Введение к работе
Актуальность темы. Одними из основных ресурсоопределяющих деталей, ограничивающих долговечность опорных катков гусеничных тракторов и других узлов с.-х. техники, являются подшипники качения. Отказ одного из подшипников ходовой системы приводит к перегрузке других элементов, преждевременному ремонту, простою трактора и значительным экономическим потерям.
Ресурс большинства подшипников с.-х. техники ниже нормативных значений и во многом зависит от совершенства смазочной системы. К причинам потери работоспособности подшипников опорных катков гусеничных тракторов можно отнести «жесткие» эксплуатационные условия работы подшипникового узла, загрязнение смазочного материала твердыми абразивными частицами, несвоевременное проведение технического обслуживания, низкое качество монтажа и регулировки подшипников, применение несоответствующего смазочного материала. Ввиду высокой запыленности воздуха при выполнении с.-х. операций (до 1 г/м3) и неудовлетворительной герметичности опорных катков основным фактором, лимитирующим ресурс подшипников качения и торцевых уплотнений, выступает скорость абразивного изнашивания.
Смазочный материал является полноправным элементом любой трибологической системы, от свойств которого во многом зависят процессы трения и изнашивания сопряжений узла. В связи с этим важную роль в повышении надежности подшипников качения с.-х. техники играет совершенствование смазочных систем, разработка новых видов смазочных материалов и способа их подвода в зону трения. Практический интерес представляют смазочные материалы, содержащие в своем составе поверхностно-активные вещества, которые повышают уровень насыщения контакта поверхностей трения и обладают высокими противоизносными и антифрикционными свойствами.
В связи с этим актуальными являются исследования, направленные на повышение ресурса подшипников опорных катков гусеничных тракторов совершенствованием смазочной системы за счет применения рапсово-минеральной смазочной композиции и улучшения режима смазывания.
Степень разработанности темы. Оценка ресурса подшипников опорных катков гусеничных тракторов является многофакторной задачей, учитывающей условия работы подшипников качения, режим смазывания, тип и свойства смазочного материала и т. д. В настоящее время известны результаты исследований по совершенствованию режимов смазывания подшипников качения, модификации смазочных материалов, снижению абразивного изнашивания поверхностей трения.
Однако недостаточно исследованным для условий работы подшипников опорных катков гусеничных тракторов является влияние на ресурс подшипников таких факторов, как режим смазывания и использование пластичной смазочной композиции на основе растительного масла с целью повышения герметичности катков и снижения скорости абразивного изнашивания. Поэтому возникает необходимость дальнейшего теоретического и конструкторского обоснования рационального состава пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции, режима смазывания с циркуляционной подачей смазки в зону трения подшипников и методики оценки их ресурса.
Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА» на 2006…2010 г.г., тема «Разработка и внедрение технологии рационального использования минеральных и альтернативных топливо-смазочных материалов и методов улучшения трибологических параметров сельскохозяйственной техники» (ГР №01.200511089) и на 2011…2015 г.г., тема «Обоснование рациональных методов формирования и нанотехнологического насыщения поверхностей трения деталей с.-х. техники в условиях минеральной и альтернативной смазочной среды» (ГР №01.201062609).
Цель исследований. Повышение ресурса подшипников опорных катков гусеничных тракторов совершенствованием смазочной системы за счет применения рапсово-минеральной смазочной композиции и улучшения режима смазывания.
Задачи исследований:
1. Теоретически обосновать методику оценки ресурса подшипников качения тракторных ходовых систем с учетом трибологических параметров смазочного материала в условиях абразивного изнашивания.
2. Аналитически оценить методы улучшения режимов смазывания подшипников опорных катков гусеничных тракторов и обосновать конструктивные параметры устройства для подачи пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции в зону трения.
3. Обосновать рациональный состав пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции и экспериментально оценить ее влияние на трибологические показатели подшипникового узла опорных катков гусеничных тракторов в условиях циркуляционного режима смазывания.
4. Разработать рекомендации по улучшению смазочной системы опорных катков тракторных ходовых систем и оценить экономическую эффективность результатов исследований.
Объект исследований. Изнашивание роликовых подшипников опорных катков гусеничных тракторов при использовании альтернативной пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции в режиме циркуляционного смазывания.
