ВЛИЯНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ НА ИЗНАШИВАНИЕ РЕСУРСООПРЕДЕЛЯЮЩИХ ДЕТАЛЕЙ ТРАНСМИССИЙ ТРАНСПОРТНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН

Полный текст

Надежность и работоспособность трансмиссий колесных и гусеничных машин, составляющих основу многих технологических средств в транспорте, строительстве и сельском хозяйстве, определяются скоростью изнашивания ресурсоопределяющих деталей агрегатов и сборочных единиц. Показатели надежности и работоспособности трансмиссии в данном аспекте зависят от конструктивно-технологических параметров, определяющих потенциальные свойства конструкции, и эксплуатационных факторов, влияющих на изменение данных свойств с учетом условий работы: нагрузочно-скоростные режимы, климатические условия, качество технического обслуживания и др. При характерных для трансмиссий машин неустановившихся нагрузках и скоростях, широком интервале изменения температурных условий и запыленности окружающей среды требуются рациональные режимы смазывания поверхностей трения деталей, включающие способ смазывания, свойства и стабильность показателей смазочного материала, уровень его загрязнения механическими примесями, доля абразивных частиц и скорость окисления. Актуальным в направлении сохранения потенциальных свойств трансмиссий транспортных и технологических машин является поиск эффективных методов улучшения режимов смазывания поверхностей трения ресурсоопределяющих сопряжений. Рабочая гипотеза данного исследования основана на возможности использования компенсатора герметичности корпуса трансмиссии, как метода конструктивного и технологического воздействия на параметры режима смазывания, обеспечивающего снижение скорости абразивного изнашивания деталей и увеличение срока службы масла. Цель исследований - снижение скорости абразивного изнашивания деталей и увеличения срока службы трансмиссионного масла обоснованием метода и режима воздухообмена трансмиссии с окружающей средой. Задачи исследования: - обосновать взаимосвязи основных параметров трибосистемы и разработать мероприятия по снижению скорости абразивного изнашивания; - разработать и оценить эффективность компенсатора герметичности для трансмиссий, обеспечивающего снижение воздухообмена внутренней полости с окружающей средой. Материалы и методы исследований. В основу общей методики положен принцип разработки и анализа структурной схемы взаимосвязи параметров, действующих на силовую передачу в эксплуатационных условиях. В теоретических исследованиях оценивался процесс воздухообмена силовой передачи с окружающей средой и соответствующие скорости накопления механических примесей в масле и его окисления при разных режимах эксплуатации, а также обосновывались параметры компенсатора герметичности. Работоспособность и эффективность компенсатора герметичности оценивались в стендовых и эксплуатационных исследованиях. Для сравнительных стендовых исследований был разработан специальный стенд, включающий два редуктора в замкнутом силовом контуре. На одном из редукторов был установлен компенсатор герметичности. Эксплуатационные исследования проводились с использованием трех групп тракторов Т-4А при разных режимах эксплуатации. Результаты исследований. Анализ современной методологии оценки надежности и работоспособности машин и механизмов с точки зрения процесса изнашивания ресурсоопределяющего сопряжения базируется на полном и всестороннем обосновании структуры трибологической системы (ТС) и взаимодействия ее составляющих: поверхности трения сопряженных деталей Д1 и Д2, смазывающий материал М и окружающая среда А (рис. 1) [1, 2]. Комплексная схема (рис. 1) позволяет обосновать характерные взаимосвязи основных трибологических параметров в условиях абразивного изнашивания поверхностей трения по отдельным этапам жизненного цикла машины и предложить ряд мероприятий. На этапе конструирования: - расчетными методами обосновывается минимальная толщина смазочного слоя (hmin) по обеспечению рационального режима смазывания и необходимые показатели смазочного масла (сорт, физико-химические и трибологические свойства); - выбирается способ и уровень фильтрования масла (Ф) с учетом толщины смазочного слоя и характерных размеров абразивных частиц в зоне использования машины; - применяются эффективные конструкции уплотнений, снижающие воздухообмен внутренней полости трансмиссии с окружающей средой; - рассчитываются показатели надежности и работоспособности. На этапе изготовления: - обосновывается выбор материалов для изготовления деталей; - обосновывается выполнение норм точности изготовления, сборки и промышленной чистоты; - проводится контроль режимов обкатки и качества уплотнений в сборочных единицах; - разрабатываются технологические карты с обоснованием начальных, допустимых и предельных размеров изнашиваемых деталей. На этапе эксплуатации: - проводится контроль и экспертиза отказов; - планируются и реализуются периодические управляющие воздействия; - анализируются и учитываются условия эксплуатации с целью корректирования управляющих воздействий. Рис. 1. Схема процесса абразивного изнашивания поверхностей трения: 1 - абразивные частицы в потоке масла; 2 - окисная пленка; V - скорость взаимного перемещения поверхностей трения; P - усилие; ν - вязкость масла; hmin - минимальная толщина масляного слоя в контакте деталей; dПР - средний диаметр абразивных частиц; Ф - зона оптимального уровня фильтрования масла; i и U - износ и скорость изнашивания поверхностей; τ - время работы сопряжения; ТП - время приработки сопряжения (участок I); ТР - регламентированное время работы (участок II при достижении предельного износа iП и регламентированной скорости изнашивания UР) Исследованиями [3, 4, 5] установлена превалирующая роль абразивного изнашивания деталей трансмиссий в случаях работы машины в условиях сильной