Введение к работе
Актуальность темы. Одной из важнейших характеристик функциональной эффективносга боевых машин десанта (БМД) является их высокая подвижность, которая наряду с огневой мощью и защищенностью характеризует их технический уровень. При этом, потенциально высокие скоростпые возможности машин обеспечиваются, главным образом, мощной силовой установкой и рациональным типом трансмиссии. Однако, реализация скоростных качеств, особенно в условиях пересеченной местности и бездорожья, в определенной степени зависит от совершенства конструкции подвески и гусеничного движителя.
В этой связи, задача совершенствования конструкции подвесок БМД с целью повышения их надежности и ресурса является одной из актуальных научно-технических задач трибологии и машиностроения. В решении этой задачи ведущая роль отводится разработке и применению эффективтлх гидропневматических подвесок. Однако в процессе эксплуатации выявляются серьезные недостатки этого типа подвесок, связанные, в основном, с нерешенностью проблемы обеспечения герметичности газовой и жидкостной полостей пиевморессор, поскольку потеря герметичности является главной причиной возникающих параметрических отказов подвески. Решение этой проблемы находится на стыке нескольких наук: физики, химии, материаловедения, трибологии, поскольку механизм герметизации обусловлен не только механическим взаимодействием контактирующих поверхностей, но и процессами трения и изнашивания материала уплотнений в зоне контакта, связанными с физико-химическими процессами старения и изнашивания материалов в процессе эксплуатации при контакте с различными средами.
Уплотнение поршня-разделителя для газовой и жидкостной полостей пневматической рессоры подвески боевых десантных машин выполнено в виде колец овального сечения из высокоэластичного резинового материала с фторопластовыми защитными шайбами. Эгот тип уплотнения конструктивно довольно прост, но имеет ряд недостатков. Данные конструкция и материал уплотнения не обеспечивают требуемого ресурса вследствие большой работы трения при высоких значениях давления, а также вследствие процессов изнашивания и старения с необратимыми изменениями свойств эластомеров. Названные процессы и особенности свойств эластомеров существенно снижают надежность поршня-разделителя пневморессоры, приводя к ухудшению динамических характеристик подвески вследствие недопустимо больших перетечек через уплотнение, приводящих к возникновению параметрических отказов.
Анализ конструкции, условий эксплуатации и физических причин потери герметичности уплотнений поршня-разделителя показал, что для
устранения названных недостатков и повышения надежпости пнсБмоподвески машин необходимо разработать и применить новый композиционный материал для уплоткитсльных элементов и новую, более совершенную конструкцию уплотнения поршня-разделителя. Новый материал должен иметь высокие ірибогехнические свойства и длительно сохранять их в условиях эксплуатации. При этом необходимо изучить совокупность взаимосвязанных механизмов герметизации, трения и изнашивания сопряженных полимерных и металлических поверхностей пневмоцилиндра пневморессоры подвески.
Целью работы является повышение износостойкости и срока службы уплотнений поршня-разделителя пневморессоры при сохранении заданной степени герметичности путем разработки нового полимерного композиционного материала (ПКМ) и более совершенной конструкции комбинированного уплотнения с силовым и уплотняющим элементами на основе исследования закономерностей физико-химических процессов модификации структуры и свойств наполненного политетрафторэтилена (ГТТФЭ) в условиях производства и эксплуатации уплотняющих элементов.
Научная новизна работы определяется следующими результатами:
1. Впервые исследовано влияние содержания ультрадисперсного
скрытокристаагпяеекого графита на механические и триботехнические
свойства ПКМ на основе ПТФЭ; установлено, что кондентрациошше
зависимости свойств имеют экстремальный характер с совпадающими по
концентрации интервалами минимальной скорости изнашивания и
прочности ПКМ при сжатии.
2. Установлено, что ультрадисперсный скрытокрисгаллический
графит проявляет структурно-активные свойства при введении в ПТФЭ и
вызывает существенное изменение надмолекулярной структуры полимера;
концентрационные зависимости степени кристалличности и среднего
межслоевого расстояния в аморфной фазе имеют экстремумы в интервале
концентраций, совпадающие с экстремумами на зависимостях прочности и
износостойкости.
3. Установлено влияние фрикционного взаимодействия ПКМ со
стальным контртелом на структурно-фазовое состояние и характер
концентрационных зависимостей параметров надмолекулярной структуры
(степени кристалличности, среднего межслоевого расстояния) полимерной
матрицы ПКМ, связанных со структурироваїшем и
трибоприспосабливаемостью ПКМ.
4. Разработали методика и установка для проведения лабораторных
стендовых испытаний исследуемых комбинированных уплотнений на
надежность, обеспечивающие имитацию условий работы уплотнений в
эксплуатации и ускоренный режим испытания уплотнений в составе пневморессоры подвески машины.
Практическая значимость полученных результатов.
-
Разработана конструкция комбинированных уплотнений поршня-разделителя пневморессоры с двумя уплотнительными элементами из нового полимерного композиционного материала на основе ПТФЭ, снабженными силовыми элементами - эспандерами, обеспечивающими необходимое контактное давление и герметичность уплотнений в течение задашгого ресурса.
-
Разработан новый ПКМ на основе ПТФЭ с ультрадисперсным скрытокристаллическим графитом, обладающий высокой износостойкостью и умеренной жесткостью, уровень которых задается в соотвегствии с условиями работы уплотнителыюго элемента путем изменения концентрации наполнителя.
-
Разработанные ПКМ, конструктивная схема герметизирующего устройства и методика лабораторігьіх ускоренных испытапий могут быть использованы для решения задач повышения надежности и ресурса уплотнений различных узлов трения ходовой части и силовых установок транспортных и других машин.
В диссертационной работе на защиту выносятся следующие научные положения и результаты:
1) конструкция комбинированного уплотнения герметизирующего
устройства (ГУ) поршня-разделителя пневморессоры подвески с силовым и
уплотняющим элементами, геометрия и установка которых обоснованы
расчетом контактного давления на уплотняемой поверхности с учетом
физико-механических свойств материалов уплотняющего и силового
элементов;
-
новый полимерный композициошгый материал на основе ПТФЭ для ушютияюппгх элементов ГУ, наполненный ультрадисперсным скрытокристаллическим графитом, и концентрационные зависимости его механических и триботехнических свойств;
-
кинетическая зависимость износа уплотняющих элементов поршня-разделителя и прогноз ресурса пневморессоры с разработанным герметизирующим устройством;
4) концентрационные зависимости параметров надмолекулярной
структуры полимерной матрицы, показывающие связь износостойкости
разработанных ПКМ со структурно-фазовым состоянием полимерной
основы;
5) установленная закономерность структурной приспосабливаемости
разработаїшого ПКМ к условиям фрикционного взаимодействия с
металлическим контртслом, выражающаяся в изменении структурно-фазового состояния и структурирования полимерной основы ПКМ.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Новые материалы и технологии на рубеже веков» г. Пенза, 2000 г; «Дороги-2000», г. Брянск, 2000 г; на международном симпозиуме «Славянтрибо-5», г. Санк-Петербург, 2000 г. В полном объеме, работа докладывалась на расширенном заседании кафедры «Материаловедение и технология конструкционных материалов» Омского государственного технического университета с участием ученых и специалистов Омского танкового инженерного института.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано семь печатных работ.
Структура диссертации. Диссертация содержит введение, четыре главы, выводы, список литературы, приложения. Работа изложена на 162 страницах основного текста, включая 55 рисунков, 15 таблиц и 4 приложения, Список литературы содержит 67 наименований.
