Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Литературный обзор .13
1.1 Особенности условий работы подшипниковых узлов машин.. 13
1.2 Состояние и перспективы применения антифрикционных материалов для подшипников скольжения .21
1.3 Роль серы и сульфидов в узлах трения скольжения 29
1.4 Самосмазывающие материалы покрытия и их свойства 31
1.5 Заключение 34
ГЛАВА 2 Экспериментальная часть
2.1 Характеристика исходных компонентов... 36
2.2 Методика получения образцов для испытаний
2.2.1 Планирование состава и режимов изготовления композиций .38
2.2.2 Оборудование для изготовления и испытания материалов 41
2.2.3 Методика формирования и получения образцов для испытаний
2.3 Характеристика методов испытаний .46
2.3.1 Определение механических свойств 46
2.3.2 Определение износостойкости 47
2.3.3 Определение теплостойкости 48
2.3.4 Методика определения тепловых изменений натурных образцов 48
2.3.5 Эксплуатационные исследования подшипников скольжения 49
2.4 Заключение 53
ГЛАВА 3 Результаты исследований и их обсуждение 54
3.1 Обоснование составов антифрикционных композиционных материалов для подшипников скольжения .54
3.2 Термодинамический анализ составов композиционных материалов 59
3.3 Расчет характеристик подшипников скольжения по заданным физико-механическим свойствам поверхности трения
3.3.1 Расчет по критерию прочности 66
3.3.2 Расчет по критерию износостойкости .68
3.3.3 Расчет по критерию теплостойкости 70
3.4 Расчет оптимальных зазоров 71
3.5 Исследование влияния режимных параметров получения и состава на механические свойства композиционных материалов 73
3.5.1 Влияние температуры термообработки на прочность и плотность образцов 74
3.5.2 Влияние давления прессования на прочность и плотность образцов .76
3.5.3 Влияние времени термообработки на прочность и плотность образцов 78
3.5.4 Влияние дисперсности наполнителей на прочность и плотность образцов 80
3.5.5 Влияние состава на прочность образцов 82
3.6 Определение физико-механических характеристик композиций 84
3.7 Исследования влияния нагрузки и продолжительности на массовый износ композиций .89
3.8 Исследование влияния нагрузки и продолжительности на температуру нагрева .91
3.9 Заключение .93
ГЛАВА 4 Разработка технологии изготовления подшипников скольжения .96
4.1 Разработка технологического процесса изготовления серографитовых подшипников скольжения 96
4.2 Результаты эксплуатационных испытаний .98
Основные результаты и выводы .101
Список использованной литературы
- Состояние и перспективы применения антифрикционных материалов для подшипников скольжения
- Планирование состава и режимов изготовления композиций
- Расчет характеристик подшипников скольжения по заданным физико-механическим свойствам поверхности трения
- Результаты эксплуатационных испытаний
Введение к работе
Актуальность темы. В процессе эксплуатации изделий машиностроения, в том числе сельскохозяйственной техники, подшипниковые узлы машин и механизмов подвергаются воздействию различных факторов (повышенная запыленность, влажность воздуха, органические кислоты, атмосферные осадки и др.), приводящих к заметному абразивному износу подшипников и снижению их надежности и работоспособности.
Известно, что предельное значение концентрации абразивных частиц в смазочных материалах составляет 1,5-2%. При превышении этого значения подшипниковые узлы промывают и полностью заменяют смазку в процессе ремонта, а в труднодоступных для смазывания местах подшипники заменяют новыми. В таких условиях использование традиционных антифрикционных материалов не может обеспечить длительную работоспособность подшипниковых узлов вследствие высокого трения и износа. Повысить стойкость к абразивной среде возможно путем использования узлов сухого трения скольжения без смазывания консистентными смазками за счет применения самосмазываемых композиционных материалов. В связи с этим в подшипниковых узлах сельскохозяйственных машин, работающих в условиях воздействия абразивной и коррозионной сред, целесообразно применять самосмазывающиеся подшипники скольжения на основе полимерных композиционных материалов. Однако композиционные материалы, применяемые для изготовления подшипников, имеют недостаточно высокие технологические и эксплуатационные свойства.
