CC BY
33
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4(3), 2011
УДК 620.179:631.1:631.86
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ ГИДРОПОДЖИМНЫХ МУФТ
© 2011 М.С.Приказчиков, О.С. Володько
Самарская государственная сельскохозяйственная академия
Поступила в редакцию 10.11.2011
Ресурс деталей и узлов является важнейшей характеристикой работы машины. Он определяется в основном износостойкостью деталей при различных механических воздействиях.
Свойства материалов, из которых изготовлены детали машин, а также состояние поверхностных слоев во многом определяют явления, имеющие место при трении и изнашивании, которые в свою очередь напрямую влияют на работоспособность машин [3].
Одними из таких ресурсопредляющих деталей трактора «Кировец» являются фрикционные диски гидроподжимных муфт, установленные на ведущем валу гидромеханической коробки передач. Фрикционные диски во время эксплуатации трактора испытывают большие термодинамические нагрузки, особенно во время трогания трактора с места.
Высокие температуры в зоне контакта рабочих поверхностей ведущих и ведомых дисков в значительной степени определяют протекание физикохимических процессов в контакте, приводящих к изменению структуры поверхностных слоев. Известно, что контакт твердых тел всегда дискретен и происходит в отдельных пятнах, в области которых вследствие тепловыделения от сил трения возникают кратковременные повышения температуры, называемые температурными вспышками. Именно в этих зонах под воздействием высоких температур и усилий сжатия дисков, развиваемых во фрикционе при передаче вращения, происходит выделения свободного водорода с его последующей сорбцией в поверхностные слои контактирующих деталей.
Наводороживание вызывает заметное уменьшение поверхностной прочности, пластичности, ударной вязкости и выносливости стали в процессе эксплуатации. Эти явления вызывают ускоренное изнашивание поверхностей трения и выделены А.А. Поляковым и Д.Г. Громаковским (авторами открытия) в особый вид - водородное изнашивание [1, 4].
Возникающие дефекты на поверхности фрикционных дисков вследствие их наводораживания ведут к снижению фактической площади контакта, что приводит к прогрессирующему износу и, в свою очередь, обуславливает снижение ресурса.
Таким образом, очевидной является цель исследования - увеличение ресурса фрикционных дисков гидроподжимных муфт гидромеханических коробок передач трактора «Кировец» путем улучшения три-
бологических параметров ресурсоопределяющих сопряжений.
При рассмотрении механизма изнашивания и сопутствующих процессов можно выделить следующие основные методические направления исследований элементов трибоситемы влияющих на на-водороживание фрикционных дисков (рис.1): анализ трибологических критериев контакта поверхностей трения (температура в зоне контакта, фактическая площадь контакта, нормальная нагрузка в зоне контакта, наличие смазки в контакте - ее склонность к деструкции) [4]; оценка основных комплексных направлений снижения наводороживания фрикционных дисков гидроподжимных муфт (улучшение свойств материалов контактирующих деталей - реализация положительного градиента твердости [4]; улучшение микрогеометрии поверхности деталей увеличением фактической площади контакта (насыщенный контакт); улучшение свойств масла применением альтернативных масел или смесей менее склонных к образованию свободного водорода [2].
ИЗНОС
ОСНОВНЫЕ ВЛИЯЮЩИЕ ФАКТОРЫ
Рис. 1. Пути повышения ресурса гидроподжимных муфт
1196
Механика и машиностроение
А также ряд задач: повышение качества поверхности деталей улучшением свойств материалов контактирующих деталей через реализацию положительного градиента твердости и насыщенного контакта [4]; улучшение свойств смазочной среды применением альтернативных масел или смесей, менее склонных к деструкции (образованию свободного водорода, приводящего к интенсивному изнашиванию) [2]; оценка эффективности применения предлагаемых разработок.
Решение поставленных задач можно реализовать применением в гидроподжимных муфтах фрикционных дисков с модифицированными (фрикционно-механиче-ское латунирование), рабочими поверхностями (рис. 2) и применением в качестве смазочного материала минерально-растительной смеси на основе рапсового масла.
а
б
Рис. 2. Фрикционные диски а - стандартный диск из пакета; б - модифицированный диск
Результаты исследований применения модифицированных фрикционных дисков и оценке влияния различных составов смазочной среды, представленные в таблице 1, позволяют сделать вывод, что наиболее перспективным направлением является применение минерально-растительной смазочной среды на основе рапсового масла (не менее 50%) и товарного моторного масла М-10Г2 , а также фрикционно-механического латунирования ведомых и ведущих фрикционных дисков гидроподжимных муфт (Hv = 367).
