Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса. цель и задачи исследования 12
Анализ работоспособности и долговечности гидросистемы объемного типа при эксплуатации мобильных сельскохозяйственных машин 12
Особенности изнашивания трибосопряжений гидросистемы сельскохозяйственных тракторов 16
1 Условия работы трибосопряжений шестерёнчатого насоса 16
2 Конструктивные особенности и характер износа ресурсоопределяющих трибосопряжений насосов типа НШ-У 20
Анализ существующих способов восстановления насосов типа НШ-У 27
Основные пути повышения долговечности трибосопряжений шестеренчатых насосов типа НШ-У 35
1 Методы повышения износостойкости трущихся деталей 35
2 Существующие методы улучшение триботехнических свойств смазочного материала 38 Выводы. Цель и задачи исследования 50
Теоретические предпосылки повышения долговечности ресурсоопределяющих трибо сопряжений шестеренчатых насосов /на примере нш-32у тракторов МТЗ-80/82/ 52
Теоретические основы контактирования соприкасающихся поверхностей и влияние шероховатости на площадь контакта при пластическом деформировании 53
Теоретические предпосылки пластического деформирования в процессе трения 65
3 Физико-механические свойства смазочно-охлаждающеи жидкости с применением антифрикционных присадок 71
4 Математическое прогнозирование ресурса трибосопряжений шестеренчатого насоса НШ-32У 84
5 Выводы 93
Общая методика и структура экспериментальных исследований 94
1 Программа и структурная схема исследований 94
2 Выбор смазочного материала и СОЖ с добавлением антифрикционных присадок при сравнительных испытаниях 97
3 Методика проведения лабораторных испытаний 98
4 Методика проведения стендовых испытаний ПО
5 Методика проведения эксплутационных испытаний 113
6 Обработка экспериментальных данных и оценка результатов эксплуатационных испытаний насосов типа НШ-32У на долговечность 114
Совершенствование технологии восстановления втулок насосов типа НШ-32У 119
1 Технологическая последовательность восстановления втулок насосов типа НШ-32У способом прессования с обработкой отверстий прошиванием 119
2 Некоторые характеристики втулок, восстановленных способом давления 124
3 Факторы, определяющие шероховатость отверстий втулок после обработки 131
3 Выводы 132
Экспериментальные исследования и их результаты 133
Сравнительные трибологические испытания образцов на машине трения СМЦ-2 133
Механизм взаимодействия маслорастворимых соединений молибдена с металлами пар трения 139
Испытания отремонтированных насосов типа НШ-32У на стенде, имитирующем объемный гидропривод трактора 146
Выводы 152
Эксплуатационные испытания. внедрение результатов исследования в производство и их технико-экономическая и экологическая оценка 154
Результаты эксплуатационных испытаний и внедрение результатов исследований в сельскохозяйственное производство. 154
Расчёт экономической эффективности технологии восстановления насосов типа НШ-32У от внедрения новой смазочно-охлаждающей жидкости 156
Экологическая и токсикологическая оценка антифрикционных присадок в смазочно-охлаждающую жидкость 164
Выводы 166
Общие выводы 167
Список литературы
- Условия работы трибосопряжений шестерёнчатого насоса
- Теоретические предпосылки пластического деформирования в процессе трения
- Выбор смазочного материала и СОЖ с добавлением антифрикционных присадок при сравнительных испытаниях
- Факторы, определяющие шероховатость отверстий втулок после обработки
Введение к работе
Актуальность темы. Одним из важных направлений развития народного хозяйства является повышение ресурса и эффективности мобильной сельскохозяйственной техники, путём разработки и внедрения технологических процессов при производстве и ремонте деталей и узлов сельскохозяйственных и мелиоративных машин и механизмов, которые давали бы возможность получения их с более высокими эксплуатационными характеристиками. В условиях рыночных взаимоотношений остро встаёт вопрос о совершенствовании технологии, улучшения организации и повышения качества ремонта машин.
