CC BY
42
УДК 631.371
Л.В. Федорова, д-р техн. наук, проф., 8(8422)55-95-97, materialoved73@mail.ru (Россия, Тула, МГАУ им. В.П. Горячкина),
A.В. Морозов, канд. техн. наук, доц., 8(8422)55-95-97, materialoved73@mail.ru (Россия, Ульяновск, УГСХА им. П.А. Столыпина),
B.А. Фрилинг, асп., 8(8422)55-95-97, friling.vladimir@mail.ru (Россия, Ульяновск, УГСХА им. П.А. Столыпина)
ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ВТУЛКИ БАЛАНСИРА ТРАКТОРА МТЗ - 80.1 ИЗБИРАТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ЗАКАЛКОЙ
В данной работе проведено исследование влияния избирательной электромеханической обработки на износостойкость втулки балансира трактора МТЗ - 80.1. Выявлено изменение шероховатости после обработки. Проведены сравнительные лабораторные, стендовые и эксплуатационные испытания обработанных втулок. Приведена экономическая эффективность применения упрочнения втулок.
Ключевые слова: Избирательная электромеханическая обработка, износ, шероховатость, ремонт.
Трактора МТЗ - 80.1 широко распространены на территории Ульяновской области, они задействованы для выполнения сельскохозяйственных работ и являются практически не заменимыми.
Рис. 1. Процентное соотношение тракторов Ульяновской области
Суммарная доля тракторов марки МТЗ - 80.1 в Ульяновской области составляет около 21,9 %.
Из диаграммы (рис. 2) видно, что в основном неисправности возникают в системе силовой передачи, ходовой части и механизме управления и двигателе.
В результате анализа было установлено, что большой процент выхода из строя имеет ходовая часть трактора МТЗ - 80.1 (34 %). На рис. 3 представлена диаграмма процентного соотношения дефектов ходовой части тракторов МТЗ - 80.1.
Рис. 2. Процентное соотношение дефектов тракторов МТЗ - 80.1
Рис.3. Процентное соотношение дефектов ходовой части тракторов
МТЗ - 80.1
Из диаграммы (рисунок 3) видно, что основной процент дефектов ходовой части приходится на рулевое управление и переднюю ось.
Передняя ось трактора МТЗ - 80.1 представляет собой качающуюся литую трубчатую балку телескопического типа. С обоих концов в балку вставлены выдвижные кулаки, состоящие из сваренных между собой кронштейна и трубы. В кронштейне выдвижного кулака на двух втулках и упорном шарикоподшипнике установлена поворотная цапфа, в которую запрессована полуось переднего колеса.
Уход за передней осью заключается в периодической смазке, наблюдении за состоянием резьбовых соединений и своевременной их подтяжке, проверке и при необходимости регулировке сходимости направляющих колес, которая влияет на износ шин и управление трактором.
Сходимость направляющих колес может быть нарушена выходом из строя втулки кронштейна кулака трактора, которая изготовлена из стали 45 и установлена в кронштейн выдвижного кулака с натягом. Втулка сопряжена с поворотной цапфой (рис. 4, б), которая также изготовлена из стали 45.
Характерным дефектом втулки является односторонний износ рабочей поверхности (рис. 4, а).
а б
Рис. 4. Износ исполнительных поверхностей передней оси: а - односторонний износ поверхности втулки; б - износ поверхностей
поворотной цапфы
Ь
Рис. 5. Схема избирательной электромеханической закалки отверстий:
1 - инструмент; 2 - деталь
Наряду с традиционными способами ремонта все большее применение получают технологии ремонта с применением электромеханической обработки. Она характеризуется высоким качеством обработанной поверхности, малыми затратами на сопутствующие расходные материалы а также простотой технологии, которая может быть реализована в условиях ре-
монтных предприятий средней и малой оснащенности. Применительно к втулке балансира трактора МТЗ - 80.1 на кафедре «Материаловедение и технология машиностроения» Ульяновской ГСХА им. П.А. Столыпина разработана технология избирательной электромеханической закалки (ИЭМЗ), трибонагруженного участка втулки фасонным бронзовым инструментом, перемещающимся вдоль его оси (рисунок 5) [1, 2, 3, 4]. Для подтверждения эффективности предлагаемой технологии применительно к закалке трибонагруженного участка поверхности отверстия, были проведены экспериментальные исследования.
Проведенные металлографические исследования втулки обработанной ИЭМЗ показали увеличение твердости до 6500 МПа на глубину 0,8 мм (рис. 6).
ОсноЬной металл ><320
Рис. 6. Микроструктура поверхностного слоя после избирательной электромеханической закалки стали 45 на следующих режимах при I = 1000А; Р = 17Н; и = 120 мм/мин
В результате исследования шероховатости обработанной ИЭМЗ поверхности (рисунок 7) выявлено, что шероховатость поверхности, стандартных втулок незначительно увеличивается.
