Лабораторные исследования образцов поверхностей трения гидронасосов

УДК 621.2.082.18

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ ГИДРОНАСОСОВ

Е. Г. Рылякин, П. А. Егин

LABORATORY RESEARCHES OF FRICTION SURFACES SAMPLES IN HYDRAULIC PUMPS

E. G. Rylyakin, P. A. Egin

Аннотация. Актуальность и цели. Одним из методов повышения износостойкости агрегатов гидросистем является улучшение режима их смазки путем применения рациональных температур гидравлических масел в условиях эксплуатации. Ввиду недостаточно изученного влияния температуры масла на процесс изменения работоспособности гидросистемы внедрение методов терморегулирования в реальные технологии и процессы представляет значительный теоретический и практический интерес. Цель работы - проанализировать влияние температуры окружающей среды и других эксплуатационных факторов на изменение работоспособности гидроагрегатов транспортно-технологических машин. Материалы и методы. Цель исследовательских задач была достигнута в ходе реализации разработанной методики и осуществленного многофакторного лабораторного эксперимента по количественной оценке влияния температуры и других климатических факторов на износ образцов поверхностей трения, имитирующих ресурсоопределяющие сопряжения гидравлических насосов. Результаты. Исследования показали, что в области эксперимента в наибольшей степени износ образцов поверхностей трения зависит от нагрузки на верхний образец, концентрации абразива в масле и температуры рабочей жидкости. Таким образом, найдена оптимальная область работы узла трения для принятых условий изнашивания, которая соответствует нагрузке 0,8...1,3 кН, температуре масла 40...63 °С и концентрации абразивных примесей в масле 0,03 % от массы. Выводы. На основании поиска оптимальных условий работы узла трения можно предположить, что для снижения величины износа ресурсоопределяющих сопряжений шестеренных насосов (корпус-зуб шестерни, втулка-цапфа шестерни) гидросистемы трактора целесообразно поддерживать температуру рабочей жидкости в эксплуатационных условиях в указанных пределах.

Ключевые слова: температура, износ, трение, энергозатраты, абразив, масло, гидропривод.

Abstract. Background. The improvement of greasing mode of hydraulic systems units by use of rational temperatures of hydraulic oils under operating conditions is one of methods to increase their wear resistance. In view of insufficiently studied influence of oil temperature on process of hydraulic system operability change, introduction of thermal regulation methods presents considerable theoretical and practical interest to real technologies and processes. The work purpose is to analyze the influence of ambient temperature and other operational factors on operability change of hydrounits in transport technological machines. Materials and methods. The research tasks purposes were achieved during the developed technique realization and the carried-out multiple-factor laboratory experiment by a quantitative assessment of temperature influence and other climatic factors on wear of samples of the friction surfaces imitating soursedefining interfaces of hydraulic pumps. Results. Researches showed that in the experiment area the most wear of friction surfaces samples depends on the top sample load, an abrasive concentration in oil and working liq-

uid temperatures. Thus, the rational area of work of friction knot for the accepted wear conditions is found and corresponds to loading from 0,8 to 1,3 kN, oil temperature from 40 to 63o C and concentration of abrasive impurity in oil - 0,03 % of weight. Conclusions. Thus, on the basis of friction knot optimum operating conditions search, it is possible to assume that to decrease the wear of the soursedefining interfaces of gear pumps (the gear wheel case tooth, the gear wheel plug pin) in a tractor hydraulic system, it is expedient to maintain temperature of working liquid in operational conditions in the specified limits.

Key words: temperature, wear, friction, energy consumption, abrasive, oil, hydraulic actuator.

На сегодняшний день гидрофицированные машины эксплуатируются в различных географических широтах с большим диапазоном температуры окружающего воздуха. Опыт эксплуатации машин показывает, что их надежность существенно зависит от климата. Это становится особенно заметным, если машина в целом или отдельные ее элементы работают в условиях климата, на которые они не рассчитаны.

Исследование надежности гидрофицированных машин различного назначения показывает, что на зимний период эксплуатации приходится 70.. .90 % всех отказов и неисправностей гидрооборудования [1].