За период реформирования экономики страны производство сельхозпродукции уменьшилось на 40-50% вслед за сокращением парка тракторов, зерно- и кормоуборочных комбайнов, мелиоративных и других машин в сельском хозяйстве ухудшилось техническое состояние наличной техники - каждая третья машина неисправна. Обновление парка машин с традиционного в прежнее время 10-12% -ого ежегодного уровня уменьшилось до 0,7% по тракторам и 0,3% - по зерноуборочным комбайнам, т.е. сократилось в 10-15 раз [1,2-8].
Повышение долговечности машин и механизмов за счёт снижения трения и износа становится с каждым годом всё более важной народнохозяйственной задачей [9, 10]. При решении этой задачи должны учитываться, наряду с другими, и трибологические явления, которые проявляются в машинах при осуществлении сельскохозяйственных работ, в строительстве, добывающей промышленности и во многих других отраслях. Потери средств от трения и износа в развитых государствах достигают 4—5% национального дохода, а преодоление сопротивления трению поглощает во всём мире 20-25% вырабатываемой за год энергии.
Проблема повышения долговечности и надёжности машин и механизмов неразрывно связана с качеством смазочных материалов. При этом уменьшение
износа пар трения достигается не только повышением качества смазочного материала и снижением образования вредных отложений, связанных с термоокислительным действием, но и путём модифицирования металлических поверхностей химическими соединениями, вводимыми в смазочную среду. Их эффективность обусловлена способностью самих присадок или продуктов их термического распада к химическому взаимодействию с основным металлом и образованием при этом модифицированного слоя, имеющего низкое сопротивление сдвигу и защищающего тем самым основной металл от износа.
В данной работе теоретически обоснована и решена задача повышения эффективности использования мобильной сельскохозяйственной техники за счёт применения антифрикционных присадок в смазочно-охлаждающую жидкость при процессе прошивания бронзовых втулок насосов типа НШ-У.
Исследования проводились в соответствии с планом развития Саратовской области по выполнению научного направления 1.2.9. «Комплексная региональная программа научно-технического прогресса в агропромышленном комплексе Поволжского экономического региона на 20 лет до 2010 года » (№ государственной регистрации 840005200) и комплексной темы № 5 НИР Саратовского государственного аграрного университета имени Н.И.Вавилова «Повышение надёжности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве».
Цель работы. Повышение долговечности шестеренчатых насосов гидросистемы мобильной сельскохозяйственной техники путем применения антифрикционных присадок в смазочно-охлаждающую жидкость при восстановлении втулок.
Объект исследований. Шестеренчатые насосы НШ-32У навесной гидросистемы тракторов МТЗ-80/82.
Предмет исследований. Тепловые и физико-химические процессы протекающие в узлах трения шестеренчатых насосов НШ-32У.
Методика исследований включает: изучение и анализ условий работы гидросистем тракторов, конструктивных особенностей и характера величины
износа их агрегатов и узлов; исследование технологических способов восстановления шестеренчатых насосов путем пластической деформации металла (давлением) с применением смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ); теоретическое обоснование повышения эффективности и обеспечения работоспособности трибосопряжений насосов типа НШ-У за счёт использования антифрикционных композиций в смазочно-охлаждающую жидкость при прошивании втулок; исследование физико-механических свойств антифрикционных присадок; экспериментальные исследования образцов на машине трения СМЦ-2 и узлов тракторных гидросистем на стенде и в эксплуатации.
В ходе исследований поверхностей трения использовались современные физико-химические методы, оборудование, установки и приборы.
Обработку полученных экспериментальных данных проводили с помощью современного программного обеспечения и процессора «Intel Pentium IV».
Достоверность результатов исследований обусловлена применением современного оборудования, основывается на теории планирования многофакторного эксперимента и подтверждена производственными испытаниями.
Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к решению проблемы повышения долговечности гидросистемы трактора путем применения антифрикционных присадок в СОЖ при восстановлении втулок насосов типа НШ-У, к анализу и обобщению теоретических положений и закономерностей, в результате которых:
установлены характер и степень влияния различных факторов на ресурсные и экономические показатели гидросистем на этапе жизненного цикла;
осуществлены теоретическое обобщение и выбор комплекса средств для повышения долговечности ресурсоопределяющих сопряжений насоса НШ-32У;
разработана антифрикционная присадка в СОЖ на основе дисульфида молибдена и олеиновой кислоты (M0S2 + СпНззСООН), обеспечивающая работоспособность трибосопряжений после восстановления шестеренчатого насоса гидросистемы;
разработаны научно-практические рекомендации по обеспечению работоспособности и повышению ресурса трущихся деталей шестеренчатых насосов.
Практическая ценность работы. Разработана и внедрена в производство СОЖ (масло МГ-22-А) с добавлением антифрикционных присадок на основе дисульфида молибдена и олеиновой кислоты для прошивания отверстий втулок шестеренчатых насосов НШ-32У, применение которой позволяет:
снизить момент трения на 27% и износ на 34%, увеличить нагрузку схватывания в 1,5 раза, а также ускорить процесс приработки в 1,3-1,5 раза, в результате повысить ресурс шестеренчатых насосов на 20-40 %.
получить от внедрения технологического процесса восстановления втулок годовой экономический эффект 25725 руб. при программе 1500 насосов.
Реализация результатов исследований. Результаты работы могут быть использованы при эксплуатации мобильной сельскохозяйственной техники в АПК Министерства сельского хозяйства, а также в учебном процессе вузов аграрного образования при изучении дисциплин «Надежность и ремонт машин», «Тракторы и автомобили», «Эксплуатация машинно-тракторного парка» и «Триботехника».
Внедрение. Способ повышения долговечности трибосопряжений гидросистемы мобильной сельскохозяйственной техники путем совершенствования технологических методов восстановления и применения антифрикционных добавок в смазочно-охлаждающий материал при прошивании внедрен на ряде предприятий Саратовской области: Управление механизации «Саратовагропромстрой», ООО «Агросиф», ЗАО «УМ-24» (г.
Саратов) и ОАО «МТС-Хлебороб» Красноармейского района. Положительные результаты дали возможность рекомендовать новый способ для внедрения на других предприятиях агропромышленного комплекса.
На защиту выносятся следующие научные положения:
1. Теоретические предпосылки повышения долговечности трибосопря
жений гидросистемы трактора путем применения антифрикционных присадок в
сож.
Математическое прогнозирование ресурса трибосопряжений насосов НШ-32У.
Закономерности формирования поверхностей трения с заданными триботехническими свойствами.
Рекомендации по применению предлагаемых разработок, обеспечивающих работоспособность и повышение ресурса трибосопряжений мобильной сельскохозяйственной техники, и их экономическая и экологическая оценка.
Апробация работы. Основные положения работы и ее результаты были доложены, обсуждены, экспонировались и получили положительную оценку:
на международной научно-практической конференции «Технический сервис в агропромышленном комплексе» посвященной 70-летию МГАУ им. В.П. Горячкина (г. Москва 2000 г.);
на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СГАУ им. Н.И. Вавилова (г.Саратов 2000-2005 г.);
на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СГТУ (г.Саратов 2000-2005 г.);
на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава СГСА (г.Самара 2002 г.);
на научно-технической конференциях профессорско-преподавательского состава ПГСХА (г. Пенза 2005 г.);
на межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СНГ» (Саратов 2001-2005г.);
на международной научно-практической конференции «Ульяновские чтения» (Саратов, СГАУ им. Н.И. Вавилова, 2005);
на расширенном заседании кафедры «Тракторы и автомобили» СГАУ им. Н.И. Вавилова в 2006г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 научных работах, в том числе в научно-практических рекомендациях. Общий объем публикаций - 5,02 печ. л., из которых 2,62 печ. л. принадлежит лично соискателю.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Содержит 179 страниц машинописного текста, 15 таблиц, 65 рисунков и 17 приложений. Список использованной литературы включает 124 наименования, из них 4 на иностранном языке.
