CC BY
63
Созданная транспортная модель города Иркутска является инструментом, позволяющим на уровне планирования разрабатывать и обосновывать мероприя-
тия по управлению транспортным спросом, повышению уровня обслуживания населения и формированию транспортной политики региона в целом.
Библиографический список
1. Виды транспортной доступности / В.В. Гребенников [и др.] // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2012. № 1. С. 56-61.
2. Михайлов А.Ю., Головных И.М. Современные тенденции проектирования и реконструкции улично-дорожных сетей городов. Новосибирск: Наука, 2004. 267 с.
3. Левашев А.Г. К вопросу об исследовании характеристик паркирования в районе крупных центров обслуживания // Вестник Иркутского государственного технического универ-
ситета. 2011. № 3 (50). С. 55-59.
4. Schnabel W., Lohse D. Grundlagen verkehrstechnik und der Verkehrsplanung // wesen. 1997. Band 2.
5. СП 42.13330.2011. Градостроительство. застройка городских и сельских поселений. Актуализированная редакция СНиП 2.07.01-89" приказ Минрегиона РФ от 28.12.2010 N 820 [Электронный ресурс] // СПС «Консультант Плюс». 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).
der Strassen-Verlag fur Bau-
Планировка и
УДК 629.113.004.5
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА МАСЛА НА ИЗНОС ЭЛЕМЕНТОВ ТРАНСМИССИИ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН
© В.В. Скутельник1, О.Л. Маломыжев2, Д.С. Фадеев3
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Обоснована необходимость исследования влияния повышенных температур масла на износ элементов трансмиссии и состояние пограничного смазывающего слоя. Приведены исследования износа зубьев при повышенных температурах масла, используемого в трансмиссиях транспортных машин. Выявлено, что надежная и эффективная работа элементов трансмиссий существенно зависит от теплового режима. Ил. 2. Библиогр. 8 назв.
Ключевые слова: температура масла; тепловыделение; коэффициент трения; масляная пленка; скорость окисления; износ.
OIL TEMPERATURE REGIME EFFECT ON VEHICLE TRANSMISSION ELEMENT WEAR V.V. Skutelnik, O.L. Malomyzhev, D.S. Fadeev
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article proves the need for studying the effect of high oil temperatures on the wear of transmission elements and the condition of the boundary lubricant layer. It describes the researches of tooth wear at increased temperatures of the oil used in transmissions of transport vehicles. Reliable and efficient operation of transmission elements is shown to be in strong dependence on the temperature conditions. 2 figures. 8 sources.
Key words: oil temperature; heat release; friction coefficient; oil film; oxidation rate; wear and tear.
Одним из основных элементов агрегатов трансмиссий транспортных машин, обеспечивающих работу механизмов трансмиссии, является смазывающее масло, которое предназначено для уменьшения трения соприкасающихся подвижных деталей, отвода тепла и продуктов износа от трущихся элементов.
На условия работы масла в механических трансмиссиях влияют три основных фактора: частота вра-
щения шестерен (скорость относительного скольжения трущихся поверхностей зубьев); удельное давление в зоне контакта; температурный режим. Кроме того, существенное влияние на работоспособность масла оказывает материал, из которого изготавливаются детали, а также конструктивные особенности деталей.
Температура масла в агрегатах изменяется в пре-
1Скутельник Виталий Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры менеджмента и логистики на транспорте, тел.: 89148886044, [email protected]
Skutelnik Vitaly, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Transport Management and Logistics, tel.: 89148886044, e-mail: [email protected]
2Маломыжев Олег Львович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильного транспорта, тел.: (3952) 405136, e-mail: [email protected]
Malomyzhev Oleg, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automobile Transport, tel.: (3952) 405136, e-mail: [email protected].
3Фадеев Дмитрий Сергеевич, кандидат экономических наук, доцент кафедры менеджмента и логистики на транспорте, тел.: 89025113638, e-mail: [email protected]
Fadeev Dmitry, Candidate of Economics, Associate Professor of the Department of Transport Management and Logistics, tel.: 89025113638, e-mail: [email protected]
делах широкого диапазона. В момент начала работы агрегата после его длительной остановки она равна температуре окружающего воздуха. При установившимся режиме работы температура масла зависит от количества энергии, расходуемой на трение в агрегате, и от интенсивности отвода тепла в окружающую среду. Энергия трения при прочих равных условиях определяется мощностью, передаваемой через агрегат, а отвод тепла является функцией температуры окружающего воздуха.
Рабочая температура масла в агрегатах трансмиссии транспортных машин достигает 130—150°С, а в агрегатах трансмиссий большегрузных автомобилей, работающих в жаркой климатической зоне, может повышаться до 160-170°С [8].
