Метод трибологический активизации пластичной смазки в опорных катках тракторов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Механика и машиностроение

УДК 621.892.5

МЕТОД ТРИБОЛОГИЧЕСКИИ АКТИВИЗАЦИИ ПЛАСТИЧНОЙ СМАЗКИ В ОПОРНЫХ КАТКАХ ТРАКТОРОВ

© 2011 А.С. Бухвалов, Г.А. Ленивцев

Самарская государственная сельскохозяйственная академия

Поступила в редакцию 10.11.2011

Надежность эксплуатации машин и механизмов во многом зависит от работоспособности и срока службы подшипниковых узлов. Многочисленные исследования [1, 4, 5] показали, что ресурс большинства подшипников качения ходовых систем тракторов значительно ниже расчетного ресурса. Это происходит в результате действия высоких динамических нагрузок, абразивного загрязнения смазочного масла, некачественного или несвоевременного технического обслуживания, неправильного выбора подшипников при проектировании, попадания посторонних веществ в подшипник во время монтажа, нарушения условий эксплуатации, несоответствия смазочных материалов требуемым условиям, неудовлетворительного состояния уплотняющих устройств и т. д.

Одним из важнейших условий работы подшипника является правильная его смазка. Смазка определяет долговечность подшипников не в меньшей мере, чем материал его деталей. Смазочный материал выполняет следующие основные функции: уменьшает трение между деталями подшипника, образует между поверхностями трения упругодинамическую масляную пленку, способствует равномерному распределению тепла и охлаждению подшипника, смягчает удары тел качения о кольца и сепаратор, защищает подшипник от коррозии.

Подшипники качения смазываются в основном с помощью жидких масел или пластичных смазок. Главными критериями выбора смазочного материала являются рабочие условия подшипников качения: нагрузка, частота вращения, колебания, вибрации, температура, влияние окружающей среды и др.

Смазывание подшипников пластичной смазкой имеет ряд преимуществ: обеспечивает плавность работы, уменьшает попадание загрязнений в полость подшипника, смягчает ударные нагрузки, улучшает консервационные характеристики. Пластичные смазки обладают значительно меньшей, чем минеральные масла, способностью вытекать из корпуса. Пластичная смазка улучшает герметизацию подшипникового узла, заполняя зазоры между вращающимися и неподвижными деталями уплотняющего устройства и создавая дополнительную защиту подшипника от внешней среды. Недостатками пластичной смазки является ограниченность использования в высокоскоростных подшипниках из-за повышенного внутреннего трения, худший отвод тепла по сравнению с жидкими маслами, а

также не полное использование заложенной в подшипниковый узел смазки. Это свидетельствует об актуальности исследований по совершенствованию процесса смазывания подшипников тракторных ходовых систем.

Целью данного исследования является повышение надежности и увеличения срока между обслуживанием опорных катков за счет активного использования заложенной в подшипниковый узел смазки.

В соответствии с поставленной целью в задачи исследования входило: провести анализ методов подачи смазки к подшипникам; разработать конструкцию и теоретически обосновать параметры устройства для непрерывной подачи пластичной смазки в зону трения подшипников.

Методическое и конструкторское обоснование устройства.

Определение оптимального количества смазки [6], необходимого для нормальной работы подшипника качения, является более сложной задачей, чем для подшипников скольжения, и зависит от условий работы, типа подшипника и других факторов. Степень заполнения смазкой подшипника и всего подшипникового узла существенно влияет на поведение смазки в подшипнике, его температурный режим и как следствие - на ресурс подшипника.

Излишнее количество пластичной смазки служит основной причиной перегрева подшипникового узла из-за сопротивления перекатыванию тел качения. Нехватка смазочного материала приводит к сокращению срока службы подшипника из-за увеличения сил трения, что также вызывает возрастание температуры и, как следствие, плавление смазки, ее вытекание из зоны трения и уменьшение толщины смазочного слоя. Увеличение контактного давления при таком режиме работы может привести к задиру поверхностей трения.

Подшипники опорных катков гусеничных тракторов вращаются с небольшой скоростью, поэтому объем смазки рационально принять равным свободному объему подшипника. Свободный объем стандартного подшипника можно вычислить по формуле

[5, 6]:

V = т(D2 - d2)B - -, м3, (1)

4 р

где D - наружный диаметр подшипника, м;

d - внутренний диаметр подшипника, м;

985

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4(3), 2011

B - ширина подшипника, м;

G - масса подшипника, кг;

р - плотность материала подшипника, кг/м3.

При плотной набивке подшипников качения смазкой необходимо предусмотреть в подшипниковом узле полости, в которые может переместиться излишек смазки из зон трения. Достаточный объем свободных полостей подшипникового узла для вмещения выдавливаемого излишка смазки должен составлять 0,24...0,15 полного объема подшипника Vn.

При дозаправке подшипниковых узлов через пресс-масленки появляется опасность повреждения уплотнений, так как заправочные устройства создают высокое давление смазки, обеспечивая удаление старой смазки, продуктов износа и загрязнений, однако в то же время, высокое давление разрушает уплотнения и внутри подшипникового узла не остается пространства для вытесняемой из подшипника смазки. Для предотвращения разрушений уплотнений рекомендуется предусматривать в подшипниковых узлах предохранительные устройства: контрольные отверстия, регулирующие количество подаваемой в подшипник смазки; каналы и системы дренажа; предусматривать сигнальные или разгрузочные устройства. Однако, предлагаемые для этого технические решения либо сложны, дороги и нетехнологичны, либо неэффективны.