Условия работы трибосопряжений шестерёнчатого насоса
Анализ, представленный в подразделе 1.1, показал, что наиболее часто при эксплуатации сельскохозяйственных тракторов отказывают узлы шестеренчатого насоса.
Шестеренчатый насос - является составной частью объемного гидропривода трактора. Рабочая жидкость является рабочим телом гидропривода и может рассматриваться как его элемент. Одновременно она выполняет функцию смазочного и охлаждающего агента, а также защищает детали от коррозии, то есть обеспечивает работоспособность и надежность узлов гидропривода [12].
В современных машинах гидропривод работает при высоком давлении, доходящем до 20...40 МПа, причем температура рабочих жидкостей гидросистем (РЖГ) колеблется от -60 до +100С. Помимо этого РЖГ дросселируют через отверстия с небольшими диаметрами при значительных перепадах давления. Для обеспечения работоспособности в подобных условиях
РЖГ должны отвечать следующим основным требованиям: вязкость их должна как можно меньше изменяться при колебаниях температуры от-50 до +50С, в них должно находится минимальное количество механических примесей и агрессивных веществ, они не должны вызывать набухание резинотехнических изделий, обладать хорошими смазочными свойствами, иметь высокую стабильность физико-химических свойств и не расслаиваться со временем [18]. Характеристика некоторых рабочих жидкостей гидросистем тракторов представлена в таблице 1.2.
С повышением температуры вязкость капельных жидкостей понижается. Чем меньше изменяется вязкость с изменением температуры, тем выше качество и эксплуатационные свойства рабочей жидкости. Выразить закон изменения вязкости жидкости от температуры математическими уравнениями, пригодными для практического применения, не представляется возможным, ввиду чего на практике пользуются эмпирическими зависимостями (рисунок 1.3) [12].
Вязкость жидкостей увеличивается с повышением давления. В пределах относительно небольших давлений - от 0 до 30...40 МПа вязкость распространенных минеральных масел для гидросистем изменяется с изменением давления р практически линейно (рисунок 1.4). При этом вязкость маловязких масел изменяется под давлением меньше, чем высоковязких [12]. Следует отметить, что во всасывающем трубопроводе, при увеличении вязкости РЖГ может возникнуть разряжение, в результате чего в РЖГ может попасть воздух, который снижает ее работоспособность и является причиной возникновения кавитационного изнашивания в различных элементах гидропривода [19].
Для практических целей важно, чтобы рабочие жидкости в условиях применения и хранения не изменяли своих первоначальных физических и химических свойств, то есть сохраняли физическую и химическую стабильность.
Основной причиной нарушения физической стабильности жидкости является сжатие ее при работе в условиях высоких давлений, в особенности при дросселировании с большим перепадом давления, вызывающие молекулярно-структурные изменения (деструкцию) жидкости. В результате вязкость жидкости может понизиться, а ее смазочное свойство ухудшится. Потеря вязкости особенно сильно проявляется в масляных смесях содержащих вязкостные добавки (загустители), состоящие из длинных углеводородных цепочек. Эти цепочки, при длительной эксплуатации, в частности, при многократном продавливании жидкости под высоким давлением через малые зазоры, могут разрушаться. Происходит как бы постепенное «перемалывание» высокомолекулярного загустителя, в результате чего вязкость жидкости может понизиться до недопустимого значения. Наблюдаются случаи, когда такие масляные смеси за 400 -500 часов работы насоса на испытательном стенде, нагружение которого осуществлялось дросселированием жидкости с давлением до 15 МПа на выходе ее из насоса, наполовину теряют свою первоначальную
вязкость. Важным фактором является также химическая стабильность жидкости, или стойкость к окислению, в результате которого происходит выпадение из нее отложений в виде смол, сопровождающееся понижением вязкости и потерей смазывающих качеств [12].