Таблица 1. Расчетные значения аддитивного критерия КА
КССМ (%)* кмп (hv)** 3,935 (0) 2,208 (50) 2,858 (100)
4,006 (423) 7,941 6,214 6,864
3,419 (400) 7,354 5,627 6,277
3,708 (389) 7,643 5,916 6,566
3,284 (367) 7,219 5,492 6,142
* - % - процентное содержание рапса в смеси
** - HV - средняя твердость поверхности в сопряжении
При этом оценка качества поверхностей трения фрикционных дисков и различный состав смазочной среды производилась при помощи аддитивного критерия, стремящимся к минимальному значению и выраженного зависимостью:
КА = КМП + КССМ -> min
где КМП, КССМ - соответственно критерии модификации поверхности трения и оценки состава смазочной среды соответственно.
Проведенные при помощи передвижной тяговой лаборатории ускоренные ресурсные испытания, где в качестве нагрузочного устройства применялся гидротормоз D-4 (рис. 3), показали, что использование модифицированных фрикционных дисков и применение в качестве смазочной среды минерально-растительной смеси на основе рапсового масла приводит к снижению термодинамических нагрузок
(снижение температуры смазочной среды на 31,5%), и позволяет увеличить ресурс фрикционных дисков гидроподжимных муфт не менее чем в 1,3 раза. Данный вывод сделан на основе анализа зависимости изменения концентрации железа в смазочной среде гидромеханической коробки передач во время проведения испытания (рис 4).
1197
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4(3), 2011
Рис. 3. Ускоренные ресурсные испытания
Средняя наработка трактора «Кировец» по Самарской области составляет не более 2000 усл. эт. га в год или в среднем около 620 мото-ч, тогда как наработка на отказ по данным ФГУ «Поволжская МИС» составляет не более 2800 мото-ч [5, 6], это соответствует числу включений гидроподжимной муфты со стандартными заводскими фрикционными дисками в диапазоне от 11790 до 15720 включений. Модифицированные фрикционные диски с применением в качестве смазочной среды растительноминеральной смеси позволяют увеличить число включений до 15690...20920.
Рис. 4. Изменение концентрации железа в смазочной среде коробки передач:
1, 2 - рекомендуемые заводские фрикционные диски и масло М-10Г2; 3, 4, 5 - модифицированные фрикционные диски и минерально-растительная смесь
Экономическая эффективность от внедрения предложенных изменений может быть рассчитана исходя из увеличения ресурса гидроподжимных муфт по следующей зависимости:
Э
Г с к сЛ
w2 W
W:
2 J
где С1, С2 - соответственно стоимость комплекта в заводском исполнении и модифицированных входящая в стоимость ремонта ведущего вала трактора «Кировец», руб.;
W1, W2 - ресурс заводского и модифицированного комплекта фрикционных дисков, мото-ч;
Wr - среднегодовая наработка мото-ч. трактора «Кировец».
э =
"39800 v 2800
42105
3727
\
■698 = 2038,2 руб.
Заключение. Анализ полученных результатов исследований и оценка эффективности предложенных решений показал, что применение в качестве
смазочной среды минерально-растительное смеси на основе рапсового масла и модифицированных фрикционных дисков, позволит улучшить работу и увеличить эксплуатационный ресурс гидроподжимной муфты и ведущего вала гидромеханической коробки передач в 1,33 раза. Позволит иметь экономический эффект в размере 2038 рублей на 1 комплект фрикционных дисков в год, а срок эксплуатации трактора (до отказа или ремонта ведущего вала коробки передач) в среднем с 4 до 6 лет.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Беркович И.И. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения: Учебник для вузов /И.И. Беркович, Д.Г. Громаковский; Под ред. Д.Г. Громаковско-го; Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2000. - 268 с.
2. Влияние минерально-растительных топлив и смазочных
комбинаций на трибологические параметры ресурсоопределяющих сопряжений в с.х. технике: Отчет о НИР (промежут.) / ВНТИЦентр ОЦ02604И5В; № ГР
01.200511089. - М.: ВНИПИОАСУ, 2007. - 172 с.
1198
Механика и машиностроение
3. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызностность): Учебник для вузов /Д.Г. Гаркунов; М: изд. МСХА, 2001. -616 с.
4. Повышение эксплуатационной надежности тракторных ходовых систем и агрегатов трансмиссий: Отчет о НИР. № гос. рег. 01.980001759. СГСХА. - Кинель 2003. - 58 с.
5. Петин С.В. Повышение ресурса гидромеханических коробок передач улучшением трибологических пара-
метров работы фрикционов: Дис. ... канд. техн. наук: 05.20.03 / С.В. Петин. - Самара, 2005. - 190 с.
6. Разработка современной системы технического сервиса сельскохозяйственной техники в Самарской области для предприятий различных уровней оснащенности ремонтно-обслуживающей базы: Отчет о НИР (промежут.) -Кинель : РИЦ СГСХА, 2007. - 91 с.
A FRICTION CLUTCHES FRICTION SURFACE MODIFYING EFFICIENCY
ESTIMATION
© 2011 M.S. Prikazchikov, O.S. Volodko Samara State Agricultural Academy
1199
