автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Снижение интенсивности абразивного изнашивания тракторной силовой передачи применением компенсатора герметичности

п / 1 Г] (1 С..... I г

СУ1 * ^ ^ ^ - ч ;

Самарская государственная сельскохозяйственная академия

На правах рукописи

Ленивцев Александр Геннадьевич

СНИЖЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ АБРАЗИВНОГО ИЗНАШИВАНИЯ ТРАКТОРНОЙ СИЛОВОЙ ПЕРЕДАЧИ ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЕНСАТОРА ГЕРМЕТИЧНОСТИ

Специальность 05.20.03 "Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники"

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент Болдашев Г.И.

Самара -1999

Содержание

Реферат 4

Введение 5

1. Состояние вопроса и задачи исследований 9

1.1. Влияние эксплуатационных факторов на изнашивание деталей 9 тракторных силовых передач

1.2. Анализ изменения основных свойств трансмиссионных масел в 17 условиях эксплуатации

1.3. Анализ методов диагностики и технического обслуживания 26 смазочных систем

1.4. Конструктивные методы улучшения герметичности силовых 31 передач

1.5. Цель, задачи и программа исследований 34

2. Теоретическое обоснование абразивной агрессивности режима 38 смазывания силовой передачи в условиях эксплуатации

2.1. Обоснование схемы взаимосвязи параметров, действующих на 38 силовую передачу

2.2. Анализ методов активного воздействия на скорость изнашивания 42 деталей и срок службы трансмиссионного масла

2.2.1. Оценка абразивного изнашивания деталей силовой 42 передачи в эксплуатационных условиях

2.2.2. Влияние параметров компенсатора герметичности на 44 воздухообмен силовой передачи

2.2.3. Изменение процесса накопления механических примесей в 48 масле с учетом компенсатора герметичности

2.2.4. Влияние герметичности силовой передачи на процесс 53 окисления масла

2.3. Обоснование рационального режима смазывания тракторной 54 силовой передачи

3. Методика исследований 60 3.1. Общая методика исследований 60

3.2. Методика лабораторных и экспериментальных исследований 63 компенсатора герметичности

3.3. Технические средства, метода отбора и анализа проб масла 70

3.4. Методика оценки эксплуатационных свойств трансмиссионного 72 масла

3.5. Методика оценки уровня фильтрования масла 77

3.6. Методика стендовых износных испытаний силовых редукторов 80

3.7. Методика эксплуатационных испытаний тракторов при разных 83 режимах смазывания

4. Результаты экспериментальных исследований режимов смазывания 88

тракторной силовой передачи

4.1. Экспериментальное обоснование и методика расчета параметров 88 компенсатора герметичности

4.2. Лабораторная оценка уровня фильтрования трансмиссионного 93 масла

4.3. Результаты сравнительных стендовых испытаний редукторов 98

4.4. Изменение качества масла при наличии компенсатора 100 герметичности силовой передачи трактора Т-4А

4.5. Анализ опережающего изнашивания деталей силовых передач 108 тракторов Т-4А в условиях эксплуатации

5. Практическое использование и экономическая эффективность 113

результатов исследования

5.1. Экспериментальное обоснование рациональных режимов ИЗ смазывания силовой передачи

5.2. Технико-экономические показатели результатов исследований 118

5.3. Номограмма и технические рекомендации по выбору рациональ- 124 ного режима смазывания силовой передачи трактора Т-4А

Общие выводы 130

Литература 133

Приложения 147

4

Реферат.

Диссертационная работа изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц, 33 рисунка, список использованной литературы из 173 наименований, в том числе 7 на иностранных языках и 19 приложений.

В диссертации обоснована актуальность совершенствования режимов смазывания тракторных силовых передач применением компенсатора герметичности и фильтрования масла с целью снижения абразивного изнашивания деталей.

Применительно к силовой передаче разработан метод анализа взаимосвязи параметров режима смазывания. Теоретически и экспериментально исследовано влияние герметичности на процессы окисления трансмиссионных масел и загрязнения их механическими примесями с точки зрения критериев совершенствования триботехнической системы: скорость изнашивания деталей с опережающим износом, срок службы трансмиссионного масла и экономические затраты на совершенствование режима смазывания. Обоснована возможность использования интегрального накопления абразивных частиц в масле, как показателя качества смазывания и остаточного ресурса силовой передачи.

Аналитически и экспериментально разработана конструкция и обоснован метод расчета компенсатора герметичности, определены его основные параметры для силовых передач сельскохозяйственных тракторов. Оценены предельные значения уровня герметичности по величине диаметра эквивалентного отверстия и загрязнения трансмиссионного масла абразивными частицами. В процессе исследований разработаны и внедрены в производство следующие методы и технические средства улучшения режимов смазывания силовой передачи:

- конструкция и метод расчета компенсатора герметичности;

- метод и технические средства контроля герметичности силовой передачи в эксплуатационных условиях;

- номограмма и схема технического обслуживания смазочных систем тракторных силовых передач.