Основным фактором, ограничивающим долговечность гидросистемы, является износ деталей. В связи с этим приобретает важное значение поиск новых эффективных путей сохранения потенциальных свойств конструкции в эксплуатационных условиях, где актуальным и эффективным является обеспечение рационального режима смазывания поверхностей трения деталей. При характерных для гидросистем сельскохозяйственных машин неустановившихся нагрузочно-скоростных и температурных режимах работы важным параметром рационального режима смазывания является снижение скорости окисления масла и скорости поступления абразивных примесей, накопление которых связано с газообменом полости гидросистемы, обусловленным изменением ее температурного режима.

Одним из методов повышения износостойкости агрегатов гидросистем является улучшение режима их смазки путем применения рациональных температур гидравлических масел в условиях эксплуатации. Это связано с тем, что современные сельскохозяйственные тракторы не имеют эффективных средств разогрева и поддержания температуры гидравлического масла в рациональных пределах, что сказывается в целом на работоспособности гидросистемы, а известные конструкции систем терморегулирования в эксплуатационных условиях не полностью учитывают особенности протекания процесса теплообмена между рабочей жидкостью гидросистемы трактора с окружающей средой [2]. Ввиду недостаточно изученного влияния температуры масла на процесс изменения работоспособности гидросистемы внедрение методов терморегулирования в реальные технологии и процессы представляет значительный теоретический и практический интерес [3, 4].

В результате реализации многофакторного эксперимента по изучению влияния эксплуатационных факторов (нагрузочно-скоростного, температурного режимов работы узла трения и загрязнения смазочного масла абразивными примесями) на величину износа образцов трения получены значения параметра оптимизации [5, 6].

В результате математической обработки результатов эксперимента на ЭВМ получено уравнение регрессии (полином второй степени), приведенное к натуральным значениям факторов:

1 = 0,33 • 10-3 Т2 + 0,47Р2 - 0,03Т + 1,93С - 0,97Р + 2,02,

где 1 - параметр оптимизации (износ образцов трения); Т - нагрузка на верхний образец, задающая величину давлений в контакте, кН; Р - температура масла в ванне, оС; С - концентрация абразивных примесей в масле, % от массы.

Проверка уравнения по критерию Фишера подтвердила гипотезу об его адекватности при уровне статистической значимости а = 0,05 [7].

Используя полученное уравнение и зафиксировав одновременно два фактора из трех на основном уровне, мы получили зависимости по влиянию каждого фактора в отдельности на величину износа образцов (рис. 1-3).

Рис. 1. Зависимость износа образцов трения (1) от нагрузки (Р) при Т = 50 оС, С = 0,25 % от массы

Рис. 2. Зависимость износа образцов трения (1) от температуры масла (Т) при Р = 1,5 кН, С = 0,25 % от массы

г 2

0,8

1,6

1,2

0,4

О

0

0,12

0,24

0,36

0,48

с; %

Рис. 3. Зависимость износа образцов трения (г) от концентрации абразивных примесей в масле (С) при Р = 1,5 кН, = 50 оС

Анализ зависимости, приведенной на рис. 1, показывает, что при уменьшении нагрузки в контакте износ образцов уменьшается. Зависимость имеет нелинейный характер. Однако в производственных условиях управлять интенсивностью изнашивания изменением нагрузки в сопряжении корпус-шестерня насоса НШ не представляется возможным.

Зависимость износа образцов трения от температуры масла (см. рис. 3) имеет оптимум, соответствующий определенной температуре. На наш взгляд, снижение величины износа при увеличении температуры масла от 40 до 60 оС объясняется лучшим поступлением маловязкого масла в зону трения, лучшим теплоотводом и более интенсивным удалением продуктов износа от поверхностей трения. При повышении температуры выше 60 оС износ образцов трения возрастает, что, возможно, связано с нарушением гидродинамического режима смазки и значительным снижением толщины смазочного слоя, разделяющего поверхности трения и его прочности.

Увеличение концентрации абразивных примесей в масле приводит к росту величины износа образцов трения по линейной зависимости (см. рис. 3).

Следовательно, для уменьшения износа подвижных сопряжений необходимо принимать меры по предотвращению поступления абразивных частиц в гидравлическое масло в условиях эксплуатации, но полностью исключить их поступление невозможно [8, 9].

