Повышение долговечности тягово-сцепных устройств тракторно-транспортных агрегатов триботехническими методами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.03, кандидат технических наук Цыпцын, Максим Валерьевич

• Цыпцын, Максим Валерьевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Цыпцын, Максим Валерьевич

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ тягово-сцепных устройств и влияния их технического состояния на эффектность использования тракторно-транспортных агрегатов

1.2 Основные причины потери работоспособности и эксплуатационной надежности упругодемпфирующих тягово-сцепных устройств

1.3 Ресурсосберегающие триботехнические методы повышения долговечности и обеспечения работоспособности трибосопряжений устройств и машин

1.3.1 Анализ влияния различных присадок в масло на начальные и установившие износы трибосопряжений мобильной сельскохозяйственной техники

1.3.2 Методы упрочнения трущихся деталей и технологические способы нанесения покрытий

1.4 Выводы. Цель и задачи исследования

2 ОБЩАЯ МЕТОДИКА И СТРУКТУРА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Программа и структура исследований

2.2 Технологические основы получения металлсодержащей смазочной композиции и комплексного покрытия

2.2.1 Получение ультрадисперсного порошка

2.2.2 Приготовление смазочной композиции

2.2.3 Новые экологически чистые добавки к маслу на основе координационных соединений редкоземельных элементов. Технология получения смазочной композиции

2.2.4 Выбор и обоснование упрочняющего антифрикционного покрытия при экспериментальных исследованиях

2.3 Методика проведения лабораторных испытаний

2.4 Методика проведения эксплуатационных испытаний 89 Р 2.4.1 Задачи экспериментального исследования

2.4.2 Выбор и обоснование объекта исследования

2.4.3 Описание экспериментальной установки

2.4.4 Программа и содержание экспериментальных исследований

2.4.5 Измерительные приборы и оборудование, применяемые для проведения экспериментальных исследований

2.4.6 Тарировка и определение погрешности измерительных приборов и оборудования

2.4.7 Методика определения скорости движения тракторно-транспортного агрегата

2.4.8 Подготовка тракторно-транспортного агрегата и измерительной аппаратуры для выполнения опыта

2.5 Обработка экспериментальных данных и оценка точности измерения

2.6 Выводы

3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РЕСУРСООПРЕДЕЛЯЮЩИХ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ ТЯГОВО-СЦЕПНЫХ УСТРОЙСТВ

3.1 Моделирование процессов изнашивания трущихся деталей тягово-сцепных устройств и прогнозирование их долговечности

3.2 Математическое моделирование движения тракторно-транспортного агрегата с упругодемпфирующим тяговосцепным устройством и серийным ТСУ

3.3 Выводы

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ И КОМПЛЕКСНЫХ ПОКРЫТИЙ

4.1 Сравнительные триботехнические испытания масел и присадок на машине трения СМЦ-2М

4.1.1 Результаты лабораторных испытаний

4.2 Физико-химические свойства масел и присадок

4.2.1 Свойства присадок на основе солей редкоземельных элементов и определение срабатывания присадок

4.2.2 Свойства сверхтонких порошков металлов, реализующих эффект безызносности

4.3 Триботехнические испытания покрытий и их физико-механические свойства

4.3.1 Износные испытания образцов

4.4 Исследование физико-механических свойств покрытия

4.4.1 Химико-математическая модель процесса нанесения упрочняющих покрытий

4.4.2 Структура и свойства комплексного покрытия

4.4.3 Технология и оборудование участка для упрочнения деталей

ТСУ комплексными покрытиями

4.5 Требования по безопасности жизнедеятельности и экологии

4.6 Выводы

5 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ТРАКТОРНО-ТРАНСПОРТНОГО АГРЕГАТА С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ УПРУГО-ДЕМПФИРУЮЩИМ ТЯГОВО-СЦЕПНЫМ УСТРОЙСТВОМ И ВНЕДРЕНИЕ РАЗРАБОТОК В АПК

• 5.1 Результаты экспериментальных исследований

5.1.1 Влияние типа ТСУ на условия труда оператора

5.1.2 Влияние типа ТСУ на скорость движения ТТА при транспортировке грузов различной массы