Экономическая оценка рациональных режимов смазывания силовых передач выявила годовую экономию удельных затрат на 12,8...13,8% при использовании компенсаторов герметичности и периодического фильтрования масла в процессе эксплуатации.

Введение.

Долговечность трактора, как основного энергетического средства сельскохозяйственного производства, определяется сроком службы его сборочных единиц. В условиях рядовой эксплуатации ресурс трактора в значительной степени характеризуется техническим состоянии его силовой передачи, включающей несколько последовательно соединенных зубчатых передач (редукторов).

Показатели работоспособности и долговечности силовой передачи зависят от ее конструктивно-технологических параметров, определяющих потенциальные свойства конструкции, и эксплуатационных факторов, определяющих скорость изменения данных свойств с учетом условий работы: изменения нагрузочно-скоростных и температурных режимов, качества технического обслуживания и т.д. Основным фактором, ограничивающим долговечность силовой передачи, является износ деталей.

В связи с этим приобретает важное значение поиск новых эффективных путей сохранения потенциальных свойств конструкции в эксплуатационных условиях, где актуальным и эффективным является обеспечение рационального режима смазывания поверхностей трения деталей. При характерных для тракторных силовых передач неустановившихся нагрузочно-скоростных и температурных режимах работы важными параметрами рационального режима смазывания являются: уровень загрязнения трансмиссионного масла механическими примесями, доля абразивных частиц в обхцих механических примесях, скорость окисления масла и изменение его физико-химических свойств.

Качественное смазывание тракторной силовой передачи в процессе эксплуатации усложняется снижением герметичности ее сборочных единиц ввиду износа и нарушения уплотнений, а также значительной запыленностью окружающей среды. Снижение герметичности увеличивает воздухообмен в элементах силовой передачи, что ускоряет окисление трансмиссионного масла и загрязнение его механическими примесями, являющимися основной причиной абразивного изнашивания деталей. Воздухообмен с окружающей средой повышает утечки трансмиссионного масла, вызывающие экологическое

загрязнение почвы. Отмеченные факторы требуют качественное техническое обслуживание смазочной системы силовой передачи. Учитывая, что сельское хозяйство потребляет до 50% расходуемых в стране смазочных материалов, важным фактором рационального режима смазывания силовой передачи является всестороннее обоснование методов увеличения срока службы трансмиссионного масла.

Для устранения отмеченных недостатков выдвинута гипотеза о возможности использования компенсатора герметичности и периодического фильтрования трансмиссионного масла при техническом обслуживании трактора, как методов конструктивного и технологического воздействия на параметры режима смазывания силовой передачи, обеспечивающего снижение абразивного изнашивания деталей и увеличение срока службы масла.

Данные исследования проводились в соответствии с программой Государственного Комитета по науке и технике №0.51.13 "Разработать и внедрить энергосберегающие технологические процессы, машины и оборудование, осуществить организационно-технологические мероприятия, обеспечивающие повышение экономии топливно-энергетических ресурсов", соисполнителем раздела №02.01 (Т1,Т2,Тб) которой является Самарская государственная сельскохозяйственная академия. Экспериментальные исследования проводились в научной лаборатории химмотологии кафедры "Тракторы и автомобили" и сельскохозяйственных предприятиях Самарской области.

Цель работы - снижение интенсивности абразивного изнашивания деталей и увеличение срока службы трансмиссионного масла конструктивным и технологическим воздействием на процесс воздухообмена силовой передачи с окружающей средой.

Объектом исследований принят процесс накопления механических примесей в полости тракторной силовой передачи с учетом действии компенсатора герметичности.

Предметом исследований является установление взаимосвязи параметров, характеризующих абразивное изнашивание ресурсоопределяющих шестерен и срок службы масла при разных уровнях герметичности силовой передачи.

Исследования проводились параллельно теоретическими и экспериментальными методами.

Теоретические исследования направлены на анализ факторов, влияющих на процесс накопления механических примесей в трансмиссионном масле и определяющих абразивную агрессивность режима смазывания силовой передачи. С этой целью рассмотрен механизм влияния компенсатора герметичности на воздухообмен силовой передачи с окружающей средой, установлены взаимосвязи уровня герметичности с содержанием механических примесей и скоростью окисления масла. Выдвинута гипотеза использования интегрального накопления механических примесей в масле в качестве диагностического параметра абразивной агрессивности режима смазывания.

Проверка и подтверждение теоретических разработок осуществлялись в экспериментальных исследованиях. В лабораторных и эксплуатационных условиях обоснованы параметры компенсатора герметичности. Экспериментальные зависимости скорости изнашивания шестерен с опережающим износом и изменение физико-химических и эксплуатационных свойств масла при разных уровнях герметичности исследовались в эксплуатационных условиях с использованием компенсатора герметичности и периодического фильтрования масла при техническом обслуживании тракторов.

Научная новизна решения поставленной цели заключается в теоретическом раскрытии и экспериментальном подтверждении активного воздействия компенсатора герметичности на процесс воздухообмена силовой передачи с окружающей средой

Обоснована возможность использования интегрального накопления механических примесей в масле для оценки абразивной агрессивности режима смазывания тракторной силовой передачи.

