CC BY
21
УДК 630*36:621.7
В. А. Коробкин, доктор технических наук, гллавный конструктор (УКЭР-2 ПО «МТЗ»);
С. А. Голякевич, аспирант (БГТУ);
М. К. Асмоловский, кандидат технических наук, доцент (БГТУ)
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ШАРНИРОВ СОЧЛЕНЕНИЯ ПОЛУРАМ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН ПО «МТЗ»
Работа посвящена эксплуатационным испытаниям новых шарниров сочленения полурам лесозаготовительных машин производства ПО «МТЗ» с использованием полимерных композиционных материалов. Установлено, что применение втулок из полимерного композиционного материала типа «Арселон» производства ООО «НИЦ "ВИСКОЗА"» в шарнирах сочленения полурам лесозаготовительной техники позволяет отказаться от применения в этом узле дополнительных смазок и значительно снизить износ осей шарнирного сочленения.
Work is devoted operational tests of new hinges of a joint semi frames forest technic «MTZ», with use of polymeric composite materials. It is established, that application of plugs from a polymeric composite material of type «Arselon» manufactures of Open Company «Scientifically research the centre «VISCOSE» in hinges of a joint semi frames forest technicians allows to refuse application in this knot of additional greasing and considerably to lower deterioration of axes joints.
Введение. Стремление повысить эксплуатационные свойства лесных машин требует применения элементов конструкции, которые способны воспринимать значительные нагрузки и при этом обладать достаточным уровнем долговечности. Поэтому для шарнира сочленения полурам лесных машин, являющегося одним из наиболее нагруженных узлов трения, разработан новый материал втулок с улучшенными антифрикционными свойствами. Его взаимодействие со стальными осями не требует введения смазочного материала. Для оценки возможности замены применяемых стальных втулок на полимерные требовалось проведение специальных исследований и испытаний.
Основная часть. Эксплуатационным испытаниям подвергался шарнир сочленения полу-рам (рис. 1, а) погрузочно-транспортной машины МЛ-131 М (рис. 2), в трубу балансира которой установлены опытные образцы втулок из Арселона (рис. 1, б).
a б
Рис. 1. Шарнир сочленения полурам лесных машин
Измеряемыми параметрами являлись: статические нагрузки под колесами; масса перевозимой пачки сортиментов; усилия, возникающие в гидроцилиндрах складывания полурам; диаметры верхней и нижней осей в семи точках, рав-
номерно расположенных по всей длине в двух плоскостях, проходящих через продольную и поперечную оси фланца; внутренние диаметры опытных втулок на расстоянии 10 мм от торцов и по середине в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через продольную и поперечную оси трубы балансира; диаметры посадочных мест кронштейна под установку осей на расстоянии 10 мм от их верхнего торца в продольной и поперечной плоскостях.
Измерения параметров втулок, осей и посадочных мест кронштейнов под установку осей шарнира производились до и после исследований [1]. Промежуточные результаты об износе элементов шарнира контролировались каждые 150 мото-ч путем регистрации изменения их геометрических параметров и контроля состояния поверхностей трения [2].
Испытания шарнира сочленения полурам погрузочно-транспортной машины проводились в условиях ГЛХУ «Копыльский лесхоз» на рубках главного пользования.
Рис. 2. Погрузочно-транспортная машина МЛ-131 М
Режим нагружения узла трения определялся исходя из возникающего в процессе эксплуатации давления в гидроцилиндрах складывания
полурам погрузочно-транспортнои машины исходя из схемы, представленной на рис. 3.
478
А] = 100 мм ёш = 63 мм
Рис. 3. Определение режима нагружения шарнира сочленения при повороте полурам друг относительно друга
График изменения продольной Ту и поперечной Тх, составляющих реакции в шарнире сочленения полурам в зависимости от угла складывания и изменения давления в гидроцилиндрах складывания полурам погрузочно-транспортной машины МЛ-131 М при максимальной загрузке платформы (10 м3) и выполнении различных операций, представлен на рис. 4. При этом значения Тх(1), Ту(1) соответствует изменению реакций при осуществлении поворота из крайнего правого в крайнее левое положение, в полостях гидроцилиндра возникали разряжение Р1 = 0,35 МПа и давление Р2 = 4,1 МПа; Тх(2), Ту(2) - в полостях гидроцилиндра возникали разряжение Р1 = 0,58 МПа и давление Р2 = 14,8 МПа; Тх(3), Ту(3) - давления в полостях гидроцилиндра составляли Р1 = 3,5 МПа, Р2 = 5,1 МПа. Работа лесной машины при давлении в гидролинии 14,8 МПа в реальных условиях эксплуатации соответствует крайнему положению складывания полурам.
