Введение к работе
Актуальность темы. Основой механизации агропромышленного комплекса является энергонасыщенная высокопроизводительная автотракторная техника. Эксплуатация машин в сельском хозяйстве характеризуется сезонной нагрузкой, что требует обеспечения высокой надежности всех агрегатов и систем. В наиболее напряжённые периоды сельскохозяйственных работ в агропромышленном комплексе занято до 35 % всего подвижного состава автомобильного транспорта, 60–80 % из них составляют автомобили КамАЗ. Современные грузовые автомобили обладают высокой мощностью, грузоподъёмностью и, следовательно, повышенной нагруженностью деталей. Надёжность автомобильного транспорта в значительной степени зависит от работоспособности ходовой части. Анализ показателей надёжности автомобилей КамАЗ показал, что на ходовую часть приходится 16–22 % отказов от их общего числа. Одна из основных причин низкой надёжности ходовой части автомобилей – низкий ресурс подшипников качения ступиц колёс.
Подшипники качения являются невосстанавливаемыми элементами. Высокая стоимость наряду с низким ресурсом обусловливает необходимость разработки метода повышения их ресурса, который позволит значительно снизить эксплуатационные затраты и стоимость сельскохозяйственной продукции.
Обзор методов повышения ресурса подшипников качения дал возможность выделить наиболее простой и экономически выгодный – модификацию применяемых смазочных материалов специальными добавками. Механизм действия таких добавок заключается в создании защитных плёнок на трущихся поверхностях, которые препятствуют их непосредственному контакту, снижая трение и износ. Анализ литературных источников и патентный поиск позволили установить сравнительно новое и перспективное направление – использование в качестве добавок в смазочные среды наноразмерных порошков (НРП) металлов и их соединений. Благодаря современным технологиям можно получать порошки с размерами частиц 10…30 нм. Известно, что с уменьшением размеров частиц металлов снижается их температура плавления, повышаются химическая активность и поверхностная энергия. С изменением размеров связан и ряд термодинамических свойств частиц: концентрация вакансий в частицах, температура полиморфных превращений, параметры кристаллической решётки, сжимаемость и растворяемость.
Однако многие вопросы разработки и эффективного применения НРП в качестве добавок в смазочные среды для повышения ресурса подшипников качения в настоящий момент требуют дополнительного изучения.
Таким образом, исследования трибологических свойств смазочных материалов, улучшенных за счёт использования в качестве добавок НРП металлов и их соединений, а также влияния этих смазочных материалов на ресурс подшипников качения ступиц колёс автотракторной техники представляют теоретический и практический интерес, поэтому настоящая работа является весьма актуальной.
Цель работы – повышение ресурса подшипников качения ступиц колёс автотракторной техники на этапе эксплуатации путём модификации смазочной среды наноразмерными порошками металлов и их соединений.
Объект исследования – процессы формирования плёнок с улучшенными трибологическими свойствами на рабочих поверхностях деталей пар трения качения.
Предмет исследования – подшипники качения ступиц колёс, пластичная смазка Литол-24 (ГОСТ 21150-87), смазочные композиции, приготовленные с использованием НРП металлов и их соединений.
Методика исследований включала лабораторные, стендовые и эксплуатационные испытания исследуемых смазочных материалов.
Лабораторным испытаниям подвергали товарный смазочный материал и экспериментальные смазочные композиции, приготовленные с использованием НРП металлов и их соединений. В ходе лабораторных испытаний исследовали антифрикционные, противоизносные и противопиттинговые свойства смазочных материалов.
Стендовые и эксплутационные испытания проводили с целью определения влияния разработанной смазочной композиции на ресурс соответственно роликовых радиально-упорных подшипников качения и подшипников ступиц колёс автотракторной техники.
Результаты испытаний обрабатывали методами математической статистики с использованием типовых программ на персональной ЭВМ.
Научная новизна. Разработана эксплуатационная смазочная композиция с добавлением НРП металлов. Экспериментально-статистическим методом выполнена количественная и качественная оптимизация её состава. Определены трибологические характеристики полученной смазочной композиции и изучены механические и физико-химические свойства поверхностей качения, сформированных с её использованием.
На основе кинетической концепции прочности материалов теоретически обоснована и практически подтверждена возможность повышения ресурса подшипников качения за счет участия НРП металлов и их соединений в процессах формирования защитных плёнок на поверхностях качения.
Практическая ценность. Разработан новый состав эксплуатационной смазочной композиции с использованием НРП металлов, применение которой позволяет повысить ресурс подшипников качения и долговечность автомобилей КамАЗ в процессе эксплуатации.
Достоверность результатов работы подтверждается сходимостью теоретических предпосылок с результатами лабораторных исследований, выполненных с применением высокоточных средств измерения и контроля, апробацией разработки в эксплуатационных условиях.
Реализация результатов исследований. Результаты проведенных исследований могут быть использованы на ремонтно-технических предприятиях, машинно-тракторных станциях, в акционерных обществах и фермерских хозяйствах, на автотранспортных предприятиях Министерства сельского хозяйства Российской Федерации и других предприятиях, эксплуатирующих автотракторную технику, а также в учебном процессе вузов агротехнического образования при изучении дисциплин трибологической направленности.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов СГАУ в 2004–2007 гг.; ежегодном Межгосударственном постоянно действующем научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (Саратов, 2005–2007 гг.); конференциях, посвящённых 117, 118 и 119-летию со дня рождения академика Николая Ивановича Вавилова, а также Международной научно-практической конференции, посвящённой 120-летию со дня рождения Николая Ивановича Вавилова (Саратов, 2004–2007); Международной конференции, посвящённой 70-летию профессора Александра Григорьевича Рыбалко (Саратов, 2006 г.); Международной научно-практической конференции «Сохранение окружающей среды – важнейшая проблема современности» (Уральск, 2005 г.); Международной научно-практической школе-конференции – Славянтрибо-7 «Теоретические и прикладные новшества и инновации обеспечения качества и конкурентоспособности инфраструктуры сквозной логистической поддержки трибообъектов и их производства» (Рыбинск, 2006 г.); третьей Всероссийской конференции (с международным участием) «Химия поверхности и нанотехнологии» (Санкт-Петербург – Хилово, 2006 г.); первой Всероссийской научно-практической конференции «Новые направления в триботехнике и их использование в повышении износостойкости механизмов и машин» (Москва, 2007 г.); XLVII Международной научно-технической конференции «Достижения науки – агропромышленному производству», посвященной 100-летию со дня рождения профессора И.Е. Ульмана (Челябинск, 2008 г.).
Публикации. По результатам выполненных теоретических и экспериментальных исследований опубликована 21 печатная работа, из которых 3 – в периодических научных и научно-технических изданиях, рекомендованных ВАК. Общий объем публикаций составил 13,67 печ. л., в том числе 4,4 печ. л. принадлежит лично соискателю.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 202 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, общих выводов, содержит 35 рисунков, 12 таблиц и 4 приложения. Список использованной литературы включает в себя 197 наименований, в том числе 17 на иностранном языке.