Одним из перспективных направлений в машиностроении является
разработка и применение в подшипниковых узлах композиционных материалов,
в том числе на основе серного связующего и дисперсных наполнителей
неорганической и органической природы. Во-первых, это обусловлено тем, что
сера является отходом нефтеперерабатывающих производств, во-вторых,
в качестве наполнителей применяются доступные и сравнительно дешевые
продукты, в том числе промышленные отходы, например в виде древесной муки,
квалифицированное использование которых позволяет одновременно решить
технические, экономические и экологические вопросы. Поэтому комплексные
исследования, направленные на разработку составов и технологий получения
многокомпонентных износостойких серографитовых композиционных
материалов (СГКМ) и изделий на их основе, являются актуальными.
Степень разработанности. Большой вклад в разработку теоретических и практических основ получения антифрикционных композиционных материалов, способов повышения их износостойкости и прочности, исследования механизмов трения и износа внесли Алибеков С.Я. Довыденков В.А., Готлиб Е.М., Шалунов Е.П., Смирнов В.М, Крагельский И.В., Воронков Б.Д., Чичинадзе А.В., Буше Н.А., Карасик И.И., Семенов А.П., Позняк Э.Л., Гриб В.В., Памфилов Е.А., Любарский И.М., Белый В.А., Белый А.В., Погосян А.К., Мышкин Н.К., Гороховский Г.А., Свириденок А.И., Адигамов Н.Р., Фасхутдинов Х.С., Шайхутдинов Р.Р., Купчинов Б.И., Курчаткин В.В., Ли Р.И., Пучин Е.А., Баусов А.М., Гвоздев А.А. и многие др.
Цель работы. Разработка оптимальных составов и технологии получения серографитовых композиционных материалов с заданными эксплуатационными свойствами для изготовления подшипников скольжения.
Достижение цели потребовало решения следующих задач:
- обосновать составы композиционных материалов и разработать критерии
выбора компонентов СГКМ для изготовления подшипников скольжения с
использованием термодинамического анализа;
- установить интервалы оптимального сочетания и соотношения компонентов, а
также технологические параметры получения СГКМ с заданными
эксплуатационными свойствами, обеспечивающими возможность их использования
для изготовления подшипников скольжения;
- провести комплексное исследование базовых свойств серографитовых
композиционных материалов и выявить закономерности их изнашивания при
различных режимных параметрах;
- определить оптимальные режимные параметры технологического процесса
изготовления подшипников скольжения из СГКМ и провести оценку технико-
экономической эффективности их применения в узлах сельскохозяйственной
техники.
Объекты исследования. Композиционные материалы на основе серного связующего и дисперсных наполнителей, технологии их получения, процессы износа и трения в подшипниках скольжения.
Методология и методика исследования. При выполнении диссертационной
работы были выбраны стандартные методики исследований свойств
композиционных материалов. Для оптимизации составов и технологии получения композиций использован метод планирования многофакторного эксперимента и регрессионного анализа полученных данных с использованием программы «Statistica 6».
Научная новизна:
1.Разработаны и научно обоснованы оптимальные рецептуры и технология получения дисперсно-наполненных СГКМ с повышенными эксплуатационными свойствами для изготовления подшипников скольжения.
2. Определены и описаны закономерности влияния содержания, соотношения
и дисперсности компонентов, температуры, давления и времени прессования на
базовые свойства СГКМ и изделий на их основе.
3. Разработана технология производства СГКМ путем формования и
термической обработки композиций на основе серного связующего, порошков
алюминия, меди, оксида железа и древесной муки, обеспечивающих требуемые
эксплуатационные свойства материалов.
Теоретическая и практическая значимость работы.
-
Обоснована и подтверждена эффективность использования в составе СГКМ дисперсных наполнителей различной природы при различных их сочетаниях и соотношениях.
-
Проведены комплексные исследования по определению оптимальных составов композиционных материалов для изготовления подшипников методом термодинамического прогнозирования.
3. Определены базовые физико-механические характеристики
и закономерности изнашивания СГКМ.
