеча, ивдюй двум. Момент трения регистрировался измерительным блоком шины трения, шероховатость поверхностей замеряли на профилогра-; - профилометре модели 201, температуру замеряли с помощью тер-шары "хромель-копельн и потенциометра КСП-4Г.

Для измерения износа образцов был предложен и реализован на мистике способ (а.с. 1769080), позволяющий повысить точность из-зрения по методу искусственных баз при наличии в масле плёнкооб-»ующих присадок и пластических деформациях поверхностей испытн-аемых деталей. При этом способе база выполняется на нерабочей по-зрхности образца, а измерение износа - без снятия образца с ма-шы. Искусственная база выполняется на торце ролика в виде вза-сюперпендикулярных риски I, проведённой-по радиусу ролика, и рриха 2 (рисЛ). На стекле окуляра с измерительной шкалой опти-

Рис. I.

Схема измерения величины износа: .1,3,4 - риски; 2,7 - штрихи; 5 - шкала; б - биссектриса; 8 - линия контура ролика; 9 - измерительное перекрестие оптического прибора в начале отсчёта; IÓ - измерительное перекрестие оптического прибора в конце отсчёта.

еского прибора выполнена система рисох, состоящая из рисок 3 и 4, роведённых под углом 120° друг к другу, биссектрисы этого угла 6, араллельной рискам измерительной сетки, и перпендикулярного бис-ектрисе штриха 7. При измерении параметра искусственной базы оп-ический прибор наводят на торец ролика, совмещая биссектрису 6 с иской 7, а штрихи 2 и 7 друг с другом. В этом положении измеряют лицу хорда между точками пересечения рисох 3 и 4 с наружной по-ерхностью ролика до и после изнашивания и по разности измерений пределяют износ в данной точке поверхности по формуле:

де ^ и €г - длины хорд до и после изнашивания; А?- радиус ролика.

На втором этапе исследовали влияние нагрузки и температуры масла на приработку ЗК третьей передачи КПП трактора ДТ-75. Испь тания проводили на малогабаритном стенде с замкнутым силовым ко* туром при частоте вращения ведущего колеса 800 мин"1 и концентрг ции порошка капрона в масле ТАп-15В Ь% по массе. Изменяемые факторы принимали значения: крутящий момент на ведущем валу редуктс pa Mjjp в 170...350 Н-м, температура масла Тц « 30...90°С. В каче стве параметров оптимизации контролировали приработочный износ зубьев L , площадь пятна контакта в зацеплении FK , шероховатом приработанных поверхностей зубьев Rq й время, эа которое в контакте устанавливалась стабильная масляная пленка,"¿^ . Также фиг сировали температуру зубьев испытываемых колёс с помощью термош "хромель-копель". Значения кутящего момента контролировали по i казаниям шлейфового осциллографа H-II7/I, который получал сигнал тензодатчиков, наклеенных по мостовой схеме на тензометрический вал. Площадь пятна контакта определяли прокатыванием между зубы сложенных в пакет копировальной и диаграмной бумаги. Об изменен! параметров масляной пленки судили по величине контактного coiipoi вления, которое фиксировали с помощью лучевого осциллографа CI-' Износ и шероховатость определяли на слепках из быстротвердеющей пластмассы "Протакрил-М". Износ определяли способом профилировш ных канавок. Для сокращения числа опытов был реализован двухфак-торный эксперимент по симплексно-суммируемому плацу.

На заключительном этапе исследований проводили проверку pas работанной технологии стендовой обкатки КПП зерноуборочных комбайнов СК-5М "Нива" в условиях ремонтного предприятия. О качест! приработки судили по развитию площади пятна контакта в зубчатом зацеплении, качеству приработанных поверхностей и температуре mi ела в обкатанных КПП при их дальнейших испытаниях на номинальны; нагрузочных режимах.

4. Результаты экспериментальных исследований

Из выбранных для исследований-полимерных добавок наилучшей прирабатывающей способностью обладает порошок капрона. Образцы, приработанные на масле ТАп-15В с добавкой порошка капрона, имел наименьшую шероховатость поверхностей « 0,7.2 мкм и наименьши эксплуатационный износ после приработки ¿¿> = 3,8 мкм Сна масле без добавок Rq « 1,29 мкм, « 9,5 мкм) при быстром завершении приработки. Кроме того эти образцы показали наивысшую стойкость до заедания при испытании в режиме граничной смазки.

