Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований
1.1 Анализ условий работы и причин отказов подшипниковых узлов трансмиссий и ходовой части сельскохозяйственных тракторов ю
1.2 Аналитический обзор основных направлений повышения надежности подшипниковых узлов 14
1.3 Модифицирование рабочих поверхностей. Применение фосфатирования 20
1.4 Применение присадок к смазочному материалу 32
1.5 Цель и задачи исследований 39
2 Теоретические предпосылки повышения износостойкости подшипниковых узлов фосфатированием рабочих поверхностей и введением присадки 41
2 1 Способ повышения износостойкости подшипнико вых узлов фосфатированием рабочих поверхностей и введением присадки 41
2.2 Анализ процесса образования фосфатного покрытия 45
2.3 Схемы действия фосфатного покрытия при трении 47
2.4 Оценка влияния фосфатного покрытия на формирование износостойкости поверхностей трения в процессе приработки 52
2.5 Метод выбора рациональной концентрации присадки при наличии на рабочих поверхностях фосфатного покрытия 54
Выводы 57
3 Программа и методика экспериментальных исследований 59
3.1 Программа исследований 59
3.2 Методика лабораторных исследований способов получения и свойств фосфатного покрытия 62
3.2.1 Объект и средства для проведения исследований 62
3.2.2 Методика сравнительной оценки способов получения фосфатного покрытия и определения технологических параметров режима фосфатиро-вания 70
3.3 Методика лабораторных исследований образцов на роликовой машине трения
3.3.1 Объект и средства для проведения исследований 70
3.3.2 Методика сравнительной оценки смазочных композиций с присадками
3.3.3 Методика оценки зависимости износа фосфатного покрытия от температуры, нагрузки и концентрации присадки
3.3.4 Методика исследований процесса приработки образцов с фосфатным покрытием 75
3.4 Методика рентгеноструктурного анализа рабочих поверхностей приработанных образцов 76
3.5 Методика стендовых исследований 79
3.5.1 Объект и средства для проведения исследований 79
3.5.2 Стендовые исследования в режиме приработки 82
3.5.3 Стендовые износные исследования 84
3.6 Методика определения содержания железа в смазочном материале 85
3.7 Методика расчетно-аналитического обоснования нагру-зочно-скоростных режимов при имитации трибологических процессов в подшипниковых узлах ходовой части гусеничных тракторов 88
3.8 Методика эксплуатационных исследований 92
3.8.1 Общая методика эксплуатационных исследований 92
3.8.2 Методика отбора проб смазочного материала 93
3.9 Методика оценки погрешностей величин измерения 95
Выводы 96
4 Результаты экспериментал ьных исследован ий 99
4.1 Экспериментальная оценка и обоснование способа и технологических параметров режима формирования фосфатного покрытия 99
4.2 Сравнительная оценка смазочных композиций с присадками 113
4.3 Влияние температуры, нагрузки и концентрации присадки на износ фосфатного покрытия 119
4.4 Оценка продолжительности и качества приработки образцов 126
4.5 Результаты рентгеноструктурного анализа образцов 133
4.6 Результаты стендовых исследований в режиме приработки 137
4.7 Результаты стендовых износных исследований 142
4.8 Результаты эксплуатационных исследований 146
Выводы 149
5 Практическое применение и экономическая эффективность результатов исследования 152
5.1 Технологический процесс фосфатирования подшипников качения ходовой части трактора Т-4а 152
5.2 Режимы обслуживания подшипниковых узлов опорных катков трактора т-4а 157
5.3 Экономическая эффективность фосфатирования подшипниковых узлов опорных катков трактора Т-4а и применения в эксплуатации смазочных композиций с присадкой «феном» 158
Выводы 165
Общие выводы 166
Список использованной литературы
- Аналитический обзор основных направлений повышения надежности подшипниковых узлов
- Схемы действия фосфатного покрытия при трении
- Методика лабораторных исследований способов получения и свойств фосфатного покрытия
- Сравнительная оценка смазочных композиций с присадками
Введение к работе
Развитие современной техники характеризуется повышенными требованиями к качеству машин, неразрывно связанному с долговечностью их трущихся сопряжений.
Актуальной является задача совершенствования существующих технологий ремонта и технического обслуживания на базе последних разработок в области триботехнологий, позволяющих в значигельной мере повышать надежность узлов и агрегатов машин за счет управления процессами в зоне трения.
