Результаты лабораторных исследований процесса центробежной очистки масла в режущем аппарате многороторной косилки

- в целях исключения производственного травматизма обеспечить систематический контроль физического состояния работников, занятых на работах с вредными и (или) опасными условиями труда или повышенной опасностью, путем проведения освидетельствований и (или) медицинских осмотров;

- обеспечить безусловное привлечение работников организаций к дисциплинарной ответственности вплоть до увольнения за появление на работе в состоянии алкогольного опьянения, а также распитие спиртных напитков в рабочее время или по месту работы и нарушение требований по охране труда, повлекшее увечье или смерть других работников [10].

Заключение

В последние годы в Республике Беларусь значительно изменилось отношение к производственному травматизму и его профилактике. Данная проблема признается чрезвычайно актуальной и воспринимается как обязанность общества. Не вызывает сомнения, что системная профилактика является более эффективной мерой, чем трактовка травматизма как следствие случайных и неизбежных случаев.

ЛИТЕРАТУРА

1. Республиканская целевая программа по улучшению условий и охраны труда на 2011-2015 гг., утвержденная постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 29.06.2010 г. № 982. - Минск, 2010.

2. Сельское хозяйство Республики Беларусь 2015: стат. сб. / Национальный статистический комитет Республики Беларусь. - Минск, 2015. - 317 с.

3.Труд и занятость в Республике Беларусь: стат. сб. / Национальный статистический комитет Республики Беларусь. -Минск, 2014. - 320 с.

4. Статистический ежегодник. Республика Беларусь. 2014: стат. сб. / Национальный статистический комитет Республики Беларусь. - Минск, 2014. - 370 с.

5. Об итогах работы Департамента государственной инспекции труда в 2014 г. / Охрана труда и социальная защита. 2015. - №4. - С. 33-42.

6. Профилактика несчастных случаев в мелиоративной отрасли / В. Е. Кругленя [и др.] // Актуальные проблемы механизации мелиоративного и водохозяйственного строительства: материалы Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 45-летию кафедры мелиоративных и строительных машин, Горки, 27-29 сент. 2012 г. / УО БГСХА; редколлегия: А. Л. Казаков (гл. ред.) и др. - Горки: УО БГСХА. - С. 119-123.

7. Состояние службы охраны труда в сельском хозяйстве / В. Е. Кругленя [и др.] // Zmogaus ir gamtos sauga: respublikines mokslines konf., Kaunas, geguzes 31d, втеНо 1,2d, 2001m. / Lietuvos zemes ukio universitetas; komiteto pirmininkas S. Nerkevicius [i i.]. - Kaunas. - S. 13-15.

8. Семич, А. В. Повысить эффективность, качество и профилактическую направленность надзорной деятельности / А. В. Семич, Е. Г. Крылова // Охрана труда и социальная защита. - 2011. - №3. - С. 10-23.

9. Доклад о соблюдении законодательства о труде, состоянии охраны труда на производстве в 2014 г. / Охрана труда и социальная защита. - 2015. - №6. - С. 3-20.

10. Директива Президента Республики Беларусь №1 «О мерах по укреплению общественной безопасности и дисциплины» от 11.03.2004 г. в редакции Указа №420 от 12.10.2015 г.

УДК 631.353.722:631.352.022

РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОЧИСТКИ МАСЛА В РЕЖУЩЕМ АППАРАТЕ МНОГОРОТОРНОЙ КОСИЛКИ

Е. И. МАЖУГИН, А. Л. БОРИСОВ, А. В. ПАШКЕВИЧ

УО «Белорусская государственная орденов Октябрьской Революции и Трудового Красного Знамени сельскохозяйственная академия», г. Горки, Могилевская область, Беларусь, 213407

Для смазывания зубчатых передач с целью снижения износа трущихся поверхностей, уменьшения затрат энергии на преодоление трения, отвода тепла от деталей и предохранения их от коррозии применяются различные смазывающие жидкости и пластичные смазки. Во время работы косилки в масле накапливаются частицы механических примесей. Как правило, это продукты изнашивания трущихся деталей привода. Переходя в объем масла, частицы механических примесей резко повышают интенсивность изнашивания деталей. Поэтому очистка масла повышает срок службы деталей привода. Для очистки масла в режущем аппарате многороторной мелиоративной косилки от частиц механических примесей с целью снижения скорости изнашивания зубьев шестерен и повышения надежности самого режущего аппарата авторами предлагается запатентованная конструкция, которая представляет собой шестерню, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка. Проведены теоретические исследования по определению параметров конструкции. Для подтверждения теоретических исследований, связанных с определением параметров шестерни, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка, необходимо провести лабораторные исследования процесса центробежной очистки масла. В статье обоснована необходимость очистки масла в режущих аппаратах многороторных мелиоративных косилках от частиц механических примесей. Описана методика проведения исследований по очистке масла с помощью шестерни, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка. Представлены результаты исследования процесса центробежной очистки масла. Получены графики, показывающие зависимость концентрации механических примесей в масле в процентах от конструктивных параметров шестерни, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка.