Еще одним процессом, нарушающим нормальную работу гидросистемы, является кавитация. Кавитация находится в непосредственной связи с упругостью насыщенных паров жидкости. Давлением или упругостью насыщенного пара жидкости называется установившееся в замкнутом пространстве в результате испарения жидкости при данной температуре давление пара, находящегося в равновесии с жидкостью. С повышением температуры это давление повышается.
Кавитация нарушает нормальный режим работы шестеренчатого насоса, в отдельных случаях оказывает разрушительное действие на его элементы. Кавитация в насосах наступает тогда, когда жидкость при ходе всасывания отрывается от рабочего элемента насоса. Возможность такого отрыва зависит от величины давления жидкости на входе в насос и ее вязкости, от частоты вращения насоса, а также от конструктивных его особенностей.
С появлением кавитации подача насоса понижается, появляется характерный шум, происходит эмульсирование жидкости, а также наблюдаются резкие колебания давления в нагнетательной линии и ударные нагрузки на детали насоса, вызывающие преждевременный выход его из строя.
Исходя из вышеизложенного, является необходимым изыскивать пути создания более благоприятных условий для работы шестеренчатых насосов, повышая тем самым их долговечность.
Теоретические предпосылки пластического деформирования в процессе трения
Рассматривая пластический контакт непосредственно при процессе прошивания втулок с помощью СОЖ и содержащихся в ней присадок происходит при трении инструмента (прошивка - углеродистая инструментальная сталь У12А и термически обработанная до твердости Rc=62-65, шероховатость 11 класса) и детали (втулка - литейный сплав бронза ОЦС 5-5-5). Поэтому следует подробнее рассмотреть процесс трения при пластическом деформировании в смазочной среде.
Под трением понимают сопротивление, возникающее при перемещении одного тела относительно другого, прижатого к первому [51]. При этом различают трение покоя, скольжения и качения (рисунок 2.4).
Силой трения покоя (Fn) называют сдвиговое усилие, прикладываемое к контактирующим телам, и не вызывающее их взаимного скольжения. При этом взаимное перемещение (Ln) достигается за счет деформации материала выступов шероховатости в зоне контакта и называется предварительным смещением. Оно носит в основном упругий характер и исчезает при снятии сдвигающего усилия. Однако по мере роста сдвигающего усилия предварительное смещение приобретает пластический характер и становится необратимым. На рисунке показана предельная величина предварительного смещения (LnM) и соответственно предельное значение силы трения покоя, которое называют статической силой трения. При дальнейшем увеличении перемещения начинается скольжение.
Силу трения можно представить в виде произведения удельной силы трения (х) и
В зависимости от характера смазочной прослойки различают 4 вида трения: фактической площади контакта (Аг): F = тАг, (2.27) Под коэффициентом трения понимают отношение силы трения к действующему на контакте нормальному усилию: f=F/N. (2.28) Здесь также различают коэффициенты трения покоя (статический) и скольжения (кинетический).сухое, граничное, гидродинамическое (жидкостное) и смешанное (одновременно имеются элементы сухого, граничного и гидродинамического трения). В первом случае контактируют несмазываемые поверхности, покрытые окисными пленками и тончайшими слоями молекул газов и воды, адсорбированными из окружающей среды. Во втором случае, помимо перечисленных пленок, присутствуют молекулы смазочных материалов в виде тонкого слоя толщиной в несколько молекул, которые прочно связаны с поверхностыо. В третьем случае слой жидкой смазки полностью разделяет сопряженные поверхности.
Сухое и граничное трения сходны по своей природе и имеют общие закономерности. Причиной служит то обстоятельство, что при граничном трении мономолекулярные слои смазки прочно связаны с твердой поверхностью, обладают твердообразными свойствами и как бы служат продолжением твердой фазы. Поэтому, как и при сухом трении, фактически имеет место контакт двух твердых поверхностей. Отличие проявляется в разных значениях коэффициента трения. Если при сухом трении он обычно больше 0,2 , то при граничном его величина заключена в интервале 0,05-0,2.