В результате реализации эксперимента на роликовых образцах были получены математические зависимости параметров оптимизации от изменяемых факторов в кодовых значениях:

+ I.2JCJ + O'.SXg - 0,6X3 - 0,45f4 - 0,4xf + 0,4Х§ + 0,6х| + 0,3XjX3 + O.SDCjX^ - 0,4% - 0,4X3X4; (14)

¿э * 2,8 - 0,4Xj + O.SXg - О.бХ^ + О»3^ + О'7^ + О»4^ +

+ 0;5XjX2 - 0,4XjX3 - 0,6X3X4; (15)

Rq ш 0,85 - 0,I6Xj + 0,12X2 - O.OSX^ + °'05XI - + 0,09Х§ +

+ О.ОбХ^ + O.OßXjXg - O.OTXjXg - 0,06XjX4 + 0,06X3X4; (16) ß « 20,9 + 2,5Xj + Г,5Х3 + 2,4Х4 - I,4xf - 2,2X§ - 3,0X§ - I.OxJ

+ I,5XjX4 - 1,8X3X4. (17)

Для облегчения поиска оптимальных значений факторов ввели обобщенный критерий , характеризующий интенсивность и качество приработки, для которого уравнение регрессии имело вид: Kjip - 0,11 - 0,I3Xj + 0,03Х2 - 0,06Х3 - 0,12X4 + 0,0бх| + 0,18Х§

♦ 0,05X4 + 0,04X^2 - O.OSXjXg + 0,02X2X3 + 0,05X3X4. (18)

Решив компромиссную задачу с двумя параметрами оптимизации сПр и Кпр методом двумерных сечений, получили оптимальные значения режимов приработки стальных образцов: Р(Хт) = 1,0...1,1 кН, •^(Х2) » 1,3..Л,6 м/с, Т(Х3) = 55.. ,58°С, С(Х4) =• 5,0...7,0 %. Полученные зависимости подтверждают, что температура масла, наряду с нагрузкой, наиболее существенно влияет на протекание приработки (рис. 2). Причём, это влияние носит сложный, нелинейный ха-¿1мы Иамк»д,% // 9 7

5 -ifi

Р,кН

0.6

0,9 f,Z 1,5

1,8

25

ЬО

SS

70

85

а) б)

Рис. 2. Влияние на приработку роликовых образцов нагрузки (а) и температуры масла (б).

рактер. С ростом температуры величина ¿^изменяется по параболической кривой, достигая минимума при Т = 65°С. Такой же звд имеют

кривые изменения шероховатости приработанных образцов и их эксплуатационных износов. Минимальные значения С9 имели образцы, приработанные при температуре около 55°С, при таких же температурах скорость приработки максимальна при Т « 56°С). Наименьшую

шероховатость имеют поверхности, приработанные при Т * 58°С.

Таким образом, имеется интервал температур (55.. .58°С), при которых интенсивность приработки стальных образцов в полимерсодер жащем смазочном материале максимальна, а качество и износостойки получаемых поверхностей наивысшие. Эксплуатационный износ образца приработанных при температуре масла 55°С (¿9 » 2,6 мкм), в 2 раза меньше, чем образцов, приработанных при 25°С и 85°С, и в 3 раза меньше, чем образцов, приработанных на масле ТАп-15В без полимерных присадок и терморегулирования. Это объясняется тем, что при наличии в масле ПАВ, к которым относятся полимеры, пластифицирова ние происходит наиболее легко и быстро при определённых температу рах, затрагивая незначительные по глубине поверхностные слои дета лей и снижая вероятность глубокого выкрашивания. С повышением тем пературы до определённых значений облегчается образование маслдео! плёнки, улучшается доступ масла в зону контакта, создаются хороши условия для отвода тепла, что уменьшает цриработочные износы.