5.1.3 Влияние типа ТСУ на топливную экономичность при движении ТТА

5.1.4 Сравнительная характеристика теоретических и экспериментальных исследований тягового усилия и среднеквадра-тических значений ускорений

5.2 Результаты эксплуатационных испытаний ТТА с упругодемп-фирующим тягово-сцепным устройством и внедрение разработок

46' в сельскохозяйственное производство

5.3 Выводы

6 ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 1» ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО УДТСУ

ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРАКТОРНО-ТРАНСПОРТНЫХ АГРЕГАТОВ

6.1 Производительность тракторно-транспортного агрегата

6.2 Затраты труда на перевозку грузов

6.3 Прямые эксплуатационные затраты на единицу выработки

6.3.1 Заработная плата обслуживающего персонала

6.3.2 Затраты на ГСМ

6.3.3 Затраты на реновацию

6.3.4 Затраты на капитальный ремонт и техническое обслуживание

6.4 Удельные капитальные вложения на единицу наработки

6.5 Приведенные затраты

6.6 Годовой экономический эффект

6.7 Расчет экономической эффективности от применения металлоплакирующих добавок в рабочую жидкость гидроамортизатора ТСУ

6.8 Расчет экономической эффективности технологии упрочнения трущихся деталей экспериментальных УДТСУ применением комплексных покрытий

6.9 Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение долговечности тягово-сцепных устройств тракторно-транспортных агрегатов триботехническими методами»

Одной из основных проблем в сельском хозяйстве является дефицит транспорта для перевозки сельскохозяйственных грузов. Важный резерв этой проблемы - применение наряду с автомобилями тракторно-транспортных агрегатов (ТТА), годовой объем перевозок которыми достигает 40 %.

Движение ТТА в реальных условиях сопровождается быстротечным и изменчивым характером величины тягового усилия.

Для стабилизации тягового усилия, улучшающего эксплуатационные и эргономические показатели ТТА, целесообразно использовать в точке зацепа тягача и прицепа тягово-сцепное устройство (ТСУ) с упругодемпфи-рующим элементом. Анализ литературных источников показал, что главной причиной выхода из строя (в 80-90 % случаях) современных ТСУ является не поломка, а износ подвижных сопряжений и рабочих органов под влиянием сил трения. Наиболее «слабыми» сопряжениями являются пары трения «поршень - цилиндр» гидроамортизатора и шарнирное соединение «сцеп -расцеп» ТСУ, на долю которых приходится до 25 % всех отказов. К тому же работа ТСУ в большей степени определяется наличием гидравлического амортизатора, работоспособность которого зависит от изнашивания трибо-сопряжений «поршень - цилиндр» и устройства, обеспечивающего автоматическое сцепление и расцепление звеньев ТТА, что, в конечном итоге, влияет на демпфирование и параметры изменения тягового усилия при ускорении ТТА.

Отсюда возникает необходимость обеспечения работоспособности и повышения долговечности ТСУ такими триботехническими методами, как, например, применение ультрадисперсных и редкоземельных металлоплаки-рующих присадок к маслу и упрочнение деталей комплексными покрытиями, определение эффективности которых требует дальнейших исследований.

В связи с этим разработка новых эффективных триботехнологий, которые обеспечат работоспособность и повышение ресурса трущихся деталей тя-гово-сцепных устройств в соответствии с предъявляемыми требованиями, является актуальной проблемой, имеющей важное значение для повышения безопасности движения, производительности и эргономики ТТА.

Актуальность работы подтверждается также и тем, что она проводилась 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» (№ гос. регистрации 840005200) и комплексной темой № 5 «Повышение надежности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве», разделом № 3 «Эффективность использования и повышение работоспособности тракторной техники при эксплуатации» НИР ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова».

Цель работы. Повышение долговечности трущихся деталей упруго-демпфирующего тягово-сцепного устройства триботехническими методами, обеспечивающими его работоспособность и эффективность использования тракторно-транспортного агрегата.

Объект исследований. Тягово-сцепные устройства тракторно-транспортных агрегатов на базе тракторов МТЗ-80/82 и прицепа 2ПТС-4.

Предмет исследований. Тепловые и физико-химические процессы, протекающие в поверхностных слоях трущихся деталей тягово-сцепных устройств.