Механизм возникновения трения объясняет молекулярно-механическая теория трения, в разработку которой внесли большой вклад российские ученые (Б.В. Дерягин, И.В. Крагельский и др.) и зарубежные (Боуден, Тейбор, Томлинсон и др.) [14, 15]. В соответствии с этой теорией трение имеет двойственную молекулярно-механическую природу. Силу трения можно представить как сумму молекулярной (адгезионной) и механической (деформационной) составляющих:
Адгезионная составляющая обусловлена сопротивлением разрыву молекулярных либо межатомных связей, которые возникают между контактирующими телами. Рассеяние работы трения в теплоту связано с упругой деформацией кристаллических решеток. Работа внешней силы переходит в потенциальную энергию решеток. После разрыва связи потенциальная энергия переходит в энергию колебаний атомов - во внутреннюю.
Первое слагаемое в формуле (2.35) характеризует потери, связанные с деформированием материала в тонком поверхностном слое, второе — с преодолением сопротивлении за счет разрушения адгезионных связей между пленками двух тел.
Очевидно, что в зависимости от вида разрушения фрикционной связи и формы выступов отношение между напряжениями о\ и ON будет различным. Оно резко падает по мере увеличения относительного внедрения. Следует учитывать, что на величину ат влияет величина молекулярного сцепления. Чем больше величина молекулярного сцепления, тем больше напряжение о\, т.е. «мягче» нагружение и соответственно меньше ON При этом в процессе пластической деформации пластическое течение приводит к выравниванию давления, причем максимум давления перемещается к краю области контакта [56, 57, 60, 61, 62]. В связи с этим внедрение материала облегчится и возрастет глубина деформативной зоны.
Давно известно, что определенные жидкости могут облегчать процессы резания и пластической деформации. В настоящее время в практике обработки металлов используется значительное количество различных жидкостей. Однако выбор и применение этих жидкостей не всегда сопровождается максимальным экономическим эффектом [63].
Главной целью механической обработки является получение деталей с заданной точностью и качеством поверхности и достижения определенных экономических результатов. Смазочно-охлаждающие жидкости способствуют достижению этой цели вследствие: - увеличение стойкости инструмента; - улучшение качества поверхности обрабатываемой детали; - снижение сил трения (резания) и потребляемой мощности; - снижение деформации детали в результате снижения и выравнивания температуры;
Получение более качественных поверхностей с более высокой шероховатостью считается главной задачей. Вместе с тем увеличение стойкости инструмента - задача не менее важная.
Многие годы считалось, что СОЖ обладает двумя основными функциональными свойствами, которые могут оказать влияние на процесс прошивания, - это охлаждающие и смазочные свойства. Дальнейшее развитие представлений о функциональных свойствах СОЖ было сделано русским ученым П.А. Ребиндером и Г.И. Епифановым, которые постулировали третье свойство жидкостей - свойство снижать прочность на сдвиг обрабатываемого материала, что более благоприятно влияет на шероховатость поверхности обрабатываемой детали [63].
Выбор смазочного материала и СОЖ с добавлением антифрикционных присадок при сравнительных испытаниях
В качестве объектов исследований приняты шестеренчатые насосы НШ-32У навесной гидросистемы тракторов МТЗ-80/82.
В основу методики изучения объектов положены системный подход, комплексные и сравнительные экспериментальные исследования. Системность подхода заключалась в том, что при разработке прогрессивных способов повышения долговечности трибосопряжений гидросистемы трактора. Узлы трения рассматривались как триботехническая система, состоящая из подсистем, взаимодействующих друг с другом, с увязкой требований надежности к отдельным элементам и системе в целом.