-
С использованием метода планирования многофакторных экспериментов получены уравнения регрессии, описывающие влияние составов и режимных параметров получения на свойства СГКМ и изделий на их основе.
-
Полученные результаты исследования апробированы в реальных условиях эксплуатации сельскохозяйственной техники.
На защиту выносятся следующие основные положения.
1. Экспериментальное и теоретическое обоснование возможности
использования подшипников скольжения из СГКМ в рабочих узлах
сельскохозяйственных машин.
2. Результаты экспериментальных исследований базовых эксплуатационных
свойств СГКМ при различных режимах испытаний.
3. Обоснование и оптимизация режимов работы подшипникового узла
с использованием многофакторного эксперимента.
-
Технология изготовления и сборки подшипникового узла с деталями, изготовленными из СГКМ.
-
Обоснование практических рекомендаций по использованию СГКМ для изготовления подшипников скольжения и оценка технико-экономической эффективности их применения в узлах сельскохозяйственных машин.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на: ежегодных научных конференциях Казанского ГАУ (Казань, 2007-2017); Международной НТК «Энергетика-2008: инновации, решения, перспективы», Казанский ГЭУ (Казань, 2008); Всероссийской НПК молодых ученых «Повышение эффективности растениеводства и животноводства – путь к рентабельному производству», ГНУ «ТатНИИСХ» РАСХН (Казань, 2008); Международной НПК «Аграрная наука в инновационном развитии АПК», Башкирский ГАУ (Уфа, 2016). По теме диссертации выполнены две НИОКР в рамках конкурса «У.М.Н.И.К.» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Казань, 2012, 2013). В 2012, 2013 и 2016 годах автор работы являлся победителем конкурса «50 лучших инновационных идей», в 2014 г. конкурса «Грант молодым ученым Казанского ГАУ».
Реализация работы. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе Казанского ГАУ при проведении учебных занятий при подготовке бакалавров и магистров.
Достоверность и обоснованность результатов и выводов исследований
подтверждаются воспроизводимостью и согласованностью экспериментальных
данных, полученных с применением независимых и взаимодополняющих методов
исследований, корректным использованием математического аппарата
и адекватностью разработанных моделей, согласованностью полученных данных с результатами известных исследований и их практической реализацией в производственных условиях.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 28 научных работ, в том числе 9 статей из перечня изданий, определенных ВАК РФ, получен 1 патент РФ на изобретение.
Личный вклад автора заключается в подготовке образцов, проведении экспериментальных исследований, построении математических моделей, анализе, обобщении и интерпретации полученных результатов, формулировке основных положений и выводов, опубликовании результатов исследований.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 128 наименований и приложения. Работа изложена на 140 страницах текста, включающих 13 таблиц и 42 рисунка.
Состояние и перспективы применения антифрикционных материалов для подшипников скольжения
Как уже было отмечено выше, абразивные материалы повышают интенсивность изнашивания узлов трения сельскохозяйственной техники. Абразивные частицы опасны для подшипников скольжения, в первую очередь тем, что при попадании их в узел трения они измельчаются вследствие дробления и, тем самым, обволакивают всю поверхность трения. Дробление частиц абразива можно исключить путем снижения предела текучести одного из материалов.
Характерной особенностью полимерных материалов и цветных металлов является повышенная способность к деформации, что позволяет избежать нежелательного дробления абразивных частиц. Если частицы абразива не разрушаются, то в контакте с этими материалами они не приводят к интенсивному изнашиванию [7,8].
При попадании абразивной частицы в контакт подшипника скольжения необходимо рассматривать систему: металл-абразив-композиционный материал. При этом процессы трения происходят соответственно в сопряжениях: металл-абразив, композиционный материал-абразив, полимер-металл. Поэтому необходимо обеспечивать минимальный износ полимера и металла, регулируя свойствами ж перечисленных сопряженных элементов.
В работах Буше Н.А. и Копытько В.В. показано [9,40], что основную роль при трибологическом взаимодействии пар трения играет совместимость материалов. При этом одним из основных требований является способность удерживать смазочный слой, а если этот слой разрушен, то необходимо учитывать способность сопротивляться схватыванию.
