Исследование возможности повышения долговечности подшипников качения при техническом сервисе машин

УДК 621.89.099.6

Канд. техн. наук Е.А. КРИШТАНОВ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОМ СЕРВИСЕ МАШИН

Долговечность, антифрикционные материалы, подшипники качения

Надёжность машин в значительной степени зависит от свойств и качества применяемых смазочных материалов. Обычные пластичные смазочные материалы, используемые в сельскохозяйственной технике (Солидол, Литол-24, ЦИАТИМ-201), не обладают достаточным уровнем свойств, необходимых для обеспечения надёжной работы машин в течение всего периода эксплуатации. Особенно чувствительны к качеству смазки подшипники качения. Выходом в данной ситуации является применение специальных добавок в смазочные материалы. В настоящее время это направление получило широкое распространение и является весьма перспективным. Доказана эффективность применения добавок в узлах и агрегатах автотракторной техники, но до сих пор мало изучено влияние добавок на детали узлов сельскохозяйственных машин, работающих в абразивной среде.

Для исследования влияния антифрикционных добавок на долговечность подшипников качения при работе на смазочном материале в присутствии абразива были проведены стендовые испытания.

Объектом испытаний был выбран радиальный однорядный шарикоподшипник №»180502. Этот тип подшипников относится к наиболее распространенным в современной автотракторной и сельскохозяйственной технике.

С целью оценки влияния концентрации абразива и добавки ТСКВ-100 на величину радиального зазора был проведен двухфакторный эксперимент.

Исходя из рекомендаций при планировании эксперимента был выбран рототабельный ортогональный центрально-композиционный план второго порядка как план, позволяющий с достаточной точностью определить погрешность математической модели и судить о ее адекватности

На основе анализа конструкций испытательных машин, применяемых на ГПЗ и ВНИИП, был модернизирован стенд для испытания радиальных подшипников качения (рис. 1).

[1].

7

Рис. 1. Принципиальная схема стенда для испытания подшипников качения:

1 - нагружающее устройство, 2 - система охлаждения подшипников, 3 - термопара, 4 - соединительная муфта, 5 - промежуточная опора, 6 - ременная передача, 7 - электродвигатель, 8 - аппаратура пуска и защиты

Одновременно испытывалось 4 подшипника. В качестве базовой смазки использовалась пластичная смазка Литол-24. В качестве абразива применялась пыль по ГОСТу 8002-62 с удельной

поверхностью 8 = 5600±150 см2/г. Испытания проводили по следующей схеме: 24 подшипника испытывались партиями по 4 штуки до отказа подшипников по причине достижения ими допустимого радиального зазора.

Режимы испытаний определяли в соответствии с рекомендациями соответствующей методики форсированных испытаний подшипников качения.

В результате математической обработки результатов планирования эксперимента были получены графические зависимости радиального зазора от наработки (рис. 2).

0,22 0,20 0,18 | 0,16 § 0,14

го го

га 0,12

1 0,10 .а

™ 0,08

И 0,06

0,04

0,02

0,00 0

Рис. 2. Зависимость радиального зазора от наработки при различных значениях концентрации добавки

ТСКВ-100 и абразива

Анализируя полученную зависимость, можно сделать вывод, что при добавлении геомодификатора ТСКВ-100 в пластичную смазку с абразивом увеличение радиального зазора происходит медленнее, чем при работе подшипника с такой же концентрацией абразива, но без ТСКВ-100.

Для оценки влияния геомодификатора ТСКВ-100 на скорость изнашивания подшипников качения, работающих в условиях абразивного изнашивания, была определена функциональная зависимость скорости изнашивания от концентрации абразива и ТСКВ-100: Ъ = 0,0002 + 0,023-х + 0,0005-у- 0,006-х2- 0,0006-х-у- 0,0002-у2 Поверхность, построенная по данному уравнению, показана на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость скорости изнашивания от концентрации

абразива и ТСКВ-100

Число циклов,

Анализ полученной поверхности отклика позволяет сделать вывод, что при увеличении концентрации абразива до 2% скорость изнашивания стабилизируется, а при одновременном увеличении концентрации ТСКВ-100 происходит даже снижение скорости изнашивания.

С целью определения износа труднодоступных деталей подшипника были проведены исследования износа шариков подшипников по массе. Для этого испытанные подшипники были разобраны и определены массы шариков в каждом подшипнике. В дальнейшем полученные данные были сопоставлены с массой новых шариков и определен их износ по массе. Результаты проведенных исследований представлены на рис. 4.