К основным сопряжениям, лимитирующим надежность трансмиссии, ходовой системы и трактора в целом, относятся подшипники качения. При выходе из строя одного из подшипников неизбежны преждевременный ремонт и простои трактора, что ведет к значительным экономическим потерям. По данным большинства исследований ресурс подшипников качения с -х. тракторов значительно ниже нормативного. Это объясняется тяжелыми условиями работы подшипников: загрязнение смазочного материала абразивом, действие значительных нагрузок и динамический характер их приложения [1] и др., а также недостаточной оснащенностью ремонтных предприятий необходимым оборудованием, специальными приборами, квалифицированными кадрами. Низок уровень технического обслуживания подшипниковых узлов в эксплуатации, что вызывает необходимость частых ремонтов
В связи с перечисленными причинами и сложностями экономического характера на современном этапе возникает необходимость изыскания наиболее экономичных и эффективных способов повышения износостойкости подшипниковых узлов тракторов.
В большинстве с.-х. предприятий РФ применяются гусеничные тракторы различных тяговых классов. Одним из наиболее распространенных тракторов сельскохозяйственного назначения в хозяйствах Самарской области является гусеничный трактор Т-4А тягового класса 40 кН, выпускаемый Алтайским трак-
торным заводом По данным департамента технической политики Самарской области общее количество тракторов Т-4А в области на 1.11.06 составило 1836 единиц, что составляет 51% от общего количества гусеничных тракторов сх. назначения и 21% от общего числа сельскохозяйственных тракторов области [115, 90]. Трактор Т-4А предназначен для выполнения пахоты, посева, культивации и других сельскохозяйственных работ.
По данным исследований надежности тракторов Т-4А, работающих в условиях рядовой эксплуатации [2], наибольшее число отказов - 28% приходится на ходовую систему. Массовой повторностью отказов в ходовой системе является течь масла из опорных катков, что при несвоевременном доливе масла, в свою очередь, приводит к ухудшению условий смазывания и повышенному износу подшипниковых узлов.
По данным [3] средняя наработка трансмиссии и ходовой части трактора Т-4А до поступления в первый капитальный ремонт составила 4750 мото-ч. Результаты исследований свидетельствуют о том, что увеличение скорости изнашивания в условиях реальной эксплуатации более заметно проявилось для шестерен трансмиссии, подшипников опорных катков и их уплотнений. При капитальном ремонте замене на новые подлежат все подшипники опорных катков.
В последующей эксплуатации при проведении текущих ремонтов ходовой части тракторов более 70% подшипников опорных катков имеют радиальный зазор выше допустимых значений и подлежат выбраковке.
В связи с этим задача повышения износостойкости подшипниковых узлов опорных катков трактора Т-4А является актуальной.
В опорных катках трактора Т-4А применяют роликовые подшипники РИ 954712, смазывание осуществляют картерным способом трансмиссионным маслом ТМ-3-18 (ГОСТ 17479.2-85). В подобных условиях работают подшипники агрегатов трансмиссий большинства тракторов. Опорные катки аналогичной конструкции применяются на трелевочных тракторах и машинах Алтайского
тракторного завода, а также на промышленных тракторах Челябинского и Чебоксарского тракторных заводов. Таким образом, разрабатываемые методы по повышению износостойкости подшипниковых узлов ходовой части трактора Т-4А в перспективе могут быть применены для различных подшипниковых узлов (опор качения) сельскохозяйственных и промышленных тракторов, смазываемых жидким трансмиссионным маслом.
Одним из путей повышения износостойкости подшипниковых узлов является воздействие на параметры смазки путем ввода в смазочный материал современных ресурсоповышающих присадок в определенной концентрации Правильный выбор присадок в необходимом научно обоснованном количестве позволяет обеспечить высокую износостойкость узлов трения в период эксплуатации. Снизить напряженность приработки и обеспечить повышение износостойкости рабочих поверхностей можно специальной обработкой, направленной на создание на рабочих поверхностях модифицированного (измененного) слоя с улучшенными антифрикционными свойствами. Имеется положительный опыт применения подобных покрытий в различных узлах трения.
