Введение к работе
Актуальность работы. Эффективность использования одноковшовых экскаваторов, выполняющих около 40% объема земляных работ в строительстве, в значительной степени обусловлена техническим состоянием основных систем, в том числе состоянием гусеничного ходового устройства, на долю которого приходится от 25 до 48% всех затрат на эксплуатационные материалы и запасные части. Значительная доля простоев возникает из-за необходимости устранения отказов и мероприятий технического обслуживания шарнирных соединений опорных катков ходовых устройств гусеничных экскаваторов. Значительные средства расходуются на смазочные материалы. Проникновение загрязнений и воды в узлы трения вызывает абразивное изнашивание трущихся поверхностей деталей опорных катков, что в условиях высоких удельных давлений и динамических знакопеременных нагрузок, свойственных рабочему режиму экскаватора, вызывает износ уплотнительных устройств и раскрытие стыка уплотнений. Дозаправка катков жидкими смазочными материалами не останавливает абразивный износ поверхностей трения деталей, а ведет лишь к перерасходу смазочного материала. Ресурс опорных катков заметно снижается, увеличивается поток отказов, снижается производительность экскаватора из-за вынужденных простоев на ремонт ходовой части.
Повышение ресурса пар трения шарниров опорных катков экскаватора с гусеничным ходовым устройством связано с качеством применяемых смазочных материалов, их способностью не вытекать из полости катка даже в случае отказа уплотнительного устройства, обеспечивать приемлемую периодичность их замены, снижать абразивное изнашивание деталей подшипников. Указанным требованиям отвечают пластичные смазочные материалы. Однако подбор пластичных смазок для конкретных условий работы узлов трения требует исследования их эксплуатационных свойств и режимов использования.
Возможность улучшения эксплуатационных свойств смазочных материалов (и в первую очередь - противоизносных) при абразивном износе производят по результатам исследований, проводимых преимущественно на четырехшариковых машинах трения. Однако, исследования в этой области противоречивы и ограничены, а практические рекомендации по снижению абразивного износа не нашли широкого применения. Полученные данные по оценке эксплуатационных свойств смазочных материалов применительно к узлам трения опорных катков экскаватора требуют уточнения.
Недостаточно исследований, в которых даны рекомендации по подбору добавок, способных эффективно снижать износ поверхностей трения в условиях граничного трения при абразивном изнашивании. Слабо разработана теоретическая база, позволяющая установить связь между периодичностью проведения операций по замене смазок в узлах трения экскаватора и эксплуатационными свойствами смазочных материалов. Отсутствует эффективный метод и оборудование для изучения влияния добавок различной природы на свойства смазочных материалов при абразивном изнашивании шарнира опорных катков экскаватора. На основании вышеизложенного были поставлены цель и задачи исследования.
Цель диссертационной работы: Повышение ресурса шарнира опорных катков гусеничного ходового устройства одноковшовых экскаваторов.
Поставленная цель определила следующие задачи:
1. Разработать модель технического обслуживания шарниров опорных катков экскаватора.
2. Разработать метод оценки эксплуатационных свойств смазочных материалов в условиях абразивного изнашивания.
3. Изучить влияние на эксплуатационные свойства пластичных смазок добавок различной физико-химической природы.
4. На основе теории планирования эксперимента и регрессионного анализа оценить степень влияния исследуемых факторов на свойства пластичных смазок
5. Исследовать влияние состава смазочных материалов на скорость и интенсивность изнашивания деталей шарнира опорного катка экскаватора при абразивной природе изнашивания поверхностей и разработать модель прогнозирования ресурса шарнира катка.
6. Проверить на адекватность результаты теоретических и лабораторных исследований в реальных условиях эксплуатации экскаваторов.
Объектом исследования является процесс технического обслуживания опорных катков гусеничного ходового устройства при переходе на пластичные смазки.
Предметом исследования являются закономерности влияния добавок различной природы на эксплуатационные свойства смазки шарнира опорного катка экскаватора при абразивной природе изнашивания поверхностей.
Методика исследований представляет собой комплекс теоретических и экспериментальных методов. Решение задач базируется на ранее полученных экспериментальных данных, известных теоретических положениях триботехники, методах статистической обработки экспериментальных данных.
Научная новизна определяется следующим:
1. Разработан ускоренный метод и прибор оценки свойств смазочных материалов в условиях граничного трения при скольжении. При изучении абразивного изнашивания показана более высокая чувствительность метода в сравнении с методами испытаний на ЧШМ.
2. Изучено влияние состава пластичных смазок на их противоизносные свойства в присутствии абразива в условиях граничного трения.
3. Определена зависимость износа от микрогеометрии поверхности деталей шарнира катка, от используемого в смазках загустителя и добавок различной физико-химической природы и агрегатного состояния.
4. Определена рецептура пластичных смазок с добавками, обладающая высокими противоизносными свойствами на основе синергетических эффектов. Уточнен механизм их действия применительно к шарниру опорного катка.
5. Разработана математическая модель прогнозирования ресурса узла трения опорного катка экскаватора ЭО-5126 при применении смазки литол-24 с модификаторами.
Достоверность полученных результатов подтверждена: адекватностью математических моделей и результатов экспериментальных исследований, техническим и экономическим показателям работы шарнира опорного катка экскаватора ЭО-5126, достаточным объемом экспериментов и сходимостью теоретических расчетов с экспериментальными данными.
Практическая ценность работы. Разработан метод и прибор оценки эксплуатационных свойств смазочных материалов в условиях абразивного изнашивания при граничном трении с ошибкой измерений не превышающей 5-6% (Патент № 2386945. Опубликован 20.04.2010. Бюл. № 11). Найдены добавки, эффективно улучшающие эксплуатационные свойства пластичных смазок на основе синергетических эффектов. Разработан метод расчёта предельных износов деталей шарнира катка в зависимости от состава пластичной смазки и наработки экскаватора.
Внедрение и реализация работы. Результаты исследования внедрены в Управления механизации дорожных работ Омской области.
Апробация. Основные положения работы докладывались и обсуждались на IV и V Всесоюзных конференциях по пластичным смазкам (1991 г., Бердянск), на Всесоюзной конференции «Теория и практика рационального использования ГСМ» (1989 г., Челябинск), на V Всесоюзной научно-технической конференции (1991 г., Нижний Новгород), на III Международной конференции (1996 г., Ташкент – Фергана), на Международной конференции (2003 г., Омск), на 2-й Межрегиональной конференции (2004 г., Омск), на IV Международном технологическом конгрессе (2007 г., Омск), на 59, 69 Международных научно-технических конференциях Ассоциации автомобильных инженеров (2007, 2010 г., Омск).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 22 печатных работы, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендуемых ВАК.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка, приложения. Общий объём работы 217 страниц, включая 45 таблиц и 51 рисунок. Библиографический список включает 161 наименование.