Для оценки теплового состояния трансмиссии транспортных машин в настоящее время используется отраслевой стандарт, согласно которому температурное состояние сборочных единиц оценивается по следующим стандартам: температура масла на входе и выходе в сборочную единицу при циркуляционный системе смазки и температуре масла в картере при циркуляционной смазке и смазке окунанием. Оценивание допускается по наиболее термонагруженным элементам.
Согласно методике теплового расчета все выделившееся в элементах сборочных единиц тепло полностью передается движущемуся маслу и оценивается по зависимости
Ов = ся^вых - tвх), где с - теплоемкость масла; я - расход масла; ^Ь|х -- температура масла на выходе и входе в агрегат.
Оценка температурного состояния трансмиссии и ее сборочных единиц или элементов производится по максимальным значениям параметров, полученным на заданных режимах.
При определении температурного состояния на среднеэксплуатационных режимах работы транспортных машин числовое значение тепловыделения должно быть увеличено на величину
QH.n. =
QrV,
3,6-106 '
где - тепловыделение; - суммарное тепловыделение при переходных процессах в элементах
управления движения на 1000 км пробега; Vcp - средняя скорость движения транспортной машины.
Температура масла определяется из баланса тепловыделения, определяемого потерями мощности в трансмиссии, и тепловыделения определяемые радиаторной системой с учетом собственного теплорас-сеивания материалов сборочной единицы.
Для современных транспортных машин повышенной проходимости тепловой режим масла, а следовательно, и всего агрегата более напряженный ввиду большей передаваемой мощности при ограниченных габаритах и менее благоприятных условиях теплообмена с внешней средой, а также ввиду «изоляции» от окружающего воздуха, т.е. факторы, влияющие на условия работы масла, более жесткие, чем у транспортных машин общего назначения: среднеэксплуата-ционная температура масла в трансмиссиях достигает 100-120°С, а с ГМТ - 130-140°С.
Теплонапряженность масляной пленки, разделяющей сопряженные поверхности зависит от: давления в зоне контакта р, скорости скольжения v и коэффициента трения f. Величины р, v, f характеризует интенсивность тепловыделения при трении и температуру масляной пленки в зоне контакта, она на 150-250°С превышает температуру масла в объеме [3].
Скорость скольжения и давления определяют возможностью применения того или иного масла в зубчатой передаче. При увеличении нагрузки смазочная пленка, разделяющая трущиеся поверхности, начинает разрушаться. Это может привести к непосредственному контакту металлических поверхностей, следствием чего является их катастрофический износ и заедание. Температура, при которой происходит разрушение граничного смазочного слоя (критическая температура), для большинства минеральных масел (без присадок) колеблется в пределах 140-200°С [5]. Зависимость коэффициента трения от температуры при испытаниях минеральных авиационных масел показана на рис. 1.
Повышение температуры ухудшает служебные свойства масла, так согласно работе Р.М. Матвеевского [5] в диапазоне 110-160°С скорости окисления, полимеризации и конденсации с ростом температуры удваиваются через каждые 10°С, увеличиваясь таким
f
0.2
0.1
[\ \ \ \ \ J ¡1 /,ХХ
Ч,\ \ I \ г
50
мзс
100 МЗС
150
200
t, °С
мзс
Рис. 1. Влияние температуры масла на коэффициент трения
образом в 30-40 раз. Авторами [6] были исследованы прочности масляной пленки пяти видов масла (МС-20, МТ-8п, Б-3В, ТСЗП-8, ТАД-17) на 4-шариковой машине трения при t = 20 и 100°С. С повышением температуры масла нагрузка разрыва масляной пленки снижается для всех видов масла, авторы также исследовали влияние температуры масла на износ зубьев шестерни. Испытания проводились на моделирующем стенде (материал зубчатого колеса и шестерни 12Х113А, чи-
стота обработки Ра = 1,25, твердость ИРО - 60-61).
Оказалось, что зависимость износа Л от нагрузки имеет во всех случаях характер вогнутой параболы, т.е. влияние повышения температуры на увеличения Л, особенно для масла Б-3В, весьма существенно. Зависимости износа зубьев шестерни от среднеобъ-емной температуры масла за 100 часов испытания представлена на рис. 2.
У У у ✓ ✓ ✓
/ / / / ! / / /
/ / / / / / / .-•''
------
О 25 50 75 I, час --прт=145°С ....... прШ=120°С -при1=110°С
б)
в)
Рис. 2. Динамика износа зубьев при давлении 1600 Мпа: а - для масла Б-3В; б - для масла МТ-8М;
в - для масла ТСЗП-8
Эксперимент показал, что повышение температуры масла (в объеме) больше 100-170°С приводит к значительному увеличению износа. Наименьший износ при 145°С установлен для масла ТСЗП-8, наибольший - для масла Б-3В. При увеличении температуры до 145°С износ в среднем увеличивается в 6-7 раз по сравнению с температурой масла 100-110°С.