Методика исследований основана на применении современных методов, технических средств, измерительных приборов. Включает в себя изучение и анализ условий работы тягово-сцепных устройств, характера и величины износа трущихся деталей с использованием статистических методов и ЭВМ для обработки полученной информации; анализ и обоснование существующих триботехнических методов повышения антифрикционных и износостойких свойств поверхностей трения деталей различных типов тягово-сцепных устройств; исследование трибологических и физико-химических свойств металлоплакирующих присадок к маслу и упрочняющих покрытий; сравнительные исследования образцов на машине трения СМЦ-2М и экспериментальных ТСУ в эксплуатации; определение оптимальных концентраций ' металлоплакирующей добавки в масло и режимов нанесения комплексных покрытий с разработкой технологического процесса упрочнения; технико-экономическую и экологическую оценку.

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

Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к решению проблемы повышения долговечности пар трения тягово-сцепных устройств тракторно-транспортных агрегатов путем применения металло-^ плакирующих присадок и комплексных покрытий, к анализу и обобщению теоретических положений и закономерностей, в результате которых:

• установлены характер и степень влияния различных факторов на эко-' номические и ресурсные показатели тягово-сцепных устройств;

• разработана математическая модель движения тракторно-транспортного агрегата и получены зависимости, определяющие влияние ряда факторов на эргономические и триботехнические показатели ТТА при использовании серийного и экспериментального ТСУ;

Ш • осуществлены теоретическое обобщение и выбор металлоплакирующих добавок в масло для рабочих поверхностей ресурсоопределяющих трибосопряжений тягово-сцепных устройств;

• решена задача упрочнения «слабых» деталей трибосопряжений ТСУ комплексными покрытиями с разработкой химико-математической модели их нанесения;

• разработаны рекомендации и комплекс триботехнических методов и средств для реализации мероприятий, обеспечивающих снижение начальных и установившихся износов деталей ТСУ.

Практическая ценность работы. Предложен и внедрен в производство комплекс триботехнических мероприятий и конструктивных разработок, которые позволяют:

• повысить качество трущихся поверхностей и улучшить эффективность работы ТСУ, а также снизить начальный и установившийся износ трущихся деталей в 1,4-1,8 раза;

• улучшить динамику, повысить безопасность движения и производительность тракторно-транспортного агрегата на 16-22 %;

• получить от внедрения разработанных инженерных методов, новых смазочных составов и технологии упрочнения трущихся деталей тягово-сцепных устройств годовой экономический эффект 26303 руб. на один тракторно-транспортный агрегат.

Реализация результатов исследований. Результаты работы могут быть использованы при обосновании и расчетах ТТА в отраслях Министерства сельского хозяйства РФ, проектировании тягово-сцепных устройств в конструкторских бюро заводов сельскохозяйственного машиностроения, применении смазочных композиций и технологии упрочнения трущихся деталей различных типов ТСУ комплексными покрытиями, а также в учебном процессе вузов аграрного образования при изучении дисциплин «Надежность и ремонт машин», «Тракторы и автомобили», «Эксплуатация машинно-тракторного парка» и «Триботехника».

Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждены математическим и компьютерным моделированием, а также достаточной сходимостью результатов теоретических исследований и экспериментальных испытаний опытных образцов ТСУ.

Внедрение. Разработанные в диссертации триботехнические методы повышения эффективности и ресурса упругодемпфирующих тягово-сцепных устройств, а также способы их совершенствования (патенты РФ № 2154581 и 2156700) внедрены во ФГУП «ГКБ по прицепам», АООТ «ПРИЦЕП» и в ряде хозяйств Саратовской области.

На основании результатов исследований разработаны и утверждены рекомендации по обеспечению работоспособности и повышению ресурса трущихся деталей упругодемпфирующих тягово-сцепных устройств.

В работе определены и выносятся на защиту следующие научные положения: г

1. Теоретические предпосылки повышения долговечности ресурсоопреде-ляющих трибосопряжений упругодемпфирующих тягово-сцепных устройств ТТА.

2. Результаты исследований металлсодержащих смазочных композиций.

3. Химико-математическая модель процесса нанесения комплексных покрытий.