Комплексность подхода заключалась в том, что факторы, влияющие на долговечность трибосопряжений рассматривались не изолировано, а при учете их взаимного влияния на свойства и процессы, происходящие как в поверхностных слоях трущихся деталей, так и в узлах трения в целом. При этом анализировались механические, химические, тепловые и другие явления и процессы, оказывающие влияние на выходные характеристики пар трения. Такой подход позволяет оценить любое технологическое мероприятие с точки зрения достижения цели всей системы. Программа экспериментальных исследований включала в себя лабораторные, стендовые и эксплуатационные испытания. Выполнение программы осуществлялось в несколько этапов.
На первом этапе изучали состояние, фактический уровень долговечности узлов трения агрегатов гидроприводов мобильных сельскохозяйственных машин; анализировали причины отказов трибосопряжений шестеренчатых насосов типа НШ-32У; исследовали технологические методы восстановления деталей насосов; показывали целесообразность использования антифрикционных присадок в СОЖ при восстановлении втулок насоса пластическим деформированием. В результате были определены цель и задачи исследования, а также намечены пути их решения.
На втором этапе производили обобщение полученной информации и теоретическую разработку методов решения поставленных задач. Для этого использовали как общие математические, физико-химические методы и приемы, так и специальные разделы теории планирования экспериментов, математического моделирования и др.
При математическом описании процесса изнашивания поверхностей основных деталей шестеренчатого насоса типа НШ-32У были использованы законы механики, гидродинамики, теплотехники, триботехники и химмотологии. При решении теоретических задач широко применяли моделирование на ЭВМ. Теоретические решения поставленных задач полностью определило круг экспериментальных работ, необходимых для выполнения поставленной цели.
Структурная схема исследований представлена на рисунке 3.1. Третий этап включал в себя комплекс экспериментальных исследований, в который входили: исследование показателей долговечности узлов трения мобильной сельскохозяйственной; исследование шероховатости и физико-механических характеристик рабочих поверхностей образцов и трущихся деталей насосов типа НШ-32У; лабораторные и стендовые испытания, имитирующие условия работы трибосопряжений агрегатов гидроприводов мобильных машин; исследование влияния антифрикционных присадок на обрабатываемую поверхность детали при восстановлении пластической деформацией и на долговечность трибосопряжений гидросистемы в целом. При выборе смазочных композиций учитывались условия, в которых работают узлы трения гидросистемы трактора, а также технология восстановления деталей давлением.
Работоспособность трущихся деталей сельскохозяйственной техники зависит от многих неблагоприятных факторов. В первую очередь к ним относятся: неравномерная нагрузка на трущиеся поверхности деталей; высокая степень загрязнения смазочных материалов механическими примесями, приводящими к повышению абразивному износу; подверженность деталей мобильных сельскохозяйственных машин сильной коррозии и вибрации [87].
Наиболее распространенным смазочным материалом, применяемым при эксплуатации гидросистемы мобильных сельскохозяйственных машин, является масло МГ-22-А. Поэтому для сравнительных испытаний масло МГ-22-А было выбрано в качестве базового.
Анализ существующих добавок к смазочным материалам показал, что в качестве антифрикционных можно использовать: дисульфид молибдена [88], графит, ПАВ (олеиновая кислота), медь, свинец, олово, алюминий, цинк, бронза, латунь, [89], сверхпластичные сплавы, [90, 91] и другие.
Особое место в исследованиях занимают дисульфид молибдена и олеиновая кислота. Это обусловлено не только тем, что олеиновая кислота является поверхностно-активным веществом, хорошо растворяется в минеральных маслах и имеет хорошие антифрикционные свойства (исключает задиры и схватывания).
Факторы, определяющие шероховатость отверстий втулок после обработки
Установлено, что шероховатость поверхности после прошивания находится в непосредственной зависимости от натяга, шероховатости исходной поверхности, геометрии рабочего элемента прошивки и смазки.
Шероховатость поверхности улучшается с увеличением натяга до оптимальной величины. Дальнейшее увеличение натяга вызывает менее интенсивное улучшение, а в некоторых случаях и ее ухудшение. Чрезмерно большой натяг приводит к разрыву масляной пленки и к налипанию частиц обрабатываемого металла на инструмент, что приводит к снижению качества обработки. По данным Ю.Г. Проскурякова [22], увеличение относительного натяга с 0,005 до 0,008мкм (алюминий АЛ-9 и бронза ОЦС 5-5-5) не влияет на шероховатость поверхности.