В связи с этим актуальным является поиск путей повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части трактора за счет комплексного применения модифицирования рабочих поверхностей и присадок к смазочному материалу
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (Самарская ГСХА) на 2005...2010 гг. и темой «Разработка и внедрение методов совершенствования режимов смазки и рационального использования масел в смазочных и гидравлических системах сельскохозяйственной техники» (№ ГР 01980001759).
8 Цель исследования - повышение износостойкости подшипниковых узлов
ходовой части трактора тягового класса 40 кН модифицированием рабочих поверхностей и введением присадки в смазочный материал.
Объект исследования - процессы трения и изнашивания в подшипниковых узлах ходовой части трактора Т-4А, рабочие поверхности которых модифицированы (изменены) фосфатированием, а в смазочный материал (трансмиссионное масло) введена присадка, содержащая поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Предмет исследования - взаимосвязь трибологических параметров, определяющих условия работы и состояние рабочих поверхностей подшипников качения ходовой части тракторов, которые влияют на качество приработки и определяют последующую долговечность подшипникового узла
Научная новизна заключается в предложенном комплексном способе повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части тракторов фосфатированием рабочих поверхностей и введением присадки в смазочный материал на этапе приработки и нормальной работы; методе выбора оптимальной концентрации присадки при наличии на рабочих поверхностях фосфатного покрытия; экспериментальной оценке влияния фосфатирования и введения присадки в смазочный материал на этапе приработки и нормальной работы на три-бологические параметры подшипниковых узлов ходовой части тракторов.
Достоверность результатов работы подтверждается сравнительными исследованиями приработки образцов на машине трения, а также подшипниковых узлов на стенде, имитирующими эксплуатационные условия работы; применением современных технических средств измерения и методов обработки экспериментальных данных на ПЭВМ с использованием прикладных программ Microsoft Excel, Statistica V.5.5.A и MathCAD 2001.
Практическая ценность работы. Разработан комплексный способ, предусматривающий фосфатирование рабочих поверхностей и введение присадки Феном в определенных концентрациях в смазочный материал на этапе приработки
9 и нормальной работы, что позволяет повысить износостойкость и, как следствие, долговечность деталей подшипниковых узлов ходовой части трактора.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований по повышению износостойкости подшипниковых узлов фосфатированием их рабочих поверхностей и введением в смазочный материал присадки Феном приняты к внедрению в ОАО «Похвистневская сельхозтехника» Самарской области при капитальном ремонте ходовой части тракторов Т-4А.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и одобрены на научно-технических конференциях Самарской ГСХА (2001 ..2006 гг), Московского ГАУ им В.П. Горячкина (2003 г.) и Пензенской ГСХА (2005 г.).
Публикации результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в 12 научных работах, в том числе 1 статья в изданиях перечня ВАК Минобразования РФ, и 1 депонированный отчет о НИР Самарской ГСХА с номером государственной регистрации № 02.200300329.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 153 страницах, состоит из пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 119 наименований и приложений на 32 с. Содержит 26 таблиц и 44 рисунка
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
способ повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части тракторов фосфатированием рабочих поверхностей и введением присадки в смазочный материал на этапе приработки и нормальной работы;
метод выбора рациональной концентрации присадки при наличии на рабочих поверхностях фосфатного покрытия;
результаты экспериментальной оценки влияния технологических параметров режима формирования фосфатного покрытия и применяемых смазочных композиций на трибологические параметры деталей подшипниковых узлов.
Аналитический обзор основных направлений повышения надежности подшипниковых узлов
Направления повышения надежности подшипниковых узлов. Оптимизация конструктивных параметров подшипниковых узлов. Одним из перспективных направлений повышения надежности подшипниковых опор является применение специальных подшипников, спроектированных для данных условий работы, взамен стандартных.
В отдельных случаях повышение работоспособности достигается изменением размеров и внутренней геометрии стандартных подшипников [15], а также изменением их посадки и прочими методами [34].
Другим направлением является применение новых материалов [15], [16], [34] и др. Так, например, при низкой себестоимости изготовления подшипников качения из цементируемых сталей их срок службы в два-три раза превышает срок эксплуатации подшипников, выполненных из традиционных марок сталей [15]. В мировой практике возрастает тенденция применения сепараторов, изготовленных из полиамидов [16].
