Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. КОНСТРУКЦИЯ И НАДЕЖНОСТЬ ПОДШИПНИКА БАЛАНСИРА ХОДОВОЙ
ЧАСТИ БАЗОВОЙ МАШИНЫ 12
1.1. Особенности конструкции узла балансира ходовой части і з
Требования, предъявляемые к узлу балансира ІЗ
Конструкция узла балансира и условия работы 14
Свойства материалов и особенности технологии изготовлении деталей узла балансира 19
1.2. Надежность серийного узла балансира 23
1.2.1 Причины потери работоспособности узла балансира 23
Выбор оценочных параметров технического состояния узла балансира 25
Сбор и обработка статистических данных о техническом состоянии и наработке исследуемого узла 30
1.3. Методы повышения надежности подшипника узла балансира 36
Методы совершенствования конструкции и повышения работоспособности узла балансира и его подшипника 36
Анализ технологических методов улучшения свойств материалов подшипниковых узлов 39
Выводы 46
Цели и задачи исследования 47
2 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 49
2.1 Объект исследования 49
2.2,Установка и методика фрикционно-электрической обработки стальных
образцов 50
Установка и методика фрикционно-электрического модифицирования оси балансира 54
Исследование поверхности, механических и триботехнических свойств модифицированных образцов 58
Изучение шероховатости, микротвердости и микроструктуры поверхностного слоя 58
Исследование триботехнических свойств модифицированных
образцов 59
Разработка и оптимизация технологии фрикционно-электрического модифицирования 61
Исследование и анализ структурно-фазового и напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя модифицированных образцов 64
Методика и установка ускоренных испытаний подшипника скольжения балансира 66
Установка и методика натурных испытаний подшипника балансира базовой машины 71
Методика ходовых испытаний модифицированных подшипниковых узлов балансира 74
З ИССЛЕДОВАНИЕ ФРИКЦИОННО-ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ СТАЛИ
38ХС 76
Физическое обоснование метода 76
Влияние режимов обработки на шероховатость и механические свойства
модифицированных поверхностей 84
Влияние режимов обработки на шероховатость поверхности 84
Влияние режимов обработки на механические свойства поверхностного слоя 88
Влияние режимов обработки натриботехнические свойства обработанных поверхностей 91
Оптимизация технологических режимов фрикционно-электрического модифицирования 96
Структурная модификация стали под влиянием фрикционно-электрической обработки 104
Металлографический анализ 104
Рентгеноструктурный анализ 108
3.6" Выводы 120
4ЭКСПЕРИМЕНТАЛЫ1АЯ ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ И
ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОДШИПНИКА УЗЛА БАЛАНСИРА 122
Расчет нагрузок, износа и ресурса подшипника скольжения узла балансира базовой машины 122
Исследование износостойкости подшипника балансира на установке ускоренных испытаний 126
Оценка работоспособности и износостойкости узла балансира на установке
натурных испытаний 131
Проверка работоспособности узла балансира ходовыми испытаниями 133
Выводы 135
5 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 137
ЛИТЕРАТУРА
Введение к работе
Изменение конъюнктуры рынка побудило, на предприятиях производства и ремонта бронетанковой техники министерства обороны Российской Федерации, изготавливать серию новой техники па базе ликвидированных боевых машин и другой техники военного назначения. Несомненный интерес представляет техника, выпущенная для гражданского использования, например в качестве дорожных, строительных и подъемно-транспортных машин используемых в различных экстремальных климатических условиях, а также в местах с угрожающим уровнем воздействия различных пагубных факторов (например, при строительстве «саркофага» для радиоактивно загрязненных объектов и т.д.).
На рис.1 представлено семейство машин с гусеничным движителем различного назначения, созданных на базе универсальных шасси, это такие машины как: аварийно-транспортная машина «Березина» (рис. 1а); лесопожарная машина ЛПМ-1; вездеходный кран-экскаватор ВКЭ-1 (рис.16); гусеничный тягач «Зубр»; легкий гусеничный транспортер ГАЗ-34039; легкий многоцелевой гусеничный плавающий транспортер МТЛБу; малый тягач легкий МТЛБ (рис.1.в); многоцелевой гражданский тягач ХТЗ-10НК; снсгоболотоходный транспортер-тягач ГАЗ-3402; универсальный гусеничный тягач ГМ-124К (рис.1 г); вездеход гусеничный ГАЗ-71 и ГПЛ-520 и многие другие
Многоцелевые машины с гусеничным движителем и перечисленные выше в том числе, успешно используются в качестве шасси под монтаж различного технологического оборудования (крановых, экскаваторных установок, бурового, бульдозерного и другого оборудования), а также для транспортировки людей и грузов, буксировки прицепов, обслуживания транспортных и технологических магистралей, использования в геологоразведочных и поисковых партиях и т.д.
