Повышение надежности уплотнений опорных катков базовых машин с гусеничным движителем

УДК 621.002.3

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ УПЛОТНЕНИЙ ОПОРНЫХ КАТКОВ БАЗОВЫХ МАШИН С ГУСЕНИЧНЫМ ДВИЖИТЕЛЕМ

А. В. Стукач1

Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики

192171, Санкт - Петербург, ул. Седова 55/1

Рассмотрена возможность применения тонкослойных покрытий из полиамида для повышения износостойкости уплотнений опорных катков техники выполненной на базе гусеничных тракторов. Предлагаются составы для нанесения износостойких покрытий и даются рекомендации технологии их изготовления.

Ключевые слова: износостойкость, полиамидные покрытия, надежность, уплотнения.

Успешное использование техники возможно только при правильно организованном техническом обслуживании и проведении на современном уровне текущих и капитальных ремонтов.

Наибольшее распространение при строительстве автомобильных дорог в виду своей высокой универсальности получили бульдозеры. Они используются для перемещения грунта на расстояние до 100 метров, возведения дамб и насыпей высотой до 3 метров, планировки горизонтальных и наклонных участков грунтовой поверхности и выполнения ряда других работ. Особенность эксплуатации машин для земляных работ заключаются в том, что им приходится разрабатывать грунты высокой прочности -мерзлые и скальные, мореные, несвязные гравийно-песчаные, в которых могут встречаться крупные включения из твердых пород. При разработке таких грунтов на машину передаются большие динамические нагрузки. Естественно такие нагрузки и специфические условия эксплуатации значительно сокращают долговечность отдельных механизмов машин. В первую очередь это относится к узлам гусеничного хода. Так, для наиболее распространенных тракторов, выпускаемых Челябинским тракторным заводом, служащих базовой машиной для бульдозеров, ресурс работы механизмов гусеничного хода составляет всего 2/3 от длительности работы двигателя и трансмиссии. В тоже время трудозатраты при ремонте ходового устройства трактора могут доходить до 80% от трудозатрат

необходимых для ремонта всей машины. Поэтому, увеличение ресурса работы механизма передвижения машины, является очень актуальным вопросом.

Надежность работы гусеничного движителя в первую очередь определяется безотказной работой опорных и поддерживающих катков. Конструкция опорного катка представляет собой сложную сборочную конструкцию, показанную на рис. 1 и состоящей из неподвижной оси 1, на которую устанавливаются роликовые подшипники 2. С боковых поверхностей каток закрывается крышками 3 и фиксируется цилиндрическими штифтами 4. крышки закрепляются с помощью винтов 5 к корпусу катка 6. Между роликовыми подшипниками и внутренней поверхностью крышек устанавливаются на оси упорные диски 7. С наружной стороны крышки закрепляется кольцо 8, являющееся подвижной частью уплотнительного устройства. Неподвижная часть уплотнения выполнена в виде шайбы 9 с лысками по внутреннему диаметру, препятствующими проворачиванию их на оси. Неподвижная шайба прижимается к подвижному кольцу при помощи манжеты 10. снаружи устанавливается металлический пыльник 11.

Герметизация роликовых подшипников и упорных шайб обеспечивается элементами металлического уплотнения. Оно выполнено таким образом, что два стальных кольца проскальзывают друг относительно друга при осевом поджа-тии с удельным давлением 0,7 МПа. Этим и обеспечивается уплотнение.

1 2 3 4 5

Рисунок 1 - Конструкция опорного катка трактора

Хотя кольца и шайбы подвергаются специальной химико-термической обработке и имеют высокую твердость и чистоту поверхности, они все же изнашиваются. Нарушается первоначальный контакт трущихся деталей, происходит разгерметизация узла и вытекание смазки. Попадание абразивных частиц в роликовые подшипники происходит из-за неудовлетворительной работы торцевого металлического уплотнения.

При высоких температурах, особенно в летнее время, за счет недостаточного охлаждения и при наличии абразива наблюдается значительный износ трущихся поверхностей уплотнения. На рис. 2 и 3 показаны изношенные кольцо и неподвижная шайба уплотнительного устройства.

Каток не проворачивается и на беговых дорожках, в результате скольжения по звеньям гусениц образовываются площадки износа. Дальнейшая эксплуа-

тация опорного катка с таким дефектом невозможна.

Рисунок 2 - Подвижное уплотнительное кольцо

Рисунок 3 - Неподвижная шайба металлического уплотнения

Максимальная величина износа рабочих поверхностей не превышает 1мм. Однако такого износа достаточно чтобы смазка вытекла из опорного катка. При

Повышение надежности уплотнений опорных катков базовых строительных машин с

гусеничным движителем

перебоях в подаче смазки и наличии абразивных частиц возможно схватывание и заклинивание роликового подшипника.

Для восстановления изношенных поверхностей деталей металлического уплотнения целесообразно использовать тонкослойные антифрикционные покрытия из полиамидов. Технология восстановления и необходимое оборудование для нанесения антифрикционного слоя подробно описана в работе [1].