Применение принудительной смазочной системы. Исследования режимов смазки тракторных трансмиссий отражены в работах [17], [18], [19] и др. Обобщенный анализ проведенных исследований [20] показывает, что принудительная смазочная система позволяет снизить скорость изнашивания подшипников качения и шестерен в 1,5...1,8 раза и в 2...3 раза увеличить срок службы трансмиссионного масла. Однако следует отметить, что создание принудительной смазочной системы для подшипниковых узлов ходовой части тракторов приведет к значительному усложнению конструкции, что представляется нецелесообразным с технико-экономических позиций.
Обеспечение герметизации, повышение надежности уплотнений подшипниковых узлов. Герметизирующие устройства опорных и поддерживающих катков большинства гусеничных машин содержат резиновые уплотняющие элементы, которые в процессе хранения и эксплуатации подвержены значительному снижению эксплуатационных свойств, что приводит к потере работоспособности. Как показали исследования [21], исключить физические причины потери герметичности возможно путем изменения конструкции уплотнений с заменой материала уплотнительных элементов на полимерные композиционные материалы, а также применением комбинированных резино-полимерных уплотнений Другим современным направлением в обеспечении надежной герметизации опор качения является применение магнитно-жидкостных уплотнений [34]. Работоспособность и долговечность герметичных подвижных сопряжений можно повысить применением различных видов отделочных операций [38].
Исследованию вопроса обеспечения надежности конусных торцевых уплотнений сельскохозяйственных тракторов посвящены работы [22, 23] и др В работе [24] даются рекомендации по совершенствованию конструкции торцевых конусных уплотнений ходовой части трактора Т-4А.
Повышение точности изготовления и качества рабочих поверхностей. Установлено, что долговечность подшипников напрямую связана с точностью изготовления рабочих поверхностей деталей. К точности изготовления и качеству поверхности колец и роликов подшипников предъявляются высокие требования: некруглость менее 1 мкм, волнистость менее 0,2 мкм, параметр шероховатости Ra = 0,02...0,08 мкм; отсутствие дефектного слоя металла (микротрещин) и остаточных напряжений растяжения. Технологическое обеспечение указанных требований достигается совершенствованием способов и оборудования, применяемого для финишных операций [25,26,27] и др.
Разработанные методы мониторинга процесса шлифования колец подшипников [28] позволяют не только сократить производственный брак, но и существенно повышать эксплуатационную надежность подшипников.
Исследования показателей надежности автомобильных подшипников качения показали, что они в значительной степени определяются условиями и режимом финишной обработки поверхностей. В этой связи разработаны способы доводки шаров подшипников, которые исключают передеформирование и образование дефектной структуры, а также обеспечивают снижение уровня шумов подшипников [29], [30].
Схемы действия фосфатного покрытия при трении
Общая схема действия фосфатного покрытия в процессе приработки может быть представлена следующим образом. Вначале сила трения фосфатированной поверхности по фосфатированной или по другой поверхности значительна. Затем кристаллы фосфата на выступах неровностей контактирующих поверхностей быстро срабатываются и начинают проявлять относительное абразивное действие. Коэффициент трения в начальной стадии приработки резко убывает и, в дальнейшем, продолжает снижаться по мере приработки. Кристаллы фосфата в начальной стадии работы пары предохраняют ее от заедания [14].
Рассматривая приработку как процесс изменения геометрии поверхностей трения и физико-механических свойств поверхностных слоев материала можно выделить две основные фазы приработки:
1 фаза приработки - формирование опорной поверхности, макрогеометрии поверхностей трения. На этом этапе происходит изнашивание отдельных неровностей, выступов рабочей поверхности.
2 фаза приработки - формирование физико-механических свойств поверхности и микрогеометрии (шероховатости) поверхностей трения.
Процессы приработки деталей с металлическими рабочими поверхностями (без покрытия) и деталей, имеющих фосфатное покрытие, будут происходить различно. Так, вторая фаза приработки для деталей с фосфатным покрытием будет проходить в 2 этапа: приработка с фосфатным покрытием на сформированной опорной поверхности; и приработка после износа фосфатного покрытия (заключительный этап формирования геометрии и физико-механических свойств у металлических рабочих поверхностей).