Практическая ценность проведенных исследований определяется: конструктивной разработкой и расчетом основных параметров компенсатора герметичности для силовых передач современных сельскохозяйственных тракторов; предложенным методом оценки уровня герметичности силовой передачи в эксплуатационных условиях; обоснованием режима технического обслуживания смазочной системы и номмограм ресурсной оценки силовой

передачи трактора Т-4А и трансмиссионного масла ТМ-2-18 при разных режимах смазывания с использованием компенсатора герметичности и периодического фильтрования трансмиссионного масла при техническом обслуживании трактора.

Внедрение результатов исследований проводилось в процессе эксплуатационных испытаний в трех хозяйствах Самарской области. Мероприятия осуществлялись путем оборудования силовых передач тракторов Т-4А компенсатором герметичности (8 шт.), средствами контроля уровней герметичности силовой передачи (3 комплекта) и организации технического обслуживания смазочных систем силовых передач по предлагаемой схеме. Конструкция компенсатора герметичности тракторной силовой передачи зарегистрирована в качестве заявки в Государственном Комитете по изобретениям и принята к рассмотрению.

На запгиту штхжгя:

1. Математическая модель процесса накопления механических примесей в трансмиссионном масле при разных уровнях герметичности тракторной силовой передачи.

2. Метод снижения воздухообмена силовой передачи с окружающей средой применением компенсатора герметичности и обоснование его основных параметров, а также метод контроля уровня герметичности тракторной силовой передачи в эксплуатационных условиях.

3. Интегральное накопление абразивных примесей в трансмиссионном масле, как показатель абразивной агрессивности режима смазывания силовой передачи.

4. Система технического обслуживания смазочной системы тракторной силовой передачи с использованием номограммы ресурсной оценки трансмиссионного масла.

I. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Влияние эксплуатационных факторов на изнашивание деталей тракторных силовых передач.

Силовые передачи сельскохозяйственных тракторов работают в тяжелых условиях, которые характеризуются переменными температурными и нагрузочно-скоростными режимами работы, динамическим характером приложения нагрузки, высокими контактными напряжениями на рабочих поверхностях, высокой запыленностью окружающей среды и др.

Как известно из практики, при эксплуатации гусеничных тракторов на сельскохозяйственных работах 25...30% всех неисправностей и отказов приходится на силовую передачу. Процентное соотношение отказов в агрегатах трансмиссии по данным Г. П. Лигвиненко [77] следующее: коробка передач 44...45%, главная передача 14...25%, конечная передача 12...18%, подшипники И...20%.

Исследованиями [14,27,128,146] было доказано, что основной причиной выхода из строя тракторных трансмиссий являются различные виды износа деталей. По классификации, разработанной Б.И.Костецким [64], основными видами износа являются: окислительный износ, износ схватыванием 1 рода, износ схватыванием 2 рода, абразивный износ, усталостный износ и фреттинг-процесс. С точки зрения надежности работы все виды трансформации поверхностей контакта подразделяются на допустимые и патологические.

Ограничение срока службы зубчатых колес по М.М. Хрущову [152] происходит вследствии повреждения рабочей поверхности зубьев из-за выкрашивания (питтинга), пластической деформации поверхностного слоя, задиров, абразивного изнашивания, поломки зубьев, возникновения трещин в поверхностном слое, поскольку трущиеся поверхности деталей зубчатых передач и подшипников качения подвергаются высоким удельным нагрузкам в процессе эксплуатации [48,56,66,78,133].

Результаты исследований агрегатов трансмиссии и ходовой части тракторов Т-4А, поступивших в первый капитальный ремонт [5], свидетельствует о том, что увеличение скорости изнашивания в условиях

реальной эксплуатации сильнее проявилось для шестерен реверс-редуктора, коробки передач, подшипников опорных катков и их уплотнений. Характерными причинами выбраковки деталей трансмиссии и ходовой части трактора Т-4А явился износ и выкрашивание рабочих поверхностей трения шестерен и валов, износ деталей уплотнений, торцевой износ зубьев подвижных шестерен, увеличение радиального зазора подшипников, образование трещин в корпусных деталях, износ посадочных мест и резьбовых соединений[ 145].

Д.Н. Гаркунов в своей работе [28] отмечает, что срок службы тракторных трансмиссий до ремонта составляет 2500...3500 часов, а шестерни бортовых передач работают до замены не более 2000...2500 часов. По данным исследований [5] средняя наработка силовой передачи трактора Т-4А до поступления в капитальный ремонт составила 4750 моточасов. Исследованиями также установлена неравнопрочность сборочных единиц силовой передачи, что лимитирует их регламентированный срок службы техническим состоянием деталей с опережающим износом. Некоторое расхождение экспериментальных данных объясняется, очевидно, различием условий эксплуатации и особенностями регионов испытаний.

Равнопрочность сборочных единиц, наряду с повышением надежности и долговечности, способствует оптимизации материалоемкости тракторной силовой передачи и обусловлена структурно-логической взаимосвязью конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов. Анализ исследований [5,87,89,107,128,138,147] позволяет представить данную взаимосвя