Повышение долговечности шестеренчатых насосов высокого давления применением антифрикционных присадок в смазочно-охлаждающую жидкость при восстановлении втулок

Актуальность темы

Одним из важных направлений развития народного хозяйства является повышение ресурса и эффективности мобильной сельскохозяйственной техники, путём разработки и внедрения технологических процессов при производстве и ремонте деталей и узлов сельскохозяйственных и мелиоративных машин и механизмов, которые давали бы возможность получения их с более высокими эксплуатационными характеристиками. В условиях рыночных взаимоотношений остро встаёт вопрос о совершенствовании технологии, улучшения организации и повышения качества ремонта машин.

За период реформирования экономики страны производство сельхозпродукции уменьшилось на 40−50% вслед за сокращением парка тракторов, зернои кормоуборочных комбайнов, мелиоративных и других машин в сельском хозяйстве ухудшилось техническое состояние наличной техники — каждая третья машина неисправна. Обновление парка машин с традиционного в прежнее время 10−12% -ого ежегодного уровня уменьшилось до 0,7% по тракторам и 0,3% - по зерноуборочным комбайнам, т. е. сократилось в 10−15 раз [1,2−8].

Повышение долговечности машин и механизмов за счёт снижения трения и износа становится с каждым годом всё более важной народнохозяйственной задачей [9, 10]. При решении этой задачи должны учитываться, наряду с другими, и трибологические явления, которые проявляются в машинах при осуществлении сельскохозяйственных работ, в строительстве, добывающей промышленности и во многих других отраслях. Потери средств от трения и износа в развитых государствах достигают 4—5% национального дохода, а преодоление сопротивления трению поглощает во всём мире 20−25% вырабатываемой за год энергии.

Проблема повышения долговечности и надёжности машин и механизмов неразрывно связана с качеством смазочных материалов. При этом уменьшение износа пар трения достигается не только повышением качества смазочного материала и снижением образования вредных отложений, связанных с термоокислительным действием, но и путём модифицирования металлических поверхностей химическими соединениями, вводимыми в смазочную среду. Их эффективность обусловлена способностью самих присадок или продуктов их термического распада к химическому взаимодействию с основным металлом и образованием при этом модифицированного слоя, имеющего низкое сопротивление сдвигу и защищающего тем самым основной металл от износа.

В данной работе теоретически обоснована и решена задача повышения эффективности использования мобильной сельскохозяйственной техники за счёт применения антифрикционных присадок в смазочно-охлаждающую жидкость при процессе прошивания бронзовых втулок насосов типа НШ-У.

Исследования проводились в соответствии с планом развития Саратовской области по выполнению научного направления 1.2.9. «Комплексная региональная программа научно-технического прогресса в агропромышленном комплексе Поволжского экономического региона на 20 лет до 2010 года «(№ государственной регистрации 840 005 200) и комплексной темы № 5 НИР Саратовского государственного аграрного университета имени Н. И. Вавилова «Повышение надёжности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве».

Цель работы. Повышение долговечности шестеренчатых насосов гидросистемы мобильной сельскохозяйственной техники путем применения антифрикционных присадок в смазочно-охлаждающую жидкость при восстановлении втулок.

Объект исследований. Шестеренчатые насосы НШ-32У навесной гидросистемы тракторов МТЗ-80/82.

Предмет исследований. Тепловые и физико-химические процессы протекающие в узлах трения шестеренчатых насосов НШ-32У.

Методика исследований включает: изучение и анализ условий работы гидросистем тракторов, конструктивных особенностей и характера величины износа их агрегатов и узловисследование технологических способов восстановления шестеренчатых насосов путем пластической деформации металла (давлением) с применением смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) — теоретическое обоснование повышения эффективности и обеспечения работоспособности трибосопряжений насосов типа НШ-У за счёт использования антифрикционных композиций в смазочно-охлаждающую жидкость при прошивании втулокисследование физико-механических свойств антифрикционных присадокэкспериментальные исследования образцов на машине трения СМЦ-2 и узлов тракторных гидросистем на стенде и в эксплуатации.