Установлено также, что с уменьшением концентрации абразивных примесей в масле влияние температуры масла на абразивное изнашивание увеличивается (рис. 4). Это еще раз подтверждает значительное влияние температуры масла на износ образцов трения.

В результате найдена оптимальная область работы узла трения для принятых условий изнашивания, которая соответствует нагрузке 0,8...1,3 кН, температуре масла 40...63°С и концентрации абразивных примесей в масле 0,03 % от массы.

Рис. 4. Зависимость износа образцов трения (1) от концентрации абразивных примесей в масле (С), (Р = 1,5 кН) при температуре масла (Т): 1 - 30 оС; 2 - 50 оС; 3 - 80 оС

Из трех рассматриваемых факторов лишь температура гидравлического масла является наиболее управляемым.

Таким образом, на основании поиска оптимальных условий работы узла трения можно предположить, что для снижения величины износа ресурсо-определяющих сопряжений шестеренных насосов (корпус-зуб шестерни, втулка-цапфа шестерни) гидросистемы трактора целесообразно поддерживать температуру рабочей жидкости в эксплуатационных условиях в указанных пределах.

Список литературы

1. Рылякин, Е. Г. Повышение работоспособности гидросистемы трактора терморегулированием рабочей жидкости : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.20.03 / Рылякин Евгений Геннадьевич. - Пенза, 2007. - 17 с.

2. Пат. 2236615 Российская Федерация, МПК7 Б 15 В 21/04 А. Система регулирования температуры рабочей жидкости в гидропривод / Власов П. А., Рылякин Е. Г. ; заявитель и патентообладатель Пензенская государственная сельскохозяйственная академия. - № 2003118925/06 ; заявл. 23.06.03 ; опубл. 20.09.04, Бюл. № 26. - 6 с.

3. Курылев, А. В. Изменение технического состояния гидропривода мобильных машин в процессе эксплуатации / А. В. Курылев, Е. Г. Рылякин // Новый университет. Серия «Технические науки». - 2014. - № 03-04 (25-26). - С.43-46.

4. Рылякин, Е. Г. Повышение работоспособности гидропривода транспортно-технологических машин в условиях низких температур / Е. Г. Рылякин, Ю. А. Захаров // Мир транспорта и технологических машин. - 2014. - № 1 (44). - Январь-март. - С. 69-72.

5. Рылякин, Е. Г. Влияние воды на свойства гидравлических рабочих жидкостей / Е. Г. Рылякин // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2014. - № 2 (10). - С. 195-198.

6. Власов, П. А. Теоретическое обоснование терморегулирования рабочей жидкости в гидросистеме / П. А. Власов, Е. Г. Рылякин // Нива Поволжья. - 2008. -№ 1 (6). - С. 25-29.

7. Юдин, М. И. Планирование эксперимента и обработка его результатов : моногр. / М. И. Юдин. - Краснодар : КГАУ, 2004. - 239 с.

8. Каверзин, С. В. Обеспечение работоспособности гидравлического привода при низких температурах : моногр. / С. В. Каверзин, В. П. Лебедев, Е. А. Сорокин. -Красноярск, 1997. - 240 с.

9. Агеев, Е. В. Проблемы и перспективы развития технической эксплуатации автомобилей : моногр. / Е. В. Агеев, А. Л. Севостьянов, Ю. В. Родионов. - Пенза : ПГУАС, 2014. - 200 с.

Рылякин Евгений Геннадьевич

кандидат технических наук, доцент, кафедра эксплуатации автомобильного транспорта,

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства E-mail: triplan1979@mail.ru

Егин Павел Анатольевич

студент,

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства E-mail: avto@pguas.ru

Rylyakin Evgenij Gennadjevich candidate of technical sciences, associate professor, sub-department of maintenance of motor transport, Penza State University of Architecture and Construction

Egin Pavel Anatoljevich student,

Penza State University of Architecture and Construction

УДК 621.2.082.18 Рылякин, Е. Г.

Лабораторные исследования образцов поверхностей трения гидронасосов /

Е. Г. Рылякин, П. А. Егин // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2014. - № 4 (12). - С. 135-140.