Материалы считаются совместимыми, если имеют хорошую прирабатываемость, разнородность для исключения возникновения схватывания, способность образовывать, удерживать и восстанавливать смазочную пленку, что характерно в первую очередь для неметаллических материалов [9].
Кроме совместимости материалы втулки должны обладать также высокими физико-механическими свойствами, в том числе прочностью на сжатие, твердостью, плотностью, модулем упругости, ударной вязкостью и др. характеристиками. Подшипники, работающие при эксплуатации в условиях динамического нагружения, должны также играть роль гасителя вибраций. Таким образом, для рационального и обоснованного выбора материалов необходимо учитывать не только комплекс технических свойств материалов, но и их себестоимость, технологичность и экологичность.
В связи с этим замена в узлах трения машин и механизмов антифрикционных металлов более дешевыми, доступными и долговечными неметаллическими композиционными материалами является актуальной задачей. Однако при выборе композиционных материалов необходимо иметь учитывать и ряд их недостатков. Например, низкая теплопроводность и теплостойкость композиционных материалов ограничивает значение допустимых скоростей и нагрузок на подшипник [8,9].Указанные недостатки можно устранить различными способами, в том числе путем повышения физико-механических и теплопроводных свойств материалов за счет введения в их состав различных дисперсных наполнителей.
Например, в работе [10] отмечается, что при наполнении фторопласта графитом можно повысить допускаемые значения pv в 5 раз при температуре ниже 250С. Очень распространенным методом повышения теплофизических и механических свойств материалов является армирование металлическимии синтетическими волокнами.
Например, в работе [11] разработан антифрикционный композиционный материал на основе фторопласта путем использования пространственного армирования, вследствие чего авторам удалось увеличить теплопроводность подшипника [12]. Теплопроводность можно повысить также конструктивно, например, путем нанесения тонкослойных покрытий на металлический подшипник, при этом значительно снижается коэффициент трения и повышается теплопроводность [3,12], Другим направлением изменения свойств является пропитка полученного спеченного пористого материала суспензией фторопласта [12]. Подшипники, пропитанные фторопластом, работают в условиях ограниченного смазывания и различных ударных воздействий. В работе [13] отмечено, что для повышения теплопроводности и термостойкости фторопласта можно вводить в его состав порошки алюминия и графита. Температура между трущимися поверхностями подшипника повышается вследствие больших сил трения. Если же при повышении температуры между трущимися поверхностями силы трения будут снижаться, то при этом возможно заметное снижение температуры. Для этого необходимо применять материалы, обладающие свойствами снижения сил трения при повышении температуры. Такими свойствами могут обладать материалы, способные выделять вещества, снижающие коэффициент трения. Если взять, к примеру, материал содержащий серу, то в процессе трения при высоких температурах и механическом воздействии сера способна образовывать сульфидные соединения [51,54]. В качестве такого материала может использоваться серографитовый композиционный материал, способный выделять в процессе трения серографитовую эмульсию на поверхность трения, что позволит значительно снизить температуру в зоне контакта трения.
Планирование состава и режимов изготовления композиций
Предел прочности при сжатии определяли на универсальной машине «QASAR100» в соответствии с ГОСТ 8462-85 «Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе».
Плотность определяли по ГОСТ 12730.1-78 «Методы определения плотности». Методика определения плотности заключается в следующем: образцы выдерживались на воде в течение двух часов для насыщения водой, затем протирались мягкой тканью, взвешивались на весах точностью 0,1 г. и погружались в сосуд с водой, заполненной до отвода. После погружения образца вода вытесняется по отводу, вытекает в мерный цилиндр и измеряя мерным цилиндром объем вытесненной воды определяли объем образца. Затем определяли плотность образца по выражению: p = m/V (2.7) где m - масса образца, r;V - объем вытесненной воды, мл. Водопоглощение определяли по ГОСТ 12730.3-78 «Метод определения водопоглощения». Водопоглощение рассчитывали по формуле (2.8): m -m ел сух Вп= x100% (2.8) mх где mт - масса влажного образца, т;mсуХ - масса сухого образца, г. При определении этой характеристики экспериментальная установка должна обеспечивать максимальное приближение к условиям работы подшипников скольжения. Испытание на трение и износ композиционных материалов проводили на машине трения 77-МТ1 по схеме: вал - частичный вкладыш при различных режимах. В качестве контртела были использованы сегменты из коленчатого вала клавишного механизма соломотряса комбайна серии «Енисей». Площадь контакта составляло 1 см2, скорость скольжения 0,5 м/с, нагрузка 12,5 кг/см2. Все испытания проводили в режиме воздушно-сухого трения при температуре не выше 80С, замеренной на расстоянии 1 мм от поверхности трения.