Фосфатное покрытие способствует ускоренному формированию опорной поверхности и увеличению ФПК поверхностей трения в первой фазе приработки. На рисунке 2.2 показаны основные этапы формирования опорной поверхности. R, b, Rj - размеры неровности поверхности начальные и после фосфатирования; hb Ьг, Иф - толщина фосфатного покрытия исходная, после уплотнения и в процессе изнашивания; Атах - высота неровности, компенсируемая фосфатным покрытием.
Этапы формирования опорной поверхности: а) исходная поверхность; б) поверхность после фосфатирования; в) уплотнение фосфатного покрытия в начале приработки; г) опорная поверхность в процессе приработки
Допустим, на исходной металлической поверхности имеется неровность (выступ) высотой b и радиусом R (рисунок 2.2а). В процессе фосфатирования происходит растворение и замещение металла поверхностных слоев фосфатами. В случае, если объем образованного фосфатного покрытия примерно соответствует объему растворенного металла, можем допустить, что при создании равномерного покрытия профиль исходной поверхности останется без изменений. Профиль металлической поверхности смещается вниз на величину, равную толщине фосфатного покрытия hi. При этом высота неровности относительно металлической поверхности остается прежней, а радиус выступа Ri уменьшится на величину hi (рисунок 2.26).
Вначале трения о сопряженную поверхность выступ на фосфатированной поверхности быстро срабатывается (ввиду малой твердости и невысокой механической прочности покрытия) и происходит уплотнение фосфатного покрытия (рисунок 2.2в).
Толщину фосфатного покрытия после уплотнения можно определить как h2 = Mk, (2.8) где к - коэффициент уплотнения фосфатного покрытия, 0 к 1.
Значение к зависит от состояния исходной поверхности металла, приложенной нагрузки и свойств фосфатного покрытия (размера кристаллов, пористости и т.п.), которые в свою очередь зависят от состава раствора и режима фосфатирования.
При П2 b выступ на металлической поверхности обнажается (на опорной поверхности образуется неровность), поэтому максимальная высота неровности исходной поверхности компенсируемая фосфатным покрытием будет Amax=h2 = hiXk. (2.9)
Таким образом, создание фосфатного покрытия заданной толщины дает возможность компенсировать неровности и отклонения от геометрической формы поверхностей трения деталей на этапе формирования опорной поверхности.
Далее в процессе приработки, по мере износа фосфатного покрытия, в контакт вступает металлическая поверхность (рисунок 2.2г), к концу этапа фосфатное покрытие остается главным образом во впадинах, что обеспечивает постоянство ФПК на сформированной опорной поверхности.
Методика лабораторных исследований способов получения и свойств фосфатного покрытия
Для узлов трения с фосфатным покрытием рациональной концентрацией присадки в смазочном материале следует считать такую концентрацию, при которой достигается максимальное значение износостойкости сформированных в процессе приработки рабочих поверхностей, что согласно условию (2.12) достигается при минимальной скорости изнашивания фосфатного покрытия для заданных условий трения.
Предлагаемый метод заключается в выборе концентрации присадки, которая обеспечивает, для заданных условий трения, наибольшее снижение скорости изнашивания фосфатного покрытия по сравнению со смазочным материалом без присадки.
Скорость изнашивания фосфатного покрытия при трении зависит от нагрузки, температуры и концентрации присадки, введенной в смазочный материал.
В качестве параметра, характеризующего скорость изнашивания фосфатного покрытия, в дальнейшем будем рассматривать значение износа покрытия на фиксированном пути трения.
Зависимость износа фосфатного покрытия от нагрузки q, температуры t и концентрации присадки к запишем в виде: i = f(q,t,k). (2.13) При граничном значении концентрации присадки k = 0 математическая модель зависимости износа фосфатного покрытия G (базовый уровень) примет вид G = f(q,t). (2.14) Зависимости износа от различных факторов имеют нелинейный характер. Функцию отклика (1) аппроксимируем полиномом второго порядка і = a 0 + axq + a 2t + a 3k + a n q t + a ,3 q -к + 2 2 2 (2 15) + a 231 к + a u g + a 22 / + a 33 A: , где a 0, a,, a 2, a 3, a 12 , a 13 , a 23 , a,, , a 22 , д 33 - коэффициенты, характеризующие свободный член уравнения, линейные и квадратичные эффекты взаимодействия соответствующих факторов. Функцию отклика (2.14) аппроксимируем полиномом второго порядка G = а0 + a xq + a 2t + anq + auq2 + а 2212. (2.16) Зависимости (2.15) и (2.16) определяются по результатам лабораторного многофакторного эксперимента.