30 25 20 I 15 10 5 0

Рис. 4. Распределение массы шариков при различных режимах работы подшипников

Анализ полученных распределений показывает, что при добавлении геомодификатора ТСКВ-100 в пластичную смазку в присутствии абразива масса шариков больше, чем при использовании смазки без ТСКВ-100. Одновременно с применением геомодификатора ТСКВ-100 происходит уменьшение рассеивания масс шариков, а следовательно и упорядочивание износа, даже по сравнению с массами новых шариков.

С целью определения оптимального значения концентрации добавки ТСКВ-100 в пластичную смазку была определена зависимость износа шариков от концентраций абразива и добавки ТСКВ-100 (рис. 5).

1 - 0% ТСК, 2% абразива 1__________

2 - 4% ТСК, 2% абразива 2 3 - 0% ТСК, 0% абразива \

Ч 3

1 ъ

* Л

/ \ ММ

0,80 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85 0,86 0,87 Масса шариков, г

Рис. 5. Зависимость износа шариков подшипника при различных режимах испытаний

В результате проведенного исследования было установлено, что оптимальной концентрацией добавки ТСКВ-100 в пластичную смазку является концентрация 1,8 - 2,2%.

По результатам лабораторных испытаний были проведены ресурсные испытания подшипников качения. Концентрация геомодификатора ТСКВ-100 была принята 2%, а концентрация абразива 1%. На рис. 6 представлена зависимость радиального зазора в подшипниках качения от наработки.

0,22 .......................................

0,20 ..........—......-----------—.....—......—-----------------—...........—.....—......—......—................о......

''/г"

0,18 ..........—......-|-----------—.....—......—-----------------—......-у.....—.....—......—......—......-----------------

р

й °,16 —......-......—.....-.....-......-.....—......-......-.....-.....-.................-.....—.....-

^ о Ь^ 0 ^^

а 0,14 —......-.................-.....-......-------------------о......-............-—.....-......

$ о .^Г

п 0,12 —......—......-1-----------—.....—......—------------------о —......Ь......—-----------------

о лг ^^

Я 0,10 ..........-------------------—.....-......—...........—....................—-----------------------

К 0,08 ..........—......-]-----------—..................... .............—...............................................~

^ О ^^

а 0,06 ..........—-------------й^кз—^^гё—......-о......—.....-л.....—......—......—................—......—-----------------

о ✓¿•¿п   0,04 -------....._-----------------_......~^гЛ1гал-24-----------—......------------------

^ ЛиГол 24 + ТСКВ-100

0,02 ^-----------—.....—......—-----------------—......^.....—..........^......—......— —-----------------------

^ ------доверительным интервал

0,00 --------

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

Рис. 6. Зависимость радиального зазора в подшипниках качения от наработки при работе с различными

смазочными материалами

Зависимость радиального зазора от наработки аппроксимируется линейными формулами:

А1= 0,017 + 0,05-п - при работе на смазке Литол-24;

А2= 0,013+ 0,034-п - при работе на смазке Литол-24 с ТСКВ-100.

На основании полученных уравнений определяем ресурс подшипников по формулам:

Ай - 0,017

на смазке Литол-24: К, =- , цикл;

' 0,05

Ай - 0,013

на смазке Литол-24 с добавкой ТСК: К, =- , цикл .

' 0,034

При допустимом значении радиального зазора равном 0,2 мм ресурс подшипников составит соответственно 2,45-106 и 3,75-106 циклов.

Анализ полученных данных позволил определить теоретический закон распределения наработки подшипников до достижения ими предельного износа. Для этого были определены необходимые статистические показатели, результаты расчета которых представлены в таблице.

Таблица 1. Основные статистические показатели распределения наработки подшипников качения при работе на смазке Литол-24 и Литол-24 с геомодификатором ТСКВ-100

Статистические показатели

Вариант среднее значение стандартное коэффициент стандартная ошибка

отклонение вариации среднего

Литол-24 1,87 0,24 1,15 0,07

Литол-24+ТСКВ-100 2,83 0,74 2,28 0,21

.ю

Э

О

о : .сг'

О

"

о у  :

о

г?"   х ^ Ли] ол 24 + ГСКВ-10 0

......до! еритель ный инте рвал

,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,

п, число циклов

При обработке данных, полученных в результате исследований, необходимо выяснить, является ли значимым расхождение между средними значениями или же его можно объяснить за счет случайных причин. Для этого были проведены расчеты статистических параметров, необходимых для сравнения средних значений.

В результате было установлено, что полученная вероятность р = 0,0009 меньше принятого уровня значимости а = 0,05, следовательно различие средних действительно значительно и подшипники, к смазке которых добавлялась добавка, работают дольше до достижения предельного износа, чем подшипники, в смазку к которым добавка не вводилась.