Определение величины износа сопряженных образцов проводили путем их взвешивания до и после испытания на аналитических весах 4 класса точности, позволяющих измерять отклонения в весе образцов до 0,0002 граммов. Контроль линейного износа проводили с использованием микрометра «МК-25»в соответствии с ГОСТ 6507-78, а массового износа с помощью аналитических весов «ВЛР-200»с ценой деления 0,0002 г.
Для исключения влияния влагосодержания на точность взвешивания предварительно проводили подготовку образцов, которая заключалась в промывке их в спирте и удалении влаги путем сушки в термошкафу при 50С в течение 30 мин. После этого образцы устанавливали на машину трения и проводили испытания при варьировании следующих факторов: температура нагрева зоны контакта трения скольжения, продолжительность работы; нагрузка на испытываемый образец; коэффициент трения в условиях работы воздушно-сухого трения.
Определение теплостойкости проводили по методу Мартенса на универсальной испытательной машине «QASAR100» с установленной на ней сушильным шкафом при постоянных температурах 20С, 40С, 60С и 80С со скоростью нагружения 20 мм/мин до начала разрушения образца. Испытания проводились на цилиндрических образцах размером 10x20 мм.
Измерение температуры поверхностей пар трения в процессе работы представляет большой практический интерес. Известно, что рабочая температура оказывает существенное влияние на работоспособность и долговечность подшипников скольжения. Очень часто из-за повышенного температурного режима происходит нарушение нормального режима работы подшипников скольжения. Это связано с малой теплопроводностью полимерных материалов и низкой температурой плавления, что может привести изменению физико-механических свойств с повышением температуры, в связи, чем и появляется острая необходимость достаточно точно и строго подходить к определению действительных температур, развивающихся между трущимися поверхностями.
Для определения и регистрации тепловых изменений, контрольных образцов процессе трения использовалась машина трения 77-МТ1, скорость скольжения 0,5 м/с и нагрузка 12,5 кг/см2. Контрольный образец устанавливается на специально изготовленном держателе, который жестко закреплен на стаканчике, присоединенным на нем грузом. Груз на контрольный образец передает усилие через рычажный механизм. Такой способ нагружения контрольных образцов обеспечивает требуемую величину планируемого усилия на образец.
Измерение средней рабочей температуры поверхностей трения в процессе исследования производилась хромель-копелевыми термопарами с помощью цифрового мультиметра «DT 830В», способной измерять изменение температуры в диапазоне от - 20 до +1357С. Термопары устанавливали путем высверливания в образце отверстий диаметром 0,6 мм на глубину 0,5 мм и приклеиванием их эпоксидным клеем. Схема установки термопар в контрольном образце представлена на рисунке 2.7.
С помощью такой схемы размещения термопар можно определить среднюю температуру по всему объему контрольного образца, а также температуру на расстоянии 1 мм от поверхности трения.
В процессе эксплуатации сельскохозяйственные машины, а частности зерноуборочные комбайны, часто выходят из строя по причине отказов подшипниковых узлов, что обусловлено их значительным абразивным и коррозионным изнашиванием. Для увеличения сроков службы, как правило, применяют дополнительную смазку или самосмазывающие композиционные материалы. Как уже было отмечено выше, во многих узлах трения сельскохозяйственных машин применялись древесные материалы, обладающие достаточно хорошими антифрикционными свойствами. Если взять, к примеру, зерноуборочный комбайн серии «Енисей», то на клавишном механизме соломотряса применялись древесные подшипники скольжения (рисунок 2.8), которые обладали сравнительно хорошими антифрикционными и демпфирующими свойствами, но плохой теплопроводностью.