С целью определения составов, обладающих наименьшим коэффициентом трения и соответственно наибольшей износостойкостью были проведены триботехнические испытания антифрикционных покрытий. В качестве упрочнителя полимерной матрицы из полиамида П -

6/66, который в исходном состоянии представлял собой гранулированный порошок со средним размером частиц (60+52) мкм. Применялись мелкодисперсные порошки.

Испытывались композиционные материалы, содержащие 5, 10, 15 и 20 весовых процентов наполнителя. В качестве наполнителей употреблялись материалы различного кристаллического строения, степени дисперсности и с разной природой химической связи. Список исследованных наполнителей применяемых для упрочнения и трибологические свойства композиций на их основе приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Наполнители для полиамида П - 6/66 и трибологические свойства композиций

Частицы наполнителя Давление, МПа Коэффициент трения Износ за 10 мин

А1, ~ 1000 мкм 16,8 0,23 1

А1, ~ 1000 мкм 16,8 0,23 3

А1, < 100 мкм 16,8 0,2 1

А1, < 100 мкм 16,8 0,2 1

медь окисленная 16,8 0,19 1,3

А1, < 100 мкм 15,6 0,23 6

А1, < 100 мкм 14,5 0,18 6

А1, < 100 мкм 13,3 0,24 1,2

А1, < 100 мкм 13,3 0,18 1

Бронза 13,3 0,24 1,9

медь окисленная 13,3 0,24 1

А1, окисленный 13,3 0,18 1,5

Бронза 13,3 0,24 17,4

Бронза 9,8 0,3 7,7

Никель 7,5 0,26 7,3

Полиамид П 6/66 7,5 0,08 2,8

Серпентин 7,5 0,26 0,6

Серпентин 7,5 0,31 <0,3

Железо 5,2 0,6 <0,3

Медь 5,2 0,11 <0,3

А1, ~ 1000 мкм 2,9 0,48 <0,3

А1, < 100 мкм 2,9 0,07 <0,3

5% графитовых волокон 7 0,09 <0,3

Технология приготовления образ- свойств металлополимерных антифрик-

цов для исследования триботехнических ционных композитов выдерживалась в

строгом соответствии с процессами изготовления реальных деталей подшипников скольжения принятыми на многих отечественных заводах. Все подготовительные операции и температурно-временные режимы изготовления композита и технология нанесения антифрикционного слоя точно соответствовала условиям изготовления подшипников принятых на ремонтных заводах и при производстве вновь изготавливаемых деталей.

Испытания на износ проводились по методике и на оборудовании, подробно описанной в работе [2].

Для исследования был принят диапазон нагрузок и скоростей, соответствующих работе не только уплотнений, но и подшипников скольжения.

Износ определялся по убыванию массы. Для этого образец взвешивался до и после испытаний на трение на весах АДВ-200. Результаты исследования износа приведены в табл. 1.

В результате испытаний необходимо было сделать анализ влияния наполнителей, представленных в таблице на антифрикционные свойства покрытий. В первую очередь требовалось определить влияние размера частиц наполнителя, так как они существенным образом могут влиять на процессы кристаллизации и аморфизации полимеров. Размер частиц наполнителя может быть существенным фактором зародышеобразования кристаллитов. В нашем случае, добавка наполнителей при высокой температуре перегрева, может осложнить процесс амор-физации структуры и вызвать дополнительную кристаллизацию полимера.

Тепловых свойства используемых наполнителей приведены в табл. 2. Удельные теплоемкости подсчитывались по формуле : _

_ 1868^ + 10“3йГ^+105сГ“2

р ~ М

где: а, Ь, с - постоянные, взятые из справочника; Т - температура в градусах

Кельвина; М - масса одного грамм-моля вещества.

Таблица 2. - Теплоемкости наполнителей используемых для упрочнения полиамида

Тщательный анализ результатов испытаний, приведенных в табл.1., показывает, что размеры частиц наполнителя практически не оказывают существенного влияния на величину коэффициента трения. Проведенные испытания подтвердили возможность использования антифрикционных покрытий в уплотнительных устройства опорных катков базовых тракторов строительных машин.

Практически все наполнители повышают коэффициент трения исходного полиамида. Однако оказывается, что лучшие наполнители отличаются от всех остальных своей высокой теплоемкостью. Теплоемкость алюминия и углеродных волокон в 2 - 3 раза превосходит теплоемкость всех остальных материалов.

Литература

1. Стукач А.В. Ремонт упорных подшипников скольжения покрытиями на основе композитов. Научно-техническое издание НИИТТС, СПбГУ-СЭ «Технико-технологические проблемы сервиса». №1. 2008. -с. 8 - 11

2. Стукач А.В. Трибометрический комплекс торцевого трения. Повышение износостойкости и долговечнсти машин и механизмов на транспорте. Сборник трудов Третьего Международного симпозиума по транспортной триботехнике «Транстрибо - 2005». СПб, Изд-во СПбГПУ, 2005, -с.273 - 276

Наполнитель Теплоемкость Дж/ (кг град)10-2

Al 8,8-9

3,8

Fe 4,6

№ 4,4

сч О 7,4

C 7,3

1 Стукач Александр Васильевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры "Техниче-

ская механика” СПбГУСЭ, тел.: 248-71-18, моб. 8-904-552-97-15