Одним из решений этого вопроса является применение герметизированных узлов с несменяемой смазкой, что позволяет исключить операции по пополнению смазкой и введение в подшипниковый узел оптимального количество смазочного материала.

Для более полного использования объема заложенной смазки в опорных катках гусеничных тракторов было разработано устройство (рис. 1) для подачи смазки в зону работы подшипников качения. Устройство состоит из опорного катка трактора и шнека, установленного на оси опорных катков между подшипниками. Шнек имеет левую и правую навивку, направленную от середины центральной части оси к подшипникам.

Устройство работает следующим образом. При движении трактора опорные катки 1 получают вращение. Ось катков 2, вращаясь, воздействует на смазку винтовыми поверхностями шнека 6 и 7, перемещая ее от центра резервуара 9 к подшипникам качения 3. Часть пластичной смазки, прошедшей через подшипники, попадает в корпус торцевого уплотнения 8 и затем по каналам 4 и 5 выдавливается между витками шнека 6 и 7. Другая часть смазки вытесняется между внутренней поверхностью резервуара 9 и витками шнека обратно к центру. Процесс продолжается непрерывно в течение всего времени движения трактора.

Таким образом, подача смазки к подшипникам опорных катков гусеничного трактора дает возможность использовать весь объем смазки, заправленной в каток, и тем самым увеличить срок между

заменой смазки, снизить износ деталей катка и за счет этого повысить технологическую надежность и долговечность опорного катка.

Рис. 1. Устройство для подачи смазки: 1 - опорный каток; 2 - ось катков; 3 - подшипник; 4 - осевой канал; 5 - радиальный канал; 6, 7 - левый и правый винты шнека; 8 - торцевое уплотнение;

9 - резервуар для пластичной смазки.

Расчет производительности устройства для подачи смазки.

Производительность шнеков со сплошными винтами можно определить по формуле [2, 3]:

Q = S • V,

м

/ с,

(2)

где S - площадь активного сечения шнека, м ; V - скорость движения пластичной смазки, м/с;

Площадь активного сечения шнека будет равна:

О т-(D2 -d2) 2

S =------------w, м

4

(3)

где D и d - соответственно наружный и внутренний диаметры винта, м; у - коэффициент заполнения свободных полостей подшипникового узла.

Скорость движения пластичной смазки определяется через частоту вращения вала винта:

V

t • n 60 ’

м / с,

(4)

где t - шаг винта шнека, м; n - частота вращения

-1

вала винта, мин .

Выразим скорость движения пластичной смазки через скорость движения трактора. Окружная скорость вращения катка (без учета проскальзывания) приблизительно равна скорости трактора:

VКАТКА ~ VTP С, м / с , (5)

где VKATKA - окружная скорость вращения катка, м/с; VTP - скорость движения трактора, м/с; т - угловая скорость вращения катка, с-1; r - радиус обода катка, м.

986

Механика и машиностроение

Отсюда:

V

а =

ТР

(6)

Также угловую скорость можно вычислить по формуле:

ж - n _

' 1, (7)

а =

30

30-а 30 - VTP _1

n =-----=--------, мин . (8)

ж ж - r

Подставим полученное выражение (7) в выражение (3):

t - V

V =---ТР-, м / с . (9)

2ж- r

С учетом выражений (3) и (9) уравнение производительности (2) примет вид:

„ n(D2 _ d2) t - VTP

Q = ——:------- - W -

4

2ж- r

или

т2 т2ч

t - Vtp - (D _ d2) 3

Q =-----^-------------W, м / с

8r

(10)

Так как устройство для подачи пластичной смазки имеет два противоположно направленных шнека, то подача смазки для одного катка будет равна 2Q.

Из формулы (9) видно, что меняя параметры t и D можно изменять количество подаваемой устройством смазки в зону трения подшипника. Произво-

c

r

дительность устройства можно также понизить, заменив сплошной винт шнека на прерывистый лопастной винт.

Заключение:

Предложенное устройство для подачи пластичной смазки в зону трения подшипников позволяет активно использовать дополнительный объем смазки, находящийся в пространстве между подшипниками, позволяя снизить трудоемкость технического обслуживания, что играет важную роль в повышении экономической эффективности эксплуатации техники.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Моисеев А.А., Гальперин Г.Л. Тракторные подшипники качения. - М.: Колос, 1979. - 112 с.

2. Григорьев А.М. Винтовые конвейеры. - М.: «Машиностроение», 1972. - 184 с.

3. Моргачев В.Л. Подъемно-транспортные машины. - М. «Машиностроение», 1964. - 344 с.

4. Перель Л.Я. Подшипники качения: Расчет, проектирование и обслуживание опор: Справочник. - М.: «Машиностроение», 1983. - 543 с.

5. Нарышкин В.Н., Коросташевский Р.В. Подшипники качения: справочник-каталог. - М.: «Машиностроение», 1984. -280 с.

6. Ваванов, В. В. Автомобильные пластичные смазки / В. В. Ваванов, В. В, Вайншток, А. А. Гуреев. М.: Транспорт, 1986. -144с.

THE METHOD OF TRIBOLOGICAL ACTIVATION OF GREASE IN TRACTOR SUPPORTING ROLLERS

© 2011 A.S. Bukhvalov, G.A. Lenivtsev Samara State Agricultural Akademy, Samara

987