В ходе исследований поверхностей трения использовались современные физико-химические методы, оборудование, установки и приборы.

Обработку полученных экспериментальных данных проводили с помощью современного программного обеспечения и процессора «Intel Pentium IV».

Достоверность результатов исследований обусловлена применением современного оборудования, основывается на теории планирования многофакторного эксперимента и подтверждена производственными испытаниями.

Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к решению проблемы повышения долговечности гидросистемы трактора путем применения антифрикционных присадок в СОЖ при восстановлении втулок насосов типа НШ-У, к анализу и обобщению теоретических положений и закономерностей, в результате которых:

• установлены характер и степень влияния различных факторов на ресурсные и экономические показатели гидросистем на этапе жизненного цикла;

• осуществлены теоретическое обобщение и выбор комплекса средств для повышения долговечности ресурсоопределяющих сопряжений насоса НШ-32У;

• разработана антифрикционная присадка в СОЖ на основе дисульфида молибдена и олеиновой кислоты (МоБг + С17Н33СООН), обеспечивающая работоспособность трибосопряжений после восстановления шестеренчатого насоса гидросистемы;

• разработаны научно-практические рекомендации по обеспечению работоспособности и повышению ресурса трущихся деталей шестеренчатых насосов.

Практическая ценность работы. Разработана и внедрена в производство СОЖ (масло МГ-22-А) с добавлением антифрикционных присадок на основе дисульфида молибдена и олеиновой кислоты для прошивания отверстий втулок шестеренчатых насосов НШ-32У, применение которой позволяет:

• снизить момент трения на 27% и износ на 34%, увеличить нагрузку схватывания в 1,5 раза, а также ускорить процесс приработки в 1,3−1,5 раза, в результате повысить ресурс шестеренчатых насосов на 20—40%.

• получить от внедрения технологического процесса восстановления втулок годовой экономический эффект 25 725 руб. при программе 1500 насосов.

Реализация результатов исследований. Результаты работы могут быть использованы при эксплуатации мобильной сельскохозяйственной техники в АПК Министерства сельского хозяйства, а также в учебном процессе вузов аграрного образования при изучении дисциплин «Надежность и ремонт машин», «Тракторы и автомобили», «Эксплуатация машинно-тракторного парка» и «Триботехника».

Внедрение. Способ повышения долговечности трибосопряжений гидросистемы мобильной сельскохозяйственной техники путем совершенствования технологических методов восстановления и применения антифрикционных добавок в смазочно-охлаждающий материал при прошивании внедрен на ряде предприятий Саратовской области: Управление механизации «Саратовагропромстрой», ООО «Агросиф», ЗАО «УМ-24» (г.

Саратов) и ОАО «МТС-Хлебороб» Красноармейского района. Положительные результаты дали возможность рекомендовать новый способ для внедрения на других предприятиях агропромышленного комплекса.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Теоретические предпосылки повышения долговечности трибосопря-жений гидросистемы трактора путем применения антифрикционных присадок в сож.

2. Математическое прогнозирование ресурса трибосопряжений насосов НШ-32У.

3. Закономерности формирования поверхностей трения с заданными триботехническими свойствами.

4. Рекомендации по применению предлагаемых разработок, обеспечивающих работоспособность и повышение ресурса трибосопряжений мобильной сельскохозяйственной техники, и их экономическая и экологическая оценка.

Апробация работы. Основные положения работы и ее результаты были доложены, обсуждены, экспонировались и получили положительную оценку:

— на международной научно-практической конференции «Технический сервис в агропромышленном комплексе» посвященной 70-летию МГАУ им. В. П. Горячкина (г. Москва 2000 г.);

— на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СГАУ им. Н. И. Вавилова (г.Саратов 2000;2005 г.);

— на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СГТУ (г.Саратов 2000;2005 г.);

— на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава СГСА (г.Самара 2002 г.);

— на научно-технической конференциях профессорско-преподавательского состава ПГСХА (г. Пенза 2005 г.);