Расчет характеристик подшипников скольжения по заданным физико-механическим свойствам поверхности трения
Применение серного связующего и дисперсных наполнителей позволяют получать композиционные материалы различного функционального назначения, в том числе для изготовления изделий машиностроения. При разработке композиционных материалов следует учитывать, что это сложный физико-химический и технологический процесс, базирующийся на таких направлениях полимерного материаловедения как механика, физикохимия, физика дисперсных систем и термодинамика. Основными факторами, определяющими эффективность модификации и свойства получаемых материалов, являются природа, содержание и соотношение компонентов, межфазное взаимодействие на границе их раздела, размеры и форма частиц. При получении таких композиционных материалов важно учитывать физико-химические взаимодействия, протекающие в процессе получения материалов и их эксплуатации [47-49].
Проблема конструирования композиционных материалов является чрезвычайно важной и достаточно сложной. В настоящее время имеется недостаточное обоснование количественных критериев и теоретических разработок, которые позволили бы научно обосновать требования к связующим и наполнителям. Следует отметить, что, даже зная характеристики связующего и дисперсных наполнителей, не представляется возможным точно предсказать свойства композиционных материалов заданного состава и подшипникового узла, изготовленного из данного материала в процессе эксплуатации.
Не менее важной проблемой является сохранение стабильности свойств композиционных материалов в процессе переработки, хранения и эксплуатации. Для обеспечения стабильности химического состава и структуры, композиционных материалов необходимо обеспечение стабильной связи между связующими (матрицей) и наполнителями.
Возможности варьирования химического состава связующего и наполнителей, а также физической структуры композиционных полимерных материалов открывают широкие перспективы для оптимального конструирования и создания новых материалов с заданным комплексом технических свойств.
Физико-механические свойства композиционных материалов, в первую очередь, зависит от их структуры, компонентами которых являются связующее и наполнители, а также межфазная область на границе раздела компонентов. Разрушение композиционных материалов обычно происходит между границами фаз, в большинстве случаев это граница связующее-наполнитель т.к. она является наиболее слабым звеном в композиции [47-49].Исходя из этого, можно утверждать, что для получения материалов с высокими прочностными характеристиками необходимо обеспечить при отсутствии внутренних напряжений высокую прочность физической связи на границе раздела фаз (компонентов). Этого можно достигнуть только при обеспечении смачивания связующего на поверхности дисперсного наполнителя и при оптимальном содержании и соотношении компонентов.
Известно [40], что смачиваемость поверхности наполнителя со связующим зависит от распределения макромолекул на поверхности и плотности их распределением на поверхностном слое. Если существует поверхность раздела и взаимодействие связующего и наполнителя, то это может привести к изменению пространственного расположения атомов в молекуле при граничном слое. Таким образом, наилучшее смачивание компонентов будет происходить при сильном поглощающем взаимодействии связующего и поверхности наполнителей.
Композиционные материалы на основе связующего и дисперсных наполнителей широко применяются для изготовления различных узлов трения. Поэтому в работе основное внимание уделяется вопросам создания самосмазывающихся композиций антифрикционного назначения.
Характерной особенностью таких материалов является то, что в них в качестве наполнителей наряду с металлами часто используют различные вещества органического и неорганического происхождения, обеспечивающие армирующие, усиливающие, самосмазывающие и другие эффекты. Это обуславливает необходимость рассмотрения специфических особенностей взаимодействия таких наполнителей с полимерной матрицей.
В композиционных самосмазывающихся материалах тип связующего определяет метод закрепления частиц твердой смазки в блоке детали. Кроме того, связующее предотвращает удаление частиц твердой смазки с трущихся поверхностей при их относительном перемещении, способствует более эффективному распределению наполнителя на поверхностном слое и по всему объему композиционного материала.
В качестве связующего при создании антифрикционных материалов следует применить полимерную серу, т.к. сера благодаря способности к потению в зоне контакта трущихся поверхностей, где происходит повышение температуры, способствует снижению износа и полностью исключает схватывание поверхностей.