"1ПП
-Ж]
-Т*(1) -Ту{1) -Тк(2) -ТТ(2] -Т*{3) -Т/[3|
Рис. 4. Изменение продольной и поперечной составляющей реакции в шарнире сочленения полурам погрузочно-транспортной машины
В целом изменение составляющих реакций в продольной и поперечной плоскости находится
в пределах ±100 кН. С учетом того, что шарнир сочленения полурам лесной машины работает в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, представляется необходимым исследовать перераспределения весовых параметров базовой машины и перевозимой пачки сортиментов между энергетическим и технологическим модулями, а также определить нагрузку в шарнире, возникающую в результате движения лесной машины. В этой связи производились измерения нагрузок под колесами лесной машины МЛ-131 М путем поочередного наезда колесами переднего моста и балансирной тележки (рис. 5).
Рис. 5. Установка устройств деформации УД-1 и процесс измерения нагрузок под колесами энергетического и технологического модулей
Результаты распределения нагрузок между колесами и модулями лесной машины приведены на рис. 6.
Рис. 6. Регистрация нагрузок под колесами лесной машины при проведении исследований с максимальной загрузкой платформы
Представленные данные свидетельствуют о том, что компоновка данной машины обеспечивает равномерное распределение веса лесозаготовительной системы между колесами. Данный факт позволяет снизить воздействие форвардера на лесную экосистему, а также повысить проходимость. С учетом полученных данных нагружение шарнира определяется путем проведения расчетов в соответствии со схемой действия силовых факторов (рис. 7).
Рис. 7. Схема определения режима нагружения шарнира сочленения полурам при движении с 6 м сортиментами
Данная схема позволяет определить момент Мш, воспринимаемый шарниром сочленения полурам под воздействием сил тяжести (Ом, Gп), распределенных между колесами лесной машины (Ть Т2, Т3), развиваемых касательных сил Рк и возникающих сил трения Т/. При этом в случае, когда Рк = Т/ = Т/1 = 0 -погрузочно-транспортная машина находится в состоянии покоя, когда Рк > 0, Т/1 > 0 и Т/ > 0 -движение лесной машины осуществляется вперед, в противоположном случае, Рк < 0, Т/ < 0 и Т/ < 0, форвардер МЛ-131 М движется задним ходом.
Оценивая нагруженность лесной машины при эксплуатации в диапазоне характерных нагрузок, следует отметить, что значения реакции на втулках шарнира сочленения полурам находились в диапазоне от 47 кН до 60 кН.
При определении данного показателя в процессе движения погрузочно-транспортной машины с 2- и 4-метровыми сортиментами установлен аналогичный характер изменения нагрузок, однако величина реакции увеличивалась в 1,1-1,2 раза. Наибольшее нагружение шарнир испытывал при укладке 2-метровых сортиментов в один ряд у оградительного щита, ввиду перераспределения нагрузок между верхним и нижним узлом трения, при этом реакция на нижнем шарнире возрастает в 1,31,5 раза при наезде на препятствие высотой 450-500 мм.
Для регистрации процесса износа измерения параметров элементов шарнира сочленения полурам осуществлялись по достижении наработки в 150, 300 и 500 мото-ч.
Установлено, что износ пальцев различен на нижней и верхней осях и изменяется по их высоте. В целом износ поверхностей трения осей незначителен (рис. 8), при этом установлено, что при эксплуатации лесной машины элементы шарнира сочленения полурам контактируют по плоскости, площадь которой составляет 8-12% от возможной. При этом износ осей и втулок из полимерного материала будет приводить к увеличению площади их взаимодействия, что уменьшит контактные напряжения и, соответственно, интенсивность износа. Согласно полученным данным, а также проанализировав результаты замеров параметров отверстий трубы балансира и кронштейна шарнира сочленения полурам в различных плоскостях, следует сделать заключение об отсутствии износа посадочных мест оси и кронштейна.
Рис. 8. Поверхности трения верхней оси
Для определения износа стальных втулок в шарнире сочленения полурам параллельно с натурными испытаниями проводились их ускоренные испытания на стенде (рис. 9) при номинальной нагрузке в течение 25 000 циклов. В процессе исследований, по истечении 1000 циклов нагружения, производилась смазка узла. Визуальный осмотр поверхностей трения установил повышенную шероховатость элементов шарнира, на поверхности втулки обнаружены следы задира. В соответствии с данными замера, установлено, что максимальный износ стальных втулок составил 0,02 мм, максимальный износ оси - 0,04 мм.