в) г)
Рис. 1. Семейство машин с гусеничным движителем на базе универсальных шасси: а)аварийно-тракспоглтая машина «Березина»; б)вездеходный кран-экскаватор ВКЭ-1; в) малый тягач легкий МТЛБ; г) универсальный гусеничный тягач ГМ-124К
Данное семейство машин может эксплуатироваться в районах с тяжелыми климатическими условиями, например Крайнего Севера, по всем видам дорог и при бездорожье, в условиях повышенной запыленности, соприкосновения с различными агрессивными средами, с возможностью преодоления водных преград, они рассчитаны на эксплуатацию и безгаражное хранение, при температурах окружающей среды от +40 до -50 С. Простота конструкции обеспечивает простоту в эксплуатации, низкую эксплуатационную стоимость и высокую ремонтопригодность машины.
Надежность и ресурс вышеперечисленных машин и их технологического оборудования в значительной степени зависят от работоспособности и срока службы узлов трения. Надежность узлов трения (трибосопряжений) определяется, главным образом, их износостойкостью, которая зависит от
эксплуатационных свойств материалов, из которых они изготовлены и качества сопряженных поверхностей.
Проведенные ранее исследования показали, что наибольшей частотой отказов, в процессе эксплуатации машин данного типа, обладают двигатели, трансмиссия и ходовая часть, при этом долговечность серийных машин в значительной степени зависит от долговечности конструктивных элементов ходовой части, как наиболее часто выходящих из строя. Наибольшее количество дефектов (рис.2), ко времени выхода машин в капитальный ремонт, имеют наружная часть корпуса (подкрылки, наружная укладка), элементы подвески (износ втулок и осей балансиров, резиновых бандажей катков), двигатель и т.д. При отказе или нарушении технического состояния хотя бы одной подвески возникает перенагружен ность оставшихся исправными подвесок. В этом случае ходовая часть может продолжать выполнение своих функций, однако в целом объект техники теряет определенную часть подвижности и запаса хода. При этом отдельные элементы ходовой части достигают износов, близких к предельным. Это приводит к нарушению теплового баланса и соответственно увеличению износа пар трения. С практической точки зрения при эксплуатации наиболее сильное влияние на износ элементов ходовой части оказывает величина угла завала опорного катка относительно корпуса объекта, которая фактически зависит от степени износа сопряжения «ось балансира - втулка оси балансира». Величина износа втулок балансира оказывает, кроме того, большое влияние на техническое состояние корпуса, опорных и поддерживающих катков, ведущего и направляющего колеса, элементов гусеницы [85,88,90].
Узел балансира с подшипником скольжения входит в состав ходовой части всех вышеперечисленных машин, его главное достоинство - это простота конструкции, высокая несущая способность и технологичность. Однако ввиду ряда причин, данный узел имеет достаточно низкую надежность, что влияет на
надежность всей машины в целом, В качестве базовой машины, в работе была взята универсальная транспортная машина «Березина».
//
/А
SU)
Рис. 2. Вероятность иочннкнонслня различных дефектов к моменту выхода базовой машины
в капитальный ремонт: I - износ втулок балансира, оси балансира, коробление полкрылкон и
повреждение наружных укладок; 2 - изменение геометрии формы отверстий под бортовой
редуктор; 3- остаточные прогибы днища: 4 -трещины в кронштейнах и других деталях: 5 -
износ паза лабиринтных уплотнений кронштейна балансира; 6 - изменение геометрии
формы отверстий кронштейнов балансиров. Заштрихованы показатели, гак или иначе
зависящие от износа подшипника балансира
Ответственная работа узла балансира и значительный износ его деталей в процессе эксплуатации привели к необходимости искать методы и средства для повышения его работоспособности, а также износостойкости сопрягаемых деталей.
В последние годы разработано большое количество различных методов повышения износостойкости деталей узлов трения, в основе которых положения трибологии, рассматривающие механизмы трения и изнашивания как последовательные процессы: фрикционное взаимодействие, многократное у пру го пластическое деформирование микронеровностей и усталостное разрушение с отделением частиц износа.
Большинство методов являются, по сути, методами поверхностного упрочнения путем модифицирования структуры поверхностного слоя материала. Некоторые методы повышения износостойкости предусматривают
нанесение различных износостойких материалов на сопрягаемые поверхности.
8 Каждый из известных в настоящее время методов имеют свои достоинства и недостатки, ограничивающие область их применения. Поэтому разработка эффективного и экономичного метода повышения износостойкости остается актуальной научной и практической задачей.