При проведении приработки ЗК на лабораторном стееде подтвердился характер тех же зависимостей, что и в'исследованиях с роликовыми образцами. Математические зависимости параметров приработ-• ки от нагрузки (Х|) и температуры масла (Х<>) в кодовых значениях /имеют следующий вед: -

С^т 6,1 ♦ 1,6X1 - °'6Х2 + 1'3х2; . (19)

(20)

Яг- о,б2 ♦ о,гас| ♦ о,43х§ ♦ о.гззс^. (21)

Видно, что температура масла влияет на качество формирующихся поверхностей(/£ я более интенсивно, чем нагрузка. Решив систему уравнений (19...21), нашли область оптимальных значений параметров приработки ЗК. Она лежит на пересечении области А (рис. 3) меньших приработочных износов, но несколько худшего качества приработки, и области Б более высоких приработочных износов, но лучшего качества приработки. Зона пересечения этих областей соответствует значениям М^ ■ 230 Н-м и Тм « 61...65°С.

Анализ температур поверхности зубьев показал, что при постоянной: нагрузке разница температуры.зубьев Т3 и температуры масла

Тм была наименьшей в интервале Тм » 60...75 °С и составляла в раз •

Рис. 3.

Влияние нагрузочных и температурных режимов на параметры приработки зубчатых колёс.

них опытах б.. Л0°С. В области же низких температур масла, равно как и высоких, разность температур возросла до П...16°С. Это подтверждает влияние температуры масла на величину температурных градиентов в поверхностных слоях зубьев, которые существенно влияют на интенсивность и качество приработки.

Анализ изменения времени установления стабильной масляной плёнки ¿с, от нагрузки и температуры масла выявил следующую зависимость :

1Ст= 27,5 - 10,73С1 + 12г85Ср + 32,2х| + 12,ЗХ§ (мин). (22)

Наименьшее значение времени ЪСт при оптимальных нагрузочных режимах наблюдалось при температуре масла 45°С ("¿сщ- 24 мин), но интенсивность роста площади фактического контакта в зацеплении, характеризующаяся отношением была максимальной при Тм = 60 °6 ¡, 27 мин, ^Дзд = 2,91, а при Тм = 45°С £/4»- 2,85). Если же учесть влияние температуры масла на все параметры приработки, то рациональным является интервал 55..,65°С (рис. 4), поддер-

Яцмш цг

Рис. 4.

Изменение износных характеристик зубчатых колёс от температуры.

нанне которого при обкатке зубчатых передач способствует ускорению их приработки, одновременно повышая износостойкость ЗК. Известно, что снижение шероховатости поверхностей зубьев, которое при лабораторных испытаниях составило с 1,8 до 0,55 мкм, даёт увеличе-

ние предела контактной выносливости на 255б, а предела изгибнсй ш-носливости на 1755.

Сложный характер влияния температуры масла на приработку зубчатых зацеплений обусловлен изменением как параметров смазочной среды за счёт изменения её вязкости, так и изменением свойств поверхностных слоёв контактирующих деталей за счёт формирования определённых температурных градиентов. ••

По результатам исследований даны рекомендации по выбору режимов обкатки механических КПП с модулем зацепления /Я» 4..,6 мм : современных сельскохозяйственных тракторов и комбайнов. Обкатка на масле ТАп-15В при температуре 55...65°С с добавлением в него порошка капрона (5...75Й по массе) позволяет ограничиться одноступенчатым режимом нагружения с величиной крутящего момента до 7555 от номинального для КПП тракторов Т-4А. и ЮМЗ-6М и для высших передач КПП тракторов ДТ-75М, Т-40А (5...7 передачи), МТЗ-80 (2 ступень редуктора). Для низших, более нагруженных, передач следует ' применять двухступенчатый режим нагружения с начальным значением ¿1Кр не более 5055 от номинального, с целью избежать повреждения рабочих поверхностей зубьев. Время обкатки на каждой передаче до 25 мин при частоте вращения первичного вала 1000мин~*.

5. Результаты исследований ускоренной стендовой обкатки коробок передач зерноуборочного комбайна СК-5М "Нива"

Для обкатки КПП комбайна СК-5М "Нива" в условиях ремонтного предприятия был изготовлен стедц с замкнутым силовым контуром, ■ позволивший по сравнению с тормозными стендами значительно снизить мощность привода, составившую II кВт. Стенд имеет систему автоматического регулирования температуры обкаточного масла в пределах 55.. ,65°С. В конструкции стевда применён нагружатель нового типа (патент 1778603), который позволил освободиться.от стендовоп балластного редуктора, благодаря возможности вращения входного I (рис.5) и выходного2валов с различными угловыми скоростями. Нагружатель изготовлен на базе двух конических дифференциалов 3 заднеп моста автомобиля, корпуса и валы которых соеденены параллельно . тремя парами косозубых колёс 4. Нагрузка в контуре создаётся благодаря скручиванию входного вала относительно выходного, соединённых с первичным и вторичным валами обкатываемой КПП, при осево! перемещении косозубого колеса 5 с помощью гвдроцилливдра 8.