Рис. 9. Испытания шарнира сочленения полурам со стальными втулками на износостойкость
На рис. 10 приведены эпюры испытаний втулок из полимерного материала по истечении 1000 циклов (40 мото-ч) с максимальной нагрузкой и 150 мото-ч эксплуатации в условиях ГЛХУ «Копыльский лесхоз». Установлено, что двукратное уменьшение режима нагружения шарнира сочленения полурам приводит к снижению абсолютного износа в 2,5-3 раза, при этом длина дуги взаимодействия не изменяется, а распределение деформации при стендовых испытаниях более равномерное.
-А
п
\—
1 N ■—■—
0 2 4 6 8 10 12 14
—•—Стенд —■—Эксплуатация
Развертка рабочей поверхности
Рис. 10. Эпюра износа втулок из Арселона после наработки 150 мото-ч в реальных условиях эксплуатации и 1000 циклов нагружения с максимальной нагрузкой на стенде
Сравнение износа втулок по результатам эксплуатационных и стендовых испытаний в пересчете на 500 мото-ч приведены на рис. 11. Установлено, что вследствие повышенных нагрузок в период приработки износ втулок, испытанных на стенде, больше в 1,1-1,2 раза. Размеры неровностей в виде гребней и впадин, образовавшихся в период работы с максимальной нагрузкой поверхностей трения, определили фактическую площадь контакта трущихся деталей и, следовательно, возникающие при этом деформации и интенсивность изнашивания.
—*—Стенд —■—Эксплуатация
Развертка рабочей поверхности
Рис. 11. Эпюра износа втулок из Арселона после наработки 500 мото-ч в реальных условиях эксплуатации и на стенде
Данное обстоятельство подтверждается большим износом поверхности трения при стендовых испытаниях. Пик эпюры износа втулок при эксплуатационных испытаниях в первую очередь объясняется наибольшей частотой работы шарнира сочленения полурам в 30-градусном диапазоне углов, симметричном относительно продольной оси погрузочно-транс-портной машины.
Результаты показывают, что износ втулок из Арселона на порядок выше, при этом рабочая поверхность трущихся поверхностей имеет меньшую шероховатость, отсутствуют задиры.
Опыт эксплуатации лесных машин с шарниром сочленения полурам со стальными втулками показал, что при наработке машины около 1000 мото-ч происходит разбивание посадочных мест трубы балансира и кронштейна. Исследованиями установлено, что применение втулок из Арселона способствует сохранению геометрических параметров трубы балансира и незначительному увеличению посадочного места кронштейна (0,01-0,02 мм).
Заключение. По результатам эксплуатационных испытаний определены режимы на-гружения шарнира сочленения полурам лес-
ных машин, которые находятся в пределах 4760 кН на характерных режимах эксплуатации и 95-120 кН - на переходных (максимальные нагрузки).
Определение геометрических параметров втулок в процессе эксплуатационных испытаний позволило установить, что больший износ наблюдался во втулке нижней части шарнира, который находился в пределах 0,09-0,11 мм при наработке 500 мото-ч. Установлены зависимости изменения геометрических размеров втулок, осей и кронштейнов шарнира сочленения полурам от наработки погрузочно-транс-портной машины при выполнении лесозаготовительных работ.
В результате проведения ускоренных стендовых испытаний при наработке 25 000 циклов нагружения, что соответствует 1000 мото-ч эксплуатации, и нагрузке на узел трения 80100 кН, установлено, что износ опытных втулок составил 0,24 мм в продольном направлении и 0,14 мм в поперечном. При этом износ осей шарнира не превышал 0,06 мм.
Анализ результатов эксплуатационных и стендовых испытаний опытных образцов втулок из антифрикционного ПКМ на основе волокна Арселон и термореактивного связующего в узле трения шарнира сочленения полурам лесных машин производства РУП «Минский тракторный завод», а также состояние поверхностей трения подтвердили возможность замены действующих стальных втулок на втулки из ПКМ производства ООО «НИЦ "ВИСКОЗА"».
Литература
1. Санцевич, В. И. Допуски и технические измерения, В. И. Санцевич. - Минск: Оракул, 1995.
2. Серый, И. С. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения / И. С. Серый. - М.: Агропромиздат, 1987. - 361 с.
3. Кулагин, Ю. М. Техническое обслуживание и ремонт лесозаготовительной техники. -Химки: ЦНИИМЭ, 1988. - 256 с.
Поступила 15.03.2011