Известно, что сера является активным веществом и относится к металлоидам с низкой удельной массой и температурами плавленияШ-118С и кипения 444,6С. Сера способна реагировать со всеми металлами с образованием сульфидов [50-54].
В качестве наполнителей при создании композиционных материалов используют твердые, жидкие и газообразные вещества органического и неорганического происхождения. Наиболее распространенные наполнители -твердые, представляющие собой высокодисперсные порошки, волокна, зерна различной формы, листы и др.
Результаты эксплуатационных испытаний
Результаты проведенных исследований использовались для восстановления и изготовления подшипниковых узлов комбайна «Енисей 1200». В частности, в работе изготавливались вкладыши для подшипников скольжения коленчатого вала клавишного механизма соломотряса. Выбор объекта, как уже было отмечено выше, обусловлен значительным износом коленчатого вала с серийными вкладышами из металлокерамического материала. Износ вала в процессе эксплуатации обусловлен тем, что, во-первых металлокерамический вкладыш по твердости превышает твердость вала, во-вторых вкладыши смазывают консистентными смазками во время сборки и смазка в процессе эксплуатации загрязняется.
В связи с этим была поставлена задача разработки композиционного материала, обеспечивающего низкий коэффициент трения скольжения при работе без смазки. Материал для создания вкладыша выбирался с учетом обеспечения необходимых физико-механических свойств в заданных эксплуатационных режимах и экономической эффективности при его восстановлении.
Для изготовления подшипника был выбран состав композиционного материала, состоящий из 20% серного связующего, 20% графита и 50% дисперсной муки. Технологический процесс изготовления вкладыша из СГКМ включает следующие операции:
Подготовка состава композиционного материала: - измельчение выбранных компонентов до порошкообразного состояния размером 0,2 мм по отдельности в шаровой мельнице барабанного типа (скорость вращения барабана 40 мин-1); - калибрование частиц путем просеивания через вибросито размером 0,2 мм; - дозирование в массовых % от общего объема, необходимого для изготовления вкладышей; - перемешивание в шаровой мельнице барабанного типа при скорости вращения барабана 40 мин-1 (перемешивание исходных компонентов происходит одновременно для их механоактивации). 2. Прессование в холодном состоянии в пресс-формах под давлением 75 МПа на гидравлическом прессе. 3. Спекание полуфабриката в печи при температуре 125С в течение 60 минут. 4. Прессование в горячем виде под давлением 75 МПа в течение 15 минут. 5. Распалубка форм и последующая механическая обработка для получения вкладышей необходимого размера. Общий вид разработанного вкладыша подшипника скольжения представлен на рисунке 4.1.
Общий вид вкладыша подшипникового узла из серографитового композиционного материала: а - вид слева, б - вид сверху, в - вид справа 4.2 Результаты эксплуатационных испытаний
Эксплуатационные испытания, проведенные в ООО «Калмурзино», подтверждают увеличение ресурса подшипников, изготовленных по разработанным технологическим процессам. После изготовления вкладышей из серографитового композиционного материала их устанавливали на ведомом коленчатом валу соломотряса в корпусе стандартного подшипника скольжения вместо металлокерамических вкладышей (рисунки 4.2 и 4.3).
Подшипниковый узел, установленный на клавишном механизме соломотряса (вид сбоку) Зерноуборочный комбайн Енисей 1200 с установленным вкладышем из серографитового композиционного материала проработал 700 мото-часов. За период эксплуатации отказов подшипников не наблюдалось, а штатные вкладыши после 350 часов работы начинали нагреваться и шуметь. После демонтажа штатных подшипников на поверхности коленчатого вала обнаружены задиры и следы износа (рисунок 4.4), а на подшипниках с серографитовым вкладышем вал не изнашивался и на поверхности вала образовывалась серографитовая пленка (рисунок 4.5).
Таким образом, на основании проведенных исследований и эксплуатационных испытаний можно рекомендовать для практического применения подшипниковый узел с вкладышем из серографитового композиционного материала к эксплуатации в полевых условиях на клавишном механизме соломотряса зерноуборочного комбайна Енисей 1200.