4. Рекомендации по применению предлагаемых разработок, обеспечивающих работоспособность и повышение ресурса экспериментальных упруго-демпфирующих тягово-сцепных устройств тракторно-транспортных агрегатов, их экономическая и экологическая оценка.

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

• на научно-технических конференциях СГАУ им. Н.И. Вавилова и СГТУ (Саратов, 2002-2005 гг.);

• на межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СНГ» (Саратов, 2003-2004 гг.);

• на научно-технической конференции АЧГАА (Зерноград, 2002 г.);

• на пятой Международной практической конференции «Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций» (г. Санкт-Петербург, 2003 г.);

• на научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 117-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова (г. Саратов, 2004 г.);

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

• на расширенном заседании кафедры «Надежность и ремонт машин» СГАУ им. Н.И. Вавилова в 2005 г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 22 научных работах, в том числе в 2 патентах РФ на изобретения и в научно-практических рекомендациях. Общий объем публикаций - 8,76 печ. л., из которых 3,21 печ. л. принадлежит лично соискателю.

В работе использованы материалы исследований, полученные совместно с сотрудником кафедры «Тракторы и автомобили» ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова». *

Структура и объём работы. Диссертация изложена на 210 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка литературы, 10 таблиц, 68 рисунков, 28 приложений. Список использованной литературы включает в себя 158 наименований, из них 9 - на иностранном языке.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве», Цыпцын, Максим Валерьевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Наследованы токсические свойства по отношении к теплокровным животным-в остром опыте композиции "едкий натр серноватисто-кислый натрий сернистый натрий- 1,0$ бура - 6-10,0$ борная кислота - Ц-6,0% вода. - остальное, представленной Саратовским институтом механизации сельского хозяйства им. М. И. Калинина. Композиция предназначена для обработки, металлических поверхностей деталей двигателя.

Изучаемый препарат является среднетокйичныв веществом (ЛД^-^ 980 мг/кг), проявляет выраженные кожно-резорбтивные и мес-тно-раздража»щве дейотвия. Может быть иопользован по назначению при соблюдении гигиены труда.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Цыпцын, Максим Валерьевич, 2006 год

1. Прозоровский В.Б. 'Использование метода наименьших квадратов для пробит анализа кривых летальности // Фармакология и токбиколо-гия. - 1962

2. Испытаны токсические свойотва' композиции, предназначенной для по

3. Срытия металлических поверхностей по отношении к теплокровным >щшнам. :

4. Состав композиции?/Vat)H едкий натр . - 43$оерноватистокиСлый d натрий 1,5%а^й сернистый натрий - 1,0% Уа^Оу - S^pCl !Си$г03/ . 6-10,0$1. И3Ш3 борная КиСлота- 4-6,- вода остальное

5. Композиция предбтавленв (Саратовским институтом механизации сем-скогохоэяйства им. М.И. Кал и ни на^ предназначена для окончательной обработки поверхностей трения деталей двигателя.

6. Определение токсичности проводили Согласно "МетодичеСким указаниям :по гигиенической оценке новых пестицидов", Киев, 1988 г.

7. Установлено, что исследуемая вомпоэиция обладает среднетоксичнмя действием (ЛДзд составляет 980 мг/кг) по отношению к теплокровными вотньш.

8. При изучении кожно-резорбтивного действия препарата наблюдали подопытных животных гиперемию кожи и образование корочек,

9. Руководитель лаборатории д.м.н.ф>щ-y^-i'sC-.п. о

10. Проректор подщчнои работе? сышш^шщ2.»1. АКТпроведения лабораторных испытаний экспериментальных комплексных хромомедьсульфидированных покрытий и смазочных композиций на основе редкоземельных металлов (Лантан ИТР)

11. Оценку противоизносных и антифрикционных свойств комплексного покрытия металлоплакирующей композиции осуществляли по величине износа деталей трибосо единения.

12. Представители ФГОУ ВПО СГАУ Д.тлз^ррофе^бр1. В.В. Сафонов1. К.т.н., до^гё- С.А. Алексеевспирант1. М.В. Цыпцын

13. Представители ФГОУ ВПО МГАУ1. Пучин1. Синев11. Z&o