— на межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СНГ» (Саратов 2001;2005г.);

— на международной научно-практической конференции «Ульяновские чтения» (Саратов, СГАУ им. Н. И. Вавилова, 2005);

— на расширенном заседании кафедры «Тракторы и автомобили» СГАУ им. Н. И. Вавилова в 2006 г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 научных работах, в том числе в научно-практических рекомендациях. Общий объем публикаций — 5,02 печ. л., из которых 2,62 печ. л. принадлежит лично соискателю.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Содержит 179 страниц машинописного текста, 15 таблиц, 65 рисунков и 17 приложений. Список использованной литературы включает 124 наименования, из них 4 на иностранном языке.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Анализ литературных и патентных источников показал, что ресурс и работоспособность агрегатов мобильной сельскохозяйственной техники зависят не только от воздействия эксплуатационных факторов, но и от конструктивных особенностей, характера износа и качества ресурсоопределяющих трибосопряжений. Наиболее часто в 80−90% случаев выход из строя мобильной сельскохозяйственной техники происходит за счет износа трущихся деталей гидросистемы, в том числе и шестеренчатых насосов типа НШ-32У навесной гидросистемы тракторов МТЗ 80/82, на долю которых приходится до 20% отказов. Применение новых смазочно-охлаждающих жидкостей с использованием антифрикционных присадок в процессе восстановления втулок позволяет повысить ресурс насосов НШ-32У на 20—40%.

2. В результате теоретических исследований механизма действия смазочно-охлаждающего материала обоснован выбор присадок с применением дисульфида молибдена и олеиновой кислоты в качестве добавок в СОЖ (масло МГ-22-А) с целью улучшения качества поверхностей при прошивании втулок насосов типа НШ-32У. Разработана программа для математического прогнозирования ресурса трибосопряжений шестеренчатого насоса при заданных условиях эксплуатации, который увеличивается на 30−50% за счет применения присадок в СОЖ.

3. Выбрана и усовершенствована технология, которая позволяет более качественно восстанавливать втулки насосов НШ-32У за счет применения комбинированной прошивки и добавления антифрикционных присадок в СОЖ. Точность и шероховатость восстановленных втулок соответствуют техническим условиямна рабочих поверхностях отсутствуют следы схватываний и задиров, шероховатость внутренних поверхностей восстанавливаемых втулок составляет 0,08 мкм.

4. Сравнительные экспериментальные исследования на машине трения СМЦ-2 показали улучшение триботехнических свойств испытуемых образцов, которые были обработаны прошивкой с применением СОЖ (масло МГ-22-А) и добавлением в нее антифрикционных присадок (МоБг + С17Н33СООН), по сравнению с образцами, обработанными прошивкой с применением базовой СОЖ без добавления присадок. Установлено, что введение присадок позволило снизить момент трения на 27% и износ — на 34%, увеличить нагрузку схватывания в 1,5 раза, а также ускорить процесс приработки в 1,3−1,5 раза.

5. Сравнительные триботехнические испытания на стенде, имитирующем работу гидросистемы тракторов МТЗ-80/82, в течение 300 часов подтвердили эффективность применения антифрикционных присадок в СОЖ при прошивании втулок насосов типа НШ-32У. При этом было установлено, что за счет модифицирования внутренней поверхности трения втулки наблюдается уменьшение износа на 25%, отсутствие «мостиков» схватывания и задиров.

6. Эксплуатационные испытания показали, что предлагаемый способ восстановления позволяет снизить износ качающего блока насоса НШ-32У и в результате повысить прогнозируемый ресурс насоса на 20−40%. Визуально можно было убедиться в отсутствии задиров и царапин на деталях. Также можно констатировать уменьшение по сравнению с базовыми деталями падения давления в системе на 8−10%, повышение производительности машин за счет уменьшения времени простоев по причинам износа деталей на 10−15%. На основе результатов исследований и внедрения технологического процесса с применением новой смазочно-охлаждающей жидкости в производство рассчитан годовой экономический эффект, который составил 25 725 руб. при программе 1500 насосов.