Разработанные режимы предусматривают ведение обкатки на 1-й

передаче при значении крутящего момента на первичном валу КПП

Hj-j » 60 Н*м» что соответствует 75$ от номинального, а на 2-й и------------

3-й передачах по двухступенчатой схеме при MRp, составляющем 50 и 7555 от номинального, что для 2-й передачи равно 105 и 160 Н-м, а для 3-й - 195 и 290 Н-м. Общее время обкатки - 2 часа. Смазочная еидкость - трансмиссионное масло ТАп-15В с добавлением 6% от масса порошка капрона.

* * 3 * 1 Рис. 5.

Нвгружатель обкаточного стенда: I - входной вал; 2 - выходкой вал; 3 - дифференциал; 4 - неподвижно-защеплённое зубчатое колесо;

5 - подвижное зубчатое колесо;

6 - упорный подшипник; 7 - корпус подшипника; 8 - гидроцилиндр.

Обкатка по разработанной технологии КПП, отремонтированных в Лунинском РШ Пензенской области, показала, что приработка зубчатых зацеплений протекает быстрее в 2...2,5 раза по сравнению с обкаткой на масле без полимерных добавок и регулирования его температуры. При этом площадь пятна контакта в зацеплении второй передачи за 45 тн обкатки увеличилась с 20,5...37,9% до 71,1...84,5%. В КПП, обкатанных на масле без добавок и терморегулирования, увеличение площади составило с 21,9...27,4% до 43,2...47%.

Стендовые испытания обкатанных КПП на номинальных нагрузочных режимах' выявили более интенсивный рост температуры в КПП, обкатанных на масле без добавок и терморегулирования, которая за 2 часа испытаний выросла с I8...I9°C до 61...65°С. В коробках, обкатанных по предложенной технологии, температура увеличилась с 18...20°С до 49...54°С.

Проведённые испытания показали, что разработанная технология позволяет за 2 часа стендовой обкатки полностью подготовить зубчатые зацепления КПП К:эксплуатации на номинальных нагрузочных режимах. А известная зависимость ресурса ЗК до начала усталостного выкрашивания от площади пятна контакта свидетельствует об увеличении предела их контактной выносливости по сравнению с ЗК, приработанными по типовой технологии, на 70 %.

6. Экономическая эффективность внедрения в производство полученных результатов.

Предложенная технология внедрена ■ в РТП "Лунинское" Пензенс-

кой области. Расчёты показывают, что внедрение обкаточного стецдй новой конструкции за счёт снижения его металлоёмкости и мощности привода, а также благодаря наличию системы терморегулирования, даёт годовой экономический эффект при годовой программе 500 КПП в размере около 1,7 млн. руб.

ОБЩИЕ ВЫВОД Ы

1. Приработка зубчатых передач трансмиссий сельскохозяйственной техники не завершается за период 1фатковременной стендовой обкатки на режимах, установленных: действующими техническими требованиями на капитальный ремонт, поэтому необходима разработка мероприятий по ускорению и повышению качества приработки.

2. Теоретически обосновано наличие интервала рациональных температур полимерсодержещего смазочного материала, при поддержании которого приработка зубчатых передач протекает с наибольшей интенсивностью за счёт снижения толщины масляной плёнки, повышения пластифицирующей способности среды и формирования определённых температурных градиентов в поверхностных слоях деталей.

3. Реализованный способ измерения износа цилиндрических поверхностей деталей является дальнейшим развитием метода искусственных баз, которые выбираются на неизнашиваемой поверхности, что повышает точность измерений и позволяет измерять износ при пласти ческом деформировании и наличии в мгсл.е плёнкообразующих присадо

4. Наибольшее влияние на приработку роликовых стальных образцов в полимерсодержащей смазочной жидкости оказывает нагрузка и температура масла. Износостойкость образцов, приработанных при температуре 55..58°С, в 3 раза выше износостойкости образцов, приработанных на тех же нагрузочных режимах, но без добавки полимера в масле и без терморегулирования.