Увеличение шероховатости при ИЭМЗ по параметрам Rа, Rz и Rmax в сравнении с исходной можно объяснить частичным переносом материала инструмента на обрабатываемую поверхность под действием вы-
135
соких температур и контактного давления.
а
■О (плотность выступов), 1/см = 73.2
■Класс шероховатости = 6а (ГОСТ 2789 - 73) / 8 (¡501302)
■Яа (среднеарифм отклонен.), мкм = 2.05
■Рй (высота нероен. по 10 точк.), мк = 14.2 ■Ктэх, 1Яу (макс. Высота неров.), мкм = 15.8 ■5т (средний шаг неровности), мкм = 117
б
Рис. 7. Профилограммы внутренних поверхностей втулок из стали 45
с диаметром отверстия 38 мм: а - стандартная втулка; б - втулка после избирательной электромеханической обработки отверстия при I = 1200А,
и = 140 мм/мин; Р = 10 Н
На основании полученных результатов можно предположить, что ИЭМЗ в сельскохозяйственных ремонтных мастерских для деталей общего машиностроения может являться окончательным этапом обработки внутренней поверхности без последующей чистовой механической обработки. Так как полученная после ИЭМЗ шероховатость соответствует рекомендованной для данной детали.
Сравнительные испытания износостойкости обработанной поверхности образцов проводили на машине трения 2070 СМТ-1 по стандартной методике в соответствии с ГОСТ 23.224-86 по схеме «ролик-колодка».
Ролик устанавливался на нижний шпиндель и закреплялся гайкой. Колодка при испытании удерживалась с помощью шарика установленного в гнезде, что позволяло ей самоустанавливаться относительно ролика. Такое крепление обеспечивало хорошую воспроизводимость результатов при повторных опытах.
Биение испытываемых поверхностей относительно посадочного отверстия не превышало 0,02 мм. Испытание проводили при частоте вращения п = 200 об/мин, нагрузке 800 Н в зону трения подавалась консистентная смазка «Литол-24».
В смазочный материал, подающийся в зону контакта, добавляли 3% (по весу) кварцевую пыль размером 20...40 мкм (ГОСТ 800268).
Для записи величины момента силы трения, использовался потенциометр КСП-4 с пределом измерения 0.10 мВ. Замер величины температуры в зоне трения осуществляли стандартной термопарой, которую с одной стороны впаивалась в испытуемую колодку, а с другой стороны при помощи разъема подключалась к мультиметру.
Результаты замеров момента трения и температуры приведены на рисунке 8. Каждое из приведенных значений является средним для четырех измерений.
а
б
Рис. 8. Изменение момента трения (а) и температуры (б) при консистентной смазке Литол - 24
Исходя из графиков, представленных на рис. 8 а, б в период приработки, как момент трения, так и температура колодки базового сопряжения имеет повышенное значение. Температура и момент трения в процессе приработки у колодок, обработанных ИЭМЗ, имеют существенно меньшие значения по сравнению с базовым сопряжением. Данное явление можно объяснить тем, что в совокупности с ИЭМЗ на процесс приработки влияет материал инструмента, перенесшийся на поверхность обрабатываемого отверстия, так как бронза является антифрикционным материалом, что дает возможность сократить период приработки отремонтированных изделий.
После триботехнических испытаний образцы, промывали в керосине, высушивали в сушильном шкафу в течение 30 минут при 353К° и взвешивали. База стационарных износных испытаний для каждой пары образцов - 6 часов.
Величину износа определяли взвешиванием на аналитических весах ВЛР-200 с точностью до 0,00005 г.
р© ЛИИ Ко, лодка
0,052 - 0.03735
1- -1
0.08170 0.09857
-1-1-1-1-1-1-1-1-
IIЭМ "3 колоша i
Базовое сопряжение
0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
Нгног.г
Рис. 9. Сравнительные результаты износостойкости образцов
Исследования износостойкости показали, что колодки, обработанные ИЭМЗ, имеют относительную износостойкость на 68% выше по сравнению с базовыми парами трения (рисунок 9). К тому же суммарный износ базового сопряжения на 60,7% выше износа сопряжения, колодка которого обработана ИЭМЗ.
Для подтверждения результатов триботехнических испытаний упрочненных втулок спроектирован и изготовлен стенд, позволяющий испытывать пары трения по схеме представленной на рисунке 10.
Испытуемые втулки 1, 2 устанавливаются на оси 3, 4 и приводятся в движение при помощи кулисных механизмов 5, 6, прикрепленных к ползуну 7.
Радиальную нагрузку на испытуемые втулки задавали путем сжатия оттарированной пружины на каждом кулисном механизме.