Предмет исследований. Показатели изнашивания роликовых подшипников опорных катков гусеничных тракторов и взаимосвязь трибологических параметров, влияющих на ресурс подшипникового узла.
Научную новизну работы составляют:
- показатель, оценивающий влияние трибологических свойств смазочного материала на ресурс подшипников опорных катков гусеничных тракторов в условиях абразивного изнашивания;
- рациональный состав пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции для подшипников опорных катков гусеничных тракторов;
- конструкция устройства для обеспечения циркуляционной подачи пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции в зону трения подшипников качения опорных катков и теоретический метод расчета его оптимальных конструктивных параметров.
Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение №2441796 «Опорный каток для гусеничных машин».
Теоретическая и практическая значимость работы. Использование пластичной смазочной композиции на рапсово-минеральной основе совместно с шнеково-винтовым устройством для обеспечения циркуляционного режима смазывания способствует снижению износа подшипников качения опорных катков и повышению ресурса узла на 45% по сравнению с базовой смазочной системой и не оказывает негативного влияния на окружающую среду. Рациональным составом дисперсионной среды рапсово-минеральной смазочной композиции, обладающей высокими трибологическими свойствами в режиме граничного трения, является рапсовое масло (84,17%) с добавлением 4,5% присадки Т-43 и 3,33% присадки А-22, а также 8% «Литол-24» в качестве вязкостной добавки. Для получения пластичной смазочной композиции данную смесь необходимо загустить стеаратом лития в соотношении 9:1 по массе.
Разработанное шнеково-винтовое устройство, установленное на ось опорного катка, реализует циркуляционный режим смазывания подшипникового узла, обеспечивает обновление смазочной композиции в зоне трения, позволяет увеличить периодичность технического обслуживания опорных катков и может быть использовано в аналогичных подшипниковых узлах трения.
Реализация результатов исследований. Опытно-конструкторские образцы усовершенствованных опорных катков гусеничных тракторов ДТ-75М с установленным устройством для циркуляционной подачи пластичной смазочной композиции экспериментально оценивались в условиях учебного парка Самарской ГСХА и прошли производственную проверку в сельскохозяйственном предприятии ЗАО «Северный ключ» Самарской области.
Методология и методы исследований. Теоретические исследования параметров рационального режима смазывания ресурсоопределяющих элементов опорных катков и обоснование конструктивных параметров устройства для циркуляционной подачи смазки к подшипникам выполнены с применением основных положений, законов и методов трибологии, математического анализа и моделирования.
Экспериментальные исследования выполнены с использованием стандартных и разработанных частных методик исследований. За метод исследований принят метод сравнительных исследований опорных катков гусеничных тракторов в стандартном исполнении и с усовершенствованной смазочной системой подшипников опорных катков. Обработка экспериментальных данных выполнялась на ЭВМ с применением прикладных программ Statistica 10.0, Mathcad 14, Microsoft Excel и др.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
- теоретическое обоснование влияния трибологических свойств смазочного материала на скорость абразивного изнашивания подшипников качения;
- рациональный состав пластичной смазочной композиции на рапсово-минеральной основе, обеспечивающей снижение скорости изнашивания подшипников опорных катков;
- устройство для реализации циркуляционного режима смазывания подшипниковых узлов пластичным смазочным материалом и метод расчета его оптимальных конструктивных параметров;
- рекомендации по улучшению смазочной системы подшипникового узла опорных катков и организации их технического обслуживания.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов подтверждается сравнительными стендовыми и эксплуатационными исследованиями опорных катков гусеничных тракторов ДТ-75М.
Основные положения диссертации и результаты исследований доложены и одобрены на межвузовских, региональных, всероссийских и международных научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА (2009…2013 г.г.), ФГБОУ ВПО «СамГТУ» (2011 г.), ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» (2012 г.), ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2013 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 11 научных работ, в том числе 3 статьи в изданиях по «Перечню…ВАК при Минобрнауки РФ». Получен патент РФ на изобретение №2441796. Без соавторов опубликовано 3 статьи. Общий объем публикаций 2,69 п.л., из них автору принадлежит 1,93 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 197 с., состоит из пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 171 наименования и приложения на 32 с., содержит 20 табл. и 46 рис.