В качестве параметра оптимизации будем рассматривать изменение величины износа фосфатного покрытия на фиксированном пути трения.
Обозначим изменение величины износа фосфатного покрытия, обусловленное введением присадки (эффект от присадки) Е, тогда i = G + E, или E = i-G. (2.17) Подставив уравнения (2.15) и (2.16) в выражение (2.17), получим Е = b0 + biq + b 2t + а ък + Ъп q /+ а и q -к + 2 2 2 (2.18) + а 23 / к + bu q + Ъ 22 t + а 33 к , где b0,bl,b2,b]2,bu,b22 - факторные коэффициенты, полученные после преобразования. Условие эффективного применения присадки: Е 0.
Для определения рациональной концентрации присадки Копт, при которой износ фосфатного покрытия наименьший для данных условий трения, необходимо определить локальные экстремумы (минимумы) функции (2.18) при заданных значениях нагрузки и температуры.
Значению предельной концентрации присадки соответствуют положительные решения выражения (2.20).
Проведенный анализ позволяет определить общую методологию выбора рациональной концентрации присадки для узлов трения с фосфатным покрытием при заданном нагрузочном и температурном режиме работы. Процесс выбора концентрации присадки (рисунок 2.5) включает: анализ условий работы трибологической системы (ТС) и формирование методики многофакторного эксперимента, проведение исследований и определение эмпирических зависимостей (2.15), (2.16), а также процесс оптимизации, позволяющий установить значения рациональной и предельной концентрации присадки в смазочном материале.
ВЫВОДЫ
1. Определен способ повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части тракторов, заключающийся в создании на рабочих поверхностях деталей фосфатного покрытия и введении в смазочный материал присадки в определенной концентрации на этапах приработки и нормальной работы.
Комплексное применение фосфатирования поверхностей трения и смазочной композиции (смазочный материал + присадка) направленно на улучшение приработочных процессов в сопряжениях и повышение износостойкости сформированных в ходе приработки рабочих поверхностей. Введение присадки в смазочный материал на этапе нормальной работы направленно на обеспечение высокого уровня износостойкости деталей подшипниковых узлов в период эксплуатации.
2. Получение фосфатного покрытия на стальных изделиях возможно в растворах монофосфатов марганца, железа, цинка, кальция и т. п. В процессе образования фосфатного покрытия происходит гидролиз этих солей с образованием насыщенного раствора двух- и трехзамещенных фосфатов и свободной ортофосфорной кислоты, растворение поверхности металла и осаждение нерастворимых фосфатов на границе металл - фосфатирующий раствор. Основным фактором, определяющим качество покрытия в процессе фосфатирования, является кислотность раствора.
3. Для деталей с фосфатированными рабочими поверхностями можно выделить две основные стадии приработки: приработка с фосфатным покрытием и приработка после износа фосфатного покрытия.
4. Предложена зависимость относительной износостойкости приработанных поверхностей от времени приработки с фосфатным покрытием. Анализ зависимости показывает, что при заданной толщине покрытия с увеличением продолжительности приработки с фосфатным покрытием повышается относительная износостойкость сформированных в процессе приработки металлических рабочих поверхностей.
Следовательно, для повышения износостойкости приработанных поверхностей необходимо уменьшить скорость изнашивания фосфатного покрытия на первой стадии процесса приработки.
5. Предложен метод выбора рациональной концентрации присадки для узлов трения с фосфатным покрытием при заданном нагрузочном и температурном режимах работы, основанный на эмпирическом определении зависимости, позволяющей определить значение концентрации присадки, обеспечивающей наибольшее снижение скорости изнашивания фосфатного покрытия по сравнению со смазочным материалом без присадки. Установлены аналитические зависимости износа фосфатного покрытия на фиксированном пути трения от нагрузки, температуры и концентрации присадки в смазочном материале и зависимость, характеризующая изменение износа фосфатного покрытия обусловленное введением присадки, которая позволяет проводить процесс оптимизации. Коэффициенты, входящие в выражения, определяются опытным путем на основании полнофакторного эксперимента.