Частота вращения втулок составляла 200 мин"1. Для ускорения испытаний в зону трения испытываемых пар подавалась консистентная смазка Литол - 24 с абразивом. Продолжительность испытания 24 часа.
Взвешиванию для каждого измерения износа предшествовало промывание образцов в керосине и сушка в сушильном шкафу.
Для оценки безотказности и долговечности сборочной единицы и эффективности применения технологического процесса упрочнения поверхностей отверстий втулок ИЭМЗ проведены эксплуатационные испытания.
Для сравнительной оценки износостойкости втулок установленных в кронштейн кулака трактора МТЗ-80.1 по существующей технологии и по разработанной технологии с применением ИЭМЗ экспериментальные втулки (16 штук) устанавливались в кронштейн трактора МТЗ-80 и отправлялись на эксплуатационные испытания при дорожном строительстве в ульяновской области. Продолжительность периода эксплуатационных испытаний составлял 700 мото ч.
Следует отметить, что значительное влияние на ресурс втулок каретки трактора МТЗ-80.1 оказывают условия эксплуатации и соблюдение мероприятий позволяющих продлить срок службы деталей.
Рис. 10. Схема сравнительных стендовых испытаний втулок
По окончании эксплуатационных испытаний втулки подвергались микрометражным исследованиям.
В среднем износ втулок балансира трактора МТЗ-80.1 обработанных ИЭМЗ составил 0,046...0,06 мм, а у стандартных втулок 0,081...0,084 мм.
Результаты эксплуатационных испытаний показали, что втулки, установленные в кронштейн кулака трактора МТЗ-80, упрочненные по предлагаемой технологии являются устойчивыми к износу в реальных условиях эксплуатации
Данная технология внедрена в производство ООО «Ульяновскавто-дор» г. Ульяновска в результате чего срок службы исполнительной поверхности втулки кронштейна кулака трактора МТЗ - 80.1 увеличился на 63% по сравнению с необработанной втулкой.
Внедрение технологии избирательной электромеханической закалки поверхности отверстия втулки кронштейна кулака трактора МТЗ-80.1 в условиях ОАО «Ульяновскавтодор» позволило получить экономический эффект 60968 руб. на программу 200 деталей.
Список литературы
1. Морозов А.В., Фрилинг В.А., Характер эксплуатационного износа гладких цилиндрических подвижных сопряжений применяемых в сельскохозяйственной технике // Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения: сборник материалов III международной научно - практической конференции. Ульяновск, 2011. С. 271-275.
2. Федорова Л.В., Морозов А.В., Фрилинг В.А. Повышение эффективности электромеханической закалки отверстий гладких цилиндриче-
ских подвижных сопряжений испытывающие одностороннюю радиальную нагрузку // Ремонт восстановление модернизация. Москва №2 2012. С. 49-53.
3. Фрилинг В.А. Влияние режимов избирательной электромеханической закалки поверхности отверстия на глубину упрочненного слоя // Научно - технический вестник Поволжья. Казань №2, 2012. С. 295 - 300.
4. Фрилинг В.А., Морозов А.В. Энергосберегающая технология электромеханического упрочнения отверстий // Повышение эффективности механизации сельскохозяйственного производства: сборник материалов всероссийской научно - практической конференции. Чебоксары, 2011. С.92 -95.
L.V.Fedorov, A.V.Morozov, V.A.Friling
INCREASE OF WEAR RESISTANCE OF THE PLUG THE BALANCE WEIGHT OF TRACTOR МТЗ - 80.1 SELECTIVE ELECTROMECHANICAL TRAINING
In this work research of influence of selective electromechanical processing on wear resistance of the plug of the balance weight of a MTZ tractor - 80.1 is carried out. Roughness change after processing is revealed. Comparative laboratory, bench and operational researches of the processed plugs are carried out. Economic efficiency of application of hardening of plugs is given.
Key words: Selective electromechanical processing, wear, roughness, repair.
Получено 24.08.12
УДК 621.86.067.
Чан Минь Тхай, асп., 89034214419, lanhdientu1981@yahoo.com (Россия, Тула, ТулГУ)
ВЛИЯНИЯ МАССЫ ЗАГРУЗКИ НА АМПЛИТУДУ КОЛЕБАНИЙ ВИБРАЦИОННОГО ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА
Рассмотрены влияния массы загрузки на амплитуду колебаний вибрационного загрузочного устройства
Ключевые слова: загрузочное устройство, амплитуда, частота.
Определим характер зависимости частоты собственных колебаний и амплитуды от массы загрузки в системе вертикального привода.
Для вибрационного загрузочного устройства (ВЗУ) с асинхронным возбуждением колебаний приведенная масса системы определяется следующей зависимостью