5. При поддержании рациональных температур 55...58°С интенсивность приработки стальных образцов является наибольшей при невысоких значениях приработочных износов (сПр =6,5 мкм), наименьшей шероховатости поверхностей = 0,69 мкм) к существенном уменьшении глубины поверхностных слоев деталей Сна 50...100 мкм) переуплотнённых в результате пластической деформации.

6. Экспериментально установлено, что поддержание температур масла ТАп-Х5В с добавкой по массе порошка капрона, в интервале рациональных значений 55...65°С позволяет весле обкатку зубчатых зацеплений с модулями Я7 • 4...6 мм, широко раецрестраненшх в трансмиссиях сельскохозяйственной технике, аре фарорсвежшх

зниях крутящих моментов (50...75%'от номинальных). Достигаемое ри этом снинекие шероховатости рабочих поверхностей зубьев увенчивает пределы их контактной и кзгкиной выносливости ссотз.j-знко на 25% и 17% по сравнению с неприработанными колёсами.

7. Для обкатки КПП зерноуборочных комбайнов СК-5М "Нива" иэ-этовлен стенд с замкнутым силовым контуром, с системой автсмгтк-еского- поддержания рационального температурного режима и с наг-ртателем новой конструкции, которая защищена патентом и поэволя-т вести обкатку без балластного редуктора, тем самьгц снижая зат-?.тп электрической энергии и приводную мощность, которая равна II Вт. ■

8. Разработаны нагрузочные режимы стендовой обкатки КПП ксм-айнов СК-5М "Нива", позволяющие в 2...2,5 раза ускорить прира-отку зубчатых зацеплений по сравнения с режимами, регламентное-анными существующими техническими требованиями, и за 30...45 мин бкатки на каждой передаче полностью подготовить их к восприятия |КСплуатацио$шых нагрузок, обеспечивая увеличение площади пятна :онтакта е 20,5. . .37,9 % до 71,1.. .84,5 % от номинальной5 что повышает предел контактной выносливости на 70 %.

9. Годовой экономический эффект от внедрения разработанной технологии ускоренной стендовой обкатки КПП зерноуберочгах коиЗ«:'.-iOB СК-5М "Нива" в Лунинском РШ Пензенской области при преград.-:? ЮО коробок составил около 1,7 млн.руб. (з ценах на I.IE.95г.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих заботах:

1. Меньшов В.Г. К методике определения износа стальных образцов в присутствии полимерных присадок // Совершенствование технологии ремонта отдельных узлов тракторных и комбайновых дизелей: Зборник научных работ Саратовского СХИ им. М.И. Вавилова. - Саратов, 1991. - С. 125-134.

2. Меньшов В.Г. Стенд для обкатки узлов трансмиссий тглхтср-ь-и автомобилей: Информ. листок 5f 283-91. - Пенза: ЦИТИ, I9SI. - 4с.

- 3. A.c. I7690S0, МКЙ5 & 01;/ 3/56. Способ определения износа цилиндрической поверхности / П.А. Власов, В.Г. Меньшов (СССР).-5с.

4. Меньшов В.Г. Прибор для определения величины износа: Информ. листок F 205-92. - Пенза: ЦНТИ, 1992. - 4 с.

5. Патент 1778603 РФ, МКИ5 G 0IM 13/02. Нагружатель для испытательных стеццов / П.А.Власов, В.Г.Меньшов (РФ).-З с.

6. Меньшов В.Г. Влияние температуры масла на прирабатывае-мость зубчатых зацеплений в присутствии полимерных добавок // . Творчество молодых - агропромышленному комплексу: Тез. дояau hé конф. II - 13 мая 1992 г. - Пенза, 1992. - С. 68-897. Власов П.А., Меньшов В.Г. Способ определения наноса У/ Заводская лаборатория. 1993. - № 10. - С. 35.

8. Власов П.А., Меньшов В.Г. Ускоренная приработка зубчата зацеплений // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1995. - № 5-6. - С. 26-27.

9. Власов П.А., Меньшов В.Г. Ускорение приработки зубчатыз зацеплений терморегулированием смазочной среды // Тез. докл. науч. конф. Пензенского СХИ. - Пенза, 1995. - С. 32-33.