Температура масла влияет не только на работоспособность зубчатых зацеплений, но и оказывает существенное влияние на другие элементы трансмиссии (подшипники и т.д.). Так, одна из фирм ФРГ запрещает использовать подшипники обычного типа при температуре масла выше 120°С, поскольку при этом их долговечность заметно уменьшается.
В зоне контакта зубьев температура достигает весьма высоких значений 800-900°С и более [4], а объемная температура зубьев шестерни превышает температуру в картере на 25-30% и может превышать температуру низкого отпуска материала детали, что резко снижает прочностные характеристики материала, а следовательно, и долговечности детали.
Для зубчатых колес трансмиссий транспортных машин применяют легированные хромоникелевые марки сталей 12ХН3А, 12Х2Н4А, 18Х2Н4ВА, 20Х2Н4А -Ш, которые обладают хорошими физико-механическими свойствами (прокаливаемостью при закалке в масле, высокой износостойкостью, прочностью сердцевины) и имеют относительно низкую чувствительность к поверхностным дефектам. Однако указываемые марки сталей не являются термопрочными и при длительной работе в масле с температурой порядка
110-145°С в цементованном слое начинаются структурные изменения, соответствующие среднему отпуску [1], приводящие к снижению твердости поверхности слоя и уменьшению контактной долговечности. Величина среднеобъемной температуры в поверхностном слое не должна превышать критического значения, при котором в цементированном (нитроцементован-ном) слое начинают происходить структурные изменения. По данным некоторых источников [1, 7] допускаемая температура для сталей 12ХН3А, 12Х2Н4А, 18Х2Н4ВА не должна превышать 170°С. Учитывая, что наиболее широко применяемая в трансмиссиях транспортных машин сталь 20Х2Н4А-Ш принадлежит к названному классу, указанные ограничения можно считать справедливыми и для нее. Широко используемые за рубежом стали 3310, 3310М, Е9310 (типы стали 12Х2Н4А, последняя дополнительно легирована молибденом, 0,08-0,3%), стали производства ФРГ 14МЮ10, 14МЮ14, 14NiG18, близкие к выше указанным отечественным сталям, допускают рабочую температуру до150°С.
Из анализа вышесказанного следует, что надежная и эффективная работа элементов трансмиссий существенно зависит от температурного режима. Превышение температуры масла и деталей в агрегатах трансмиссии приведет к быстрому износу и уменьшению долговечности элементов трансмиссии, что является одной из причин, ограничивающих работоспособность механизмов трансмиссии, и может быть причиной преждевременного выхода из строя как отдельных деталей, так и трансмиссии в целом.
1. Марочник сталей и сплавов: справочник / под ред. В.Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. 639 с.
2. Банас И.П., Алексеева Г.М. Современные стали для высо-конагруженных зубчатых колес // Вестник машиностроения. 1985. № 9. С. 12-15.
3. Смазочные материалы / Р.М. Матвеевский [и др.]. М.: Машиностроение, 1989. 217 с.
4. Авиационные зубчатые передачи и редукторы: справочник / под ред. Э.Б. Вулгакова. М.: Машиностроение, 1981. 374 с.
ский список
5. Матвеевский Р.М. Температурная стойкость граничных смазочных слоев и твердых смазочных покрытий при трении металлов и сплавов. М.: Наука, 1971. 225 с.
6. Махнаткин Э.М., Жучков М.Г. Влияние температуры масла на износ шестерен // ВБТ. 1981. № 2. С. 42-44.
7. Макотрина Л.В., Селех Е.В. Обзор энергоэффективности водонагревающих установок // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2012. № 1. С. 61-69.
8. Molyneux P. Oleodinamica, pneumatica. 1975. Vol. 16 (312). Р. 84-92.
УДК 629.113: 62-592.52
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРВОГО И ВТОРОГО КОНТУРОВ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ТОРМОЗНОГО ПРИВОДА АВТОМОБИЛЯ
1 9
© А.И. Федотов1, Е.М. Портнягин2
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова 83.
Изложены результаты экспериментального исследования динамических характеристик контуров автомобильного ПТП с целью разработки методов диагностирования. Приведено подробное описание оборудования и методик
1Федотов Александр Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры автомобильного транспорта, тел.: (3952) 405358, e-mail: [email protected]
Fedotov Alexander, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Automobile Transport, tel.: (3952) 405358, e-mail: [email protected]
2Портнягин Евгений Михайлович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильного транспорта, тел.: (3952) 405689, e-mail: [email protected]
Portnyagin Evgeny, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automobile Transport, tel.: (3952) 405689, e-mail: [email protected]