Затем была проведена проверка соответствия принятого и выборочного законов распределений при помощи критерия согласия Пирсона. После сравнения полученного значения х2 с табличным значением делаем вывод о том, что гипотеза о соответствии принятого теоретического закона принимается. Используя рассчитанные коэффициенты закона распределения, были определены формулы плотности вероятности для подшипников, отработавших на смазке Литол-24 и на смазке Литол-24 с геомодификатором ТСКВ-100, которые могут быть записаны в виде:

/(п) = 4,04 • | -7—77- I • е ^0,3661 - на смазке Литол-24; ^ 0,366

/(п) = 1,40 • I 7 2,45 I • е I °,926 - - на смазке Литол-24 с ТСКВ-100. 0,926

В результате по полученным формулам были построены кривые плотности вероятности (рис. 7).

2,2 г 2,0 1,8  1,6  1,4 1,2 1,0  0,8 0,6 0,4 0,2

/\

\ / 1 вариан

\ / 4 \ /2 ва

\ 7

\ \

\ \

\ \

\

4,0

4,5

п, число циклов

0,0

1,5

5,0

Рис. 7. Теоретическое распределение ресурса подшипников при работе на смазке Литол-24

Таким образом, результаты стендовых испытаний подтвердили сделанные ранее предположения об эффективности геомодификатора ТСКВ-1 00 и показали, что при добавлении его к пластичной смазке подшипников качения в процессе ремонта сельскохозяйственной техники наработка подшипников до достижения предельного износа может увеличиться до 50% по сравнению с наработкой подшипников в присутствии абразива без ТСКВ-100.

Литература

1. Сковородин В.Я., Никулин С.А., Криштанов Е.А. Влияние антифрикционных добавок на долговечность подшипников качения при работе на смазке с абразивом // Надежность и ремонт транспортных и технологических машин в сельском хозяйстве: Сб. науч. тр. / СПбГАУ. - СПб., 2006. - Вып.5.-С.94-101.

УДК 629.12-8. Адъюнкт М.В. ТАРАНУХА

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛОГИКО-ВЕРОЯТНОСТНОГО МЕТОДА ДЛЯ ОЦЕНКИ

УРОВНЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ |

ПРИ ПОВРЕЖДЕНИЯХ

Технические системы, "живучесть", уровень функционирования оборудования, логико-вероятностный метод

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности любой технической системы является наличие и минимальная работоспособность ее основных частей.

Понятие "живучесть" известно в технике давно и практически используется при создании технических систем различного назначения, однако до сих пор не создано развитой теории, которая содержала бы, как и теория надежности, общетехнические результаты, позволяющие исследовать это свойство, оценивать его количественно.

Живучесть системы - это специфическое свойство сохранять способность функционировать, достигая цели существования, в условиях противодействия внешней среды за счет своих потенциальных возможностей.

Исходя из определения, следует обратить внимание на следующее. Во-первых, "живучесть" следует рассматривать как внутреннее свойство системы, которым она обладает независимо от возникающих в данный момент времени условий функционирования. Она обладает им всегда и в определенной мере может проявляться при нормальных условиях функционирования, когда возникают отказы элементов, вызванные производственными дефектами, старением, уходом параметров и пр. Но в полной мере живучесть проявляется при крупных внешних воздействиях, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации и поэтому трудно прогнозируемых, так как они создают в системе экстремальные условия функционирования. Во-вторых, "живучесть" проявляется в том, что система сохраняет не все функции, которые она должна выполнять при нормальной работе, а лишь основные функции, да и то с возможным понижением качества их выполнения. Это означает, что возможно изменение стратегии функционирования системы по мере увеличения тяжести неблагоприятных воздействий. В-третьих, система обладает свойством постепенной деградации по мере увеличения тяжести неблагоприятных последствий и для каждого уровня таких последствий должна уметь оперативно и максимально эффективно использовать сохранившиеся ресурсы для выполнения основных функций с учетом изменения стратегии функционирования (целевой функции), а в дальнейшем - реализовать оптимальную стратегию восстановления с учетом возникающих ограничений.

В любом случае на основании вышесказанного очевидна необходимость оценки уровня функционирования оборудования технической системы. Первоочередной задачей теории является разработка методов количественной оценки уровня функционирования оборудования и прогнозирование его дальнейшего состояния и поведения. Главной проблемой создания такой теории служит огромный перечень всех ситуаций, которые могут привести состояние оборудования к опасному состоянию, а также малый объем статистического материала. Среди методов определения уровня функционирования оборудования систем существует метод, основанный на теории алгебры логики. Сущность этого метода в том, что на основе четкого и детального анализа объекта и физики действия на него неблагоприятных факторов определяются всевозможные опасные состояния системы, затем выявляются причины, которые могут привести к катастрофе. По каждому опасному состоянию ведется анализ отказов ее конструктивных элементов или цепочки отказов до тех пор,