запыленности воздуха и при снижении герметичности корпуса. Анализ взаимосвязи показателей изнашивания (рис. 1) свидетельствует практически о линейной зависимости износа (i) в зоне II под углом α к оси времени (τ). При этом скорость изнашивания (1) где iН и iП - начальный (после приработки) и предельный износ сопряжения. Наглядно прослеживается регламентированный ресурс сопряжения (ТР) при регламентированной скорости изнашивания (UР), обусловленной уровнем фильтрования масла (Ф). Повышение скорости изнашивания при увеличении уровня абразивного загрязнения трансмиссионного масла характеризуется увеличением угла наклона классической линии изнашивания и соответствующим снижением срока службы (ТР) ресурсоопределяющего сопряжения. Способы улучшения герметичности трансмиссий. Исследованиями [5, 6] отмечается, что «запыленность воздуха на уровне тракторных трансмиссий достигает 3,2 г/м3, а доля абразивных частиц составляет 57-68%». В условиях воздухообмена внутреннего объема корпуса трансмиссии с окружающей средой («дыхания» трансмиссии) абразив загрязняет трансмиссионное масло и поступает в зоны трения деталей. Эффективным с точки зрения обеспечения рациональных режимов и условий смазывания тракторных трансмиссий является ряд мероприятий, воздействующих на герметичность внутренних полостей и состояние трансмиссионного масла [3]. · Конструкторская разработка и обоснование режимов работы централизованной смазочной системы с центробежной очисткой, регулированием температуры и рациональным подводом масла в зоны трения деталей. По данным [3] это обеспечивает возможность снижения скорости изнашивания деталей в 1,5-1,8 раза и увеличение срока службы масла в 2-3 раза в сравнении с картерной смазкой разбрызгиванием. · Выбор рациональной конструкции сальников, манжет, прокладок и защитных кожухов рычагов управления и выходных валов трансмиссии (рис. 2, а, б, в) [2, 3, 6]. а) б) в) г) Рис. 2. Методы улучшения герметичности трансмиссии: а) сальник с волнообразной кромкой контакта увеличивает площадь контакта и теплоотдачи вращающегося вала; б) уплотнительное кольцо (сальник) с торцевой щелью, улучшающей эластичность кольца, и облицовкой из полимера, снижающей износ кромки; в) упругая профильная угловая прокладка корпуса и крышки трансмиссии; г) схема компенсатора герметичности; 1 - корпус трансмиссии; 2 - воздуховод; 3 - корпус компенсатора герметичности; 4 - эластичная диафрагма; 5 - индикатор перемещения диафрагмы; V0 - свободный объем трансмиссии; S - сечение воздуховода; Vк - рабочий объем компенсатора герметичности В современных отечественных и зарубезных тракторах отдается предпочтение конструкторскому и технологическому совершенствованию вариантов а, б и в (рис. 2). Однако в данных случаях повышается плотность сопряжения деталей с частичным сокращением воздухообмена, а компенсатор герметичности (рис. 2, г) исключает температурный и динамический воздухообмен методом сообщающихся полостей. · Оборудование трансмиссии компенсатором герметичности (рис. 2, г), действие которого основано на свободном перетекании воздуха из объема силовой передачи V0 в рабочий объем компенсатора Vк. Исследованиями [6] определены значения объемов V0 и Vк для наиболее распространенных отечественных тракторов (табл. 1). Таблица 1 Изменение объемов V0 и Vк трансмиссий тракторов Объемы, ∙10-3, м3 МТЗ-80 Т-4А ДТ-75М К-701 Т-150 V0 86,4 64,7 52,3 49,9 44,5 Vк 22,4 20,9 18,6 17,1 15,2 Главные методические аспекты определения объемов V0 и Vк при условиях адиабатного расширения воздуха вытекают из уравнения (2) где (t1 -t2) - интервал температурных колебаний; β - коэффициент объемного расширения воздуха; k - коэффициент, учитывающий различные виды воздухообмена. Эффективным методом экспериментальной оценки V0 трансмиссии является заполнение свободного объема жидкостью с последующим определением величины свободного пространства. Стендовые и эксплуатационные сравнительные испытания трансмиссий трактора Т-4А показали, что установка компенсатора герметичности позволила повысить срок службы масла в 1,4-1,7 раза, снизить износ деталей на 7-9% и утечки масла. Оценка неплотностей трансмиссии трактора Т-4А диагностическим методом эквивалентного отверстия (dэр) позволила установить его предельное значение dэр =7,6 мм, свидетельствующее о значительном повышении скорости изнашивания деталей и необходимости замены и ремонта уплотнений корпуса трансмиссии. Предполагая идентичность конструктивно-технологического исполнения уплотнений силовых передач современных тракторов экспериментальные данные для трактора Т-4А могут с достаточной достоверностью использоваться для других тракторов с учетом приведенного значения диаметра эквивалентного отверстия (dэп). Заключение. Герметичность тракторной трансмиссии определяет уровень загрязнения масла абразивными частицами из окружающей среды и, как следствие, скорость изнашивания и ресурс трибологической системы в целом. Эффективными мерами улучшения режима смазывания трансмиссий является повышение герметичности узла установкой рациональных конструкций сальников, манжет, уплотнений, прокладок и применением компенсатора герметичности. Рациональным является сочетание и качественная реализация данных мероприятий с учетом особенностей конструкции и условий эксплуатации машин.

Об авторах

Александр Геннадьевич Ленивцев

ФГБОУ ВПО Самарский ГАСУ

Email: lenivtsev-aleksandr@yandex.ru
канд. техн. наук, доцент кафедры «Механизация, автоматизация и электроснабжение строительства» 443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 194

Артем Сергеевич Бухвалов

ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА

Email: fleischwolf@list.ru
инженер научно-исследовательской лаборатории кафедры «Тракторы и автомобили» 446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2

Список литературы

Дополнительные файлы