Шероховатость поверхности после прошивания зависит от шероховатости поверхности до прошивания, т.к. этот процесс связан с деформацией поверхностных неровностей, а не с их удалением. Шероховатость поверхности отверстий, предварительно обработанных резцовыми методами при Ra=3,2 мкм, улучшается прошиванием (для алюминия и бронзы) до Ra=0,12 мкм [22].
После проведенных исследований нами было установлено также, что шероховатость поверхности после прошивания находится в непосредственной зависимости и от смазки.
Смазка уменьшает адгезионное схватывание металла инструмента и заготовки, уменьшается также сила трения и облегчается упругое и пластическое деформирование обрабатываемого металла. Наиболее эффективны смазки, обладающие поверхностной активностью. Для прошивания бронзовых заготовок Ю.Д. Пашин [22] рекомендует следующие смазки: масло индустриальное 20, масло индустриальное 50 с графитом (10%) и эмульсия (два рецепта). Применительно к нашим условиям прошивания были исследованы другие смазочные материалы, позволяющие еще более повысить качество обработки, снижая тем самым шероховатость обрабатываемой поверхности, а также повысить износостойкость внутренних поверхностей втулок в период приработки. Результаты данных исследований представлены в 5 главе.
1. Обоснована и усовершенствована технология, которая позволяет более качественно и экономично восстанавливать втулки насосов НШ-32У за счет применения комбинированной прошивки и добавления антифрикционных присадок в СОЖ.
2. Разработана смазочно-охлаждающа жидкость с учетом факторов, влияющих на шероховатость поверхности обрабатываемой втулки, а также позволяющая повысить износостойкость втулки в период приработки.
3. В отличие от новой втулки восстановленная втулка имеет несколько иную микрогеометрию и упрочненную поверхность трения. Точность и шероховатость восстановленного отверстия соответствует техническим условиям.
Триботехнические сравнительные испытания образцов проводили по следующим выходным характеристикам: величина момента от сил трения, износ в единицах массы, температура в зоне контакта, нагрузка схватывания.
Сравнительные лабораторные испытания проводили на машине трения СМЦ-2, а также по соглашению с ФГОУ ВПО МГАУ на машине трения СМТ-1 (приложение 5) по схеме «ролик-колодка», согласно методике приведенной в третьем разделе.
В качестве ролика использовалась цапфа шестерни насоса сталь (18ХГТ), обработанная в соответствии с технологическими условиями на данную деталь, а колодка вырезалась из втулок насоса (бронза ОЦС 5-5-5).
Для оценки различных вариантов обработки втулок было приготовлено шесть видов образцов, изготовленных из новых втулок и втулок, обработанных комбинированной прошивкой с применением различных СОЖ (таблица 5.1). При установке на машину трения СМЦ-2 колодка и ролик получали относительное смещение, чтобы оставалась нерабочая поверхность, которая являлась базой - для определения линейного износа и исходной шероховатости образцов. Смазка образцов пар трения происходила путем вращения ролика в масляной ванне, что обеспечивало равномерность подачи смазки в каждом опыте.
На первом этапе проводили испытания на износ. В ходе испытания на износ к приработанным образцам прикладывалась фиксированная нагрузка, равная 1000 Н, а частота вращения ролика - 500 мин"1 и в течение 3 часов снимались показания момента от сил трения и температуры смазочного материала. Пуск машины осуществляется при отсутствии нагрузки на образцы. Вал машины трения с установленным роликом вращался около 3...5 минут, что обеспечивало создание масляной пленки на ролике, после чего в течение 2 минут нагрузку плавно доводили до установленной величины. Образцы взвешивались до начала эксперимента и после его завершения. По разности значений судили об износе образцов, выраженном в единицах массы.
