Повышение долговечности узлов трения мобильной сельскохозяйственной техники применением триботехнических методов

Одной из причин кризисного состояния современного сельского хозяйства России является ухудшение его технического оснащения. Снижение качественных и количественных показателей МТП привело к резкому увеличению нагрузки на технику и снижению ее надежности. Важным резервом повышения качества ремонта тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин, экономии материальных и других ресурсов является применение прогрессивных технологических процессов восстановления деталей, обеспечивающих повышение ресурса отремонтированных машин.

Ежегодно из-за неисправностей и износа простаивает от 10 до 40% машин и оборудования [1]. Применение прогрессивных технологий при ремонте изношенных деталей в 4−6 раз сокращает количество операций по сравнению с их изготовлением, в 20−30 раз снижает расход материалов, а себестоимость восстановления и упрочнения многих деталей составляет 6080% от себестоимости изготовления новых, что крайне важно в условиях экономии сырья, топливно-энергетических, материальных и трудовых ресурсов [2].

Эффективность работы сельскохозяйственной техники зависит, главным образом, от ее надежности — способности выполнять заданные функции с минимальными затратами труда и материальных средств в течение длительного времени. Простои техники, вызванные устранением отказов, приводят к затягиванию агротехнических сроков проведения полевых работ, в результате чего теряется до 15−30% урожая сельскохозяйственных культур. При наличии в нашей стране огромных посевных площадей даже небольшое снижение показателей надежности приносит значительные убытки сельскому хозяйству. Запаздывание с посевом яровых культур (например, в случае отказа техники) на 5 дней ведет к снижению урожая на 3,3 ц/га [3,4].

Работоспособность и ресурс сельскохозяйственных машин в значительной степени определяются интенсивностью изнашивания трущихся деталей. Опыт эксплуатации свидетельствует, что 80−90% деталей машин выходят из строя по причине износа [5]. Известно, что правильно выбрав материал и покрытие трибосопряжений, можно значительно повысить износостойкость и долговечность узлов трения при эксплуатации. Оптимизация выбора покрытий узлов трения мобильных сельскохозяйственных машин представляет наиболее перспективный и экономичный путь повышения их работоспособности и ресурса. Одним из методов повышения долговечности трибосопряжений мобильной сельскохозяйственной техники является применение финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО).

Установлено, что от финишной обработки деталей зависит не только первоначальная, приработочная, но и последующая интенсивность изнашивания при эксплуатации.

Методом ФАБО восстанавливают детали ЦПГ: шейки валов, гильзы цилиндров, различные втулки, валы.

Одним из главных преимуществ ФАБО являются сравнительная простота и универсальность способа, что позволяет использовать данный метод как в крупном машиностроительном предприятии с массовым производством, так и в небольшом автотранспортном предприятии [6].

ФАБО обеспечивает повышение износостойкости деталей в 1,5−2 раза, антифрикционных и противозадирных свойств трущихся поверхностей, а т. е. является эффективным методом повышения долговечности деталей машин [6].

В работе теоретически обоснована и решена задача повышения эффективности использования мобильной сельскохозяйственной техники путем применения финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО) в сочетании с добавлением в смазочный материал металлоплакирующих нанодисперсных присадок, обеспечивающих работоспособность и долговечность трущихся деталей в эксплуатации.

Исследования были проведены 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 840 005 200) и комплексной темой № 5 НИР Саратовского государственного аграрного университета им. Н. И. Вавилова «Повышение надежности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве».

Цель работы. Повышение долговечности узлов трения мобильной сельскохозяйственной техники путем использования антифрикционного покрытия в сочетании с добавлением в смазочный материал металлоплакирующих нанодисперсных присадок.

Объект исследований. Узлы трения зерноуборочных комбайнов СК-5 «Нива», «Дон-1200», «Дон-1500Б», «Енисей-1200».

Методика исследований включала в себя анализ ресурса и работоспособности мобильной сельскохозяйственной техникитеоретическое обоснование повышения надежности и эффективности машин за счет применения в узлах трения скольжения финишной антифрикционной безабразивной обработки и металлоплакирующих нанодисперсных присадок к смазочному материалулабораторные и эксплуатационные испытания исследуемых антифрикционных покрытий и смазочных материалов в узлах трения зерноуборочных комбайнов.

Эксплуатационные испытания проводили с целью выявления эффективности комбинирования антифрикционного покрытия с применением модифицированного смазочного материала в полевых условиях. В процессе исследований были использованы современные вычислительные методы, рентгенофазовый анализ, высокоточные измерительные приборы и персональная компьютерная техника.

Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к решению задачи повышения долговечности мобильной сельскохозяйственной техники и обеспечения работоспособности трущихся сопряжений за счет финишной антифрикционной безабразивной обработки в сочетании с добавлением в смазочный материал металлоплакирующих нанодисперсных присадок, к анализу и обобщению теоретических положений и закономерностей, в результате которых:

• предложена структурная схема ДВС, позволяющая выделить параметры и факторы, влияющие на ресурс подсистем и двигателя в целом;

• разработана математическая модель повышения долговечности трущихся деталей мобильной сельскохозяйственной техники путем использования финишной антифрикционной безабразивной обработки и металлоплакирующих нанодисперсных присадок к смазочному материалу, содержащих медь и олово;

• разработана компьютерная программа прогнозирования долговечности узлов трения мобильной сельскохозяйственной техники за счет улучшения и совершенствования процесса приработки;

• разработаны рекомендации и комплекс средств по повышению ресурса и эффективности использования автотракторных дизелей и поршневых пневмокомпрессоров.

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

• повысить качество приработки, сократив продолжительность и увеличив ее эффективность, а также снизить начальный (приработочный) и установившийся износ трущихся деталей жатки, молотильного аппарата и ходовой части зерноуборочных комбайнов в 1,3−1,5 раза;

• снизить износ поверхностей трения гильз цилиндров и шеек коленчатых валов ДВС в 1,4−1,6 раза;

• повысить наработку на отказ и ресурс машин при прогнозировании на 40−60%;

• получить от внедрения ФАБО в сочетании с добавлением в смазочные материалы металлоплакирующих нанодисперсных присадок годовой экономический эффект 165 392 руб.

Пути реализации работы. Результаты исследований могут быть использованы на сельскохозяйственных и других предприятиях Министерства сельского хозяйства РФ при определении состава антифрикционного покрытия и режимов нанесения его в сочетании с металлоплакирующими нанодисперсными присадками к смазочным материалам, в конструкторских бюро предприятий сельскохозяйственного машиностроения, на ремонтно-технических предприятиях, машинно-технологических станциях, в акционерных обществах и фермерских хозяйствах, а также в учебном процессе вузов аграрного образования при изучении курса «Трибологические основы повышения ресурса мобильной сельскохозяйственной техники».

Внедрение. Разработанные в диссертации модернизированное устройство (патент № 75 659) и триботехнические методы повышения эффективности и ресурса узлов трения зерноуборочных комбайнов внедрены на ряде предприятий Саратовской области:

• в ООО «Деметра» (Новобурасский район Саратовской области);

• в ГОУ НПО «Профессиональное училище № 59» (р.п. Базарный Карабулак Саратовской области);

• в ОАО «Ремонтный завод «Хоперский» (г. Балашов Саратовской области).

По результатам исследований разработаны и утверждены рекомендации по повышению ресурса и эффективности использования автотракторных дизелей и поршневых пневмокомпрессоров.

На защиту выносятся следующие научные положения:

• Теоретические предпосылки повышения долговечности узлов трения мобильной сельскохозяйственной техники путем применения ФАБО в сочетании с добавлением наноприсадок в смазочный материал.

• Математическая модель повышения долговечности трущихся деталей мобильной сельскохозяйственной техники за счет использования финишной антифрикционной безабразивной обработки и металлоплакирующих нанодисперсных присадок к смазочному материалу, содержащих медь и олово.

• Результаты испытаний триботехнических и эксплуатационных испытаний антифрикционных покрытий и смазочных композиций.

• Рекомендации по повышению ресурса и эффективности использования автотракторных дизелей и поршневых пневмокомпрессоров.

Апробация. Основные положения и результаты работы были доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов СГАУ в 20 052 008 гг.- ежегодном Межгосударственном постоянно действующем научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (Саратов, 2008 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 научных работах. Общий объем публикаций — 4,9 печ. л., из которых 2,4 печ. л. принадлежит лично соискателю. Одна работа опубликована в издании, входящем в перечень ВАК Минобразования и науки РФ. Получен патент РФ № 75 659 от 20.08.2008 г. на полезную модель.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 191 странице машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, общих выводов, содержит 60 рисунков, 18 таблиц и приложения. Список использованной литературы включает в себя 171 наименование, в том числе 6 на иностранном языке.