На основании изложенного сформулирована цель настоящей работы -разработка и исследование влияния метода фрикционно-электрического модифицирования (ФЭМ) с использованием дисперсных модификаторов с поверхностно-активным веществом (ПАВ) на структуру и физико-механические эксплуатационные свойства поверхностного слоя оси балансира из стали 38ХС, на износостойкость сопряженной втулки подшипника балансира, с целью обеспечения надежности и долговечности всего узла.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и приложения.
В первой главе проводится анализ конструкции и требований,
предъявляемых к ходовой части гусеничной базовой машины; анализ условий
работы, особенностей технологии производства, материалов применяемых при
изготовлении деталей узла балансира базовой машины; анализ причин потери
работоспособности узла балансира и снижения его надежности; анализ методов
повышения надежности подшипника скольжения узла балансира; анализ
известных методов поверхностного упрочнения: механических, химико-
термических, высокоэнергетических методов структурной модификации.
Рассмотрены комбинированные методы термомеханической и
механоэлектрической обработки. Приведен анализ особенностей и
ограничений области и условий применения известных методов поверхностного модифицирования деталей трибосистем. Сформулированы основные задачи диссертационной работы.
Во второй главе дается краткая характеристика объекта исследования, а также описание методов и средств экспериментального исследования как известных в материаловедении и трибологии, так и разработанных автором,
например установка и методика фрикционно-электрического модифицирования.
Третья глава посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию метода фрикционно-электрического модифицирования. Рассматриваются результаты экспериментального исследования влияния вида поверхностно-активного модификатора на механические и триботехнические свойства трибопары типа сталь 38ХС-бронза Бр. АЖ9-4. Приведены результаты экспериментального исследования влияния режимов фрикционно-электрического модифицирования на структуру, шероховатость обработанной поверхности, механические и триботехнические свойства упрочняемого слоя. Кроме того, произведено физическое обоснование, исследование и оптимизация режимов фрикционно-электрического модифицирования стальной поверхности, подробно проанализированы дифференциальные характеристики влияния режимов обработки (скорости скольжения инструмента, деформирующего усилия инструмента, силы электрического тока) на структуру, шероховатость, механические свойства поверхностного слоя и износостойкость модифицированных образцов. Методами металлографии и рентгеноструктурного анализа показаны изменения структуры (тонкой структуры, микроструктуры) и напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя под влиянием комплексного внешнего энергетического воздействия от механического и электрического полей.
Четвертая глава посвящена расчету нагрузок, износа и ресурса подшипника скольжения узла балансира, а также экспериментальной проверке полученных теоретических результатов на установке ускоренных испытаний, на стенде имитаторе, а также проведение ходовых испытаний узла балансира, с балансиром поверхности, трения которого модифицированы методом фрикционно-электрической обработки, в составе ходовой части базовой машины.
Приводятся результаты разработки и оптимизации технологии фрикционно-электрической обработки деталей узла балансира.
В заключении приводятся общие выводы и результаты работы.
Автор защищает:
\. Методику фрикционно-электрического модифицирования
структуры, механических и триботехнических свойств стальных деталей, разработанную на основе изучения и анализа экспериментальных закономерностей изменения структурно-фазового и напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя стали под влиянием внешнего энергетического воздействия - механической нагрузки и электрического тока, в присутствии поверхностно-активного модификатора.
Результаты исследования особенностей структурно-фазового и напряженно-деформированного состояния модифицированной стали, раскрывающие механизм структурной модификации в условиях фрикционно-электрического воздействия.
Зависимости структуры, механических и триботехнических свойств поверхностного слоя стали 38ХС от режимов внешнего энергетического воздействия.
Методику расчета технологических режимов фрикционно-электрической обработки с математической моделью, учитывающей зависимость температуры в зоне фрикционного контакта инструмента от технологических режимов фрикционно-электрического нагружения.
Методики ускоренных и имитационных испытаний подшипника скольжения балансира в лабораторных условиях.
Результаты диссертационной работы представлялись и докладывались на 2-м международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения в 21 веке» (Омск, 2003 г.); на международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (Брянск, 2003г.); на 2-ой межрегиональной
научно-технической конференции «Броня-2004» (Омск-2004); на
международной научно-технической конференции «Современные технологии в машиностроении». (Набережные челны, 2004г.); на 4-й международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (Брянск, 2005г.); на 3-м международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения» (Омск, 2005г.); на 5-й международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (Брянск, 2006г.). В полном объеме диссертация докладывалась на научных семинарах кафедры «Технология производства БТВТ» ОТИИ и кафедры «Физики» СибАДИ, а также на заседании научно-технического семинара факультета ТТМ СибАДИ. Работа выполнена на кафедре «Физика» СибАДИ и кафедре «Технология производства БТВТ» ОТИИ.