Сравнительная оценка смазочных композиций с присадками
Исследованные смазочные композиции показали устойчивое снижение момента трения на 5...12% по сравнению с моментом трения на масле ТМ-3-18 без присадок.
Повышение температуры образцов на 3...5 С, по сравнению с ТМ-3-18, было замечено при испытании смазочной композиции с присадкой Форум, в остальных случаях температура незначительно снижалась (1...2С), что находится в пределах погрешности измерений. Изменение установившейся температуры масла в процессе исследований также не превышало 1 ...2С.
Результаты сравнительных износных исследований смазочных композиций в концентрациях, рекомендуемых изготовителем, приведены в таблице 4.6.
Среднее значение массового износа образцов смазываемых маслом ТМ-3-18 составляет 13,7 мг (таблица 4.6). Установлено отсутствие эффекта по снижению износа у смазочных композиций с присадками Форум и Стойкость -средний массовый износ образцов составил соответственно 13,8 мг и 13,67 мг. Незначительное снижение массового износа показал Универсальный модификатор трения (УМТ) - 11,3 мг. Наименьшие значения массового износа образцов 8,1 мг и 8,97 мг зафиксированы, соответственно, у смазочных композиций с присадками Феном и РиМЕТ-Т.
Как показывают полученные результаты, введение в трансмиссионное масло присадок Форум и Стойкость не оказывает влияния на скорость изнашивания образцов. Присадки Феном, РиМЕТ-Т, Универсальный модификатор трения, при введении в трансмиссионное масло в концентрациях рекомендуемых изготовителем, снижают скорость изнашивания соответственно на 41,34 и 18 % по сравнению с трансмиссионным маслом ТМ-3-18.
Оптимизация состава была проведена для смазочных композиций с присадками Феном и РиМЕТ-Т. Поиск оптимальной концентрации осуществляли в несколько этапов при различных нагрузочно-скоростных режимах работы. Результаты исследования представлены в таблицах 4.7, 4.8 и на рисунках 4.11 и 4.12.
При испытаниях смазочных композиций с концентрациями присадки РиМЕТ-Т 25, 50, 75, 100, 150 мл/л установлено, что при определенной нагрузке величина снижения момента трения не зависит от скоростного режима (в пределах 440...200 мин"1). При концентрации 50 мл/л снижение момента трения при нагрузке 4000Н составило от 0 до 2,2%, а при нагрузке 2500Н момент трения увеличился в среднем на 20% по сравнению с маслом без присадки. При концентрации 25 мл/л наблюдалось снижение момента трения при нагрузке 4000 Н на 2,2...4,5%, а при нагрузке 2500 Н на 8,3...9,8%. Концентрация 75 мл/л снижает момент трения при нагрузке 4000 Н на 4,3...5,8%, а при нагрузке 2500Н на 3,4%. Увеличение концентрации присадки до 100... 150 мл/л не влияет на величину момента трения при нагрузке 4000 Н, а при нагрузке в 2500 Н наблюдалось увеличение момента трения на 15...17% по сравнению с маслом без присадки (таблица 4.7).
Таким образом, при рекомендуемой изготовителем концентрации присадки РиМЕТ-Т (50 мл/л) снижение момента трения не происходит, а наоборот, при малых нагрузках он увеличивается на 20% по сравнению с маслом ТМ-3-18 без присадки. Наименьший момент трения наблюдается при концентрации 25 мл/л. Поэтому на втором этапе оптимизации исследовались концентрации 5, 10, 15, 20, 35 мл/л на двух наиболее характерных режимах. Полученные результаты приведены в таблице 4.8.
При нагрузке 4000 Н и частоте вращения 440 мин снижение величины момента трения при концентрациях 10, 15, 20, 35 мл/л составило, соответственно, 8,7; 10,8; 4,3 и 2,2 % по сравнению с маслом без присадки. При концентрации 5 мл/л момент трения не изменялся. Максимальное снижение момента трения (10,8 %) наблюдалось при концентрации 15 мл/л. При уменьшении нагрузки и частоты вращения до 2500 Н и 300 мин " снижение величины момента трения при 5 мл/л составило 6,9 %. Наибольшее снижение наблюдалось при концентрациях 10, 15, 20 мл/л и составляло во всех случаях 10,3 %. При концентрации 35 мл/л, напротив, наблюдалось резкое возрастание момента трения на 17% по сравнению с маслом без присадки.