Ключевые слова: режущий аппарат, многороторная косилка, центробежная очистка.

To lubricate the gears, in order to reduce wear of the friction surfaces, to reduce the amount of energy to overcome friction, heat dissipation from the components and protect them from corrosion, they apply a variety of lubricating fluids and greases. During mower operation there accumulate impurities particles in the oil. As a rule, these are products of the wear of rubbing parts of transmission. Entering oil, impurities particles dramatically increase the intensity of the wear of parts. Therefore, oil purification improves the service life of the drive unit components. To clean the oil in a cutting machine of multi-rotor reclamation mower from solids particles, to reduce the rate of wear of gear teeth and improve the reliability of the cutting device, the authors propose patented design [4 ... 7], which is a gear in the cavity of which there is a cylindrical insert fixed. We have conducted theoretical studies to determine the design parameters. To confirm the theoretical studies related to the determination of the parameters of the gear, in the cavity of which there is a cylindrical insert fixed, it is necessary to conduct laboratory tests of the process of centrifugal cleaning of oil. The article bases the necessity of cleaning oil in cutting apparatuses of multi-rotor reclamation mowers from solids particles. We have described methods of carrying out research on oil purification by a gear in the cavity of which there is a cylindrical insert fixed. We have presented results of research into the process of centrifugal cleaning of oil. We have obtained graphs showing the dependence of the concentration of solids in the oil as a percentage on the design parameters of gear, in the cavity of which there is a cylindrical insert fixed.

Keywords: cutting apparatus, multi-rotor mower, centrifugal purification.

Введение

В режущих аппаратах мелиоративных многороторных косилок наибольшее распространение получил привод роторов, осуществляемый посредством шестерен [1]. Для смазывания зубчатых передач с целью снижения износа трущихся поверхностей, уменьшения затрат энергии на преодоление трения, отвода тепла от деталей и предохранения их от коррозии применяются различные смазывающие жидкости и пластичные смазки. В режущих аппаратах мелиоративных многороторных косилок для смазывания шестерен применяется смесь трансмиссионного масла ТЭп-15 и смазки общего назначения солидол Ж в равных долях [2, 3].

Во время работы косилки в масле накапливаются частицы механических примесей. Как правило, это продукты изнашивания трущихся деталей привода. Переходя в объем масла, частицы механических примесей резко повышают интенсивность изнашивания деталей. Поэтому очистка масла повышает срок службы деталей привода.

Для очистки масла в режущем аппарате многороторной мелиоративной косилки от частиц механических примесей, с целью снижения скорости изнашивания зубьев шестерен и повышения надежности самого режущего аппарата, авторами предлагается запатентованная конструкция [4-7]. Она представляет собой шестерню, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка. Проведены теоретические исследования по определению параметров конструкции.

Для подтверждения теоретических исследований, связанных с определением параметров шестерни, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка, необходимо провести лабораторные исследования процесса центробежной очистки масла.

Большой вклад в изучение процесса центробежной очистки масла был внесен М. А. Григорьевым, В. И. Гродзиевским, В. В. Соколовым, Г. А. Смирновым, В. П. Коваленко и другими [8-12].

Для изучения процесса центробежной очистки масла в режущем аппарате многороторной косилки на основании теоретических исследований и априорной информации нами были выделены следующие факторы, которые влияют на процесс очистки: температура масла t; размер частиц механических примесей d; высота рабочей камеры цилиндрической вставки Hk; радиус внутренней поверхности вставки Rk; ширина щели для выхода масла Ъщ, диаметр отверстий для входа масла do и угол наклона отверстий для входа масла а.

Рис. 1. Схема шестерни, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка, с обозначением основных параметров

От температуры масла зависит его кинематическая вязкость, а от нее в свою очередь взаимосвязь молекул масла с частицами механических примесей. При исследовании процесса центробежной очистки масла его температуру принимали равной среднеэксплуатационной температуре масла в режущем аппарате при использовании косилок 50 °С, на основании результатов исследования по определению диапазона рабочих температур масла в режущем аппарате косилки [13].

Эффективность центробежной очистки масла оценивалась изменением концентрации механических примесей в масле Смп, а также минимальным размером частиц механических примесей, которые можно выделить из масла. При проведении опытов, размеры частицы механических примесей й бра-

ли от 10 мкм до 100 мкм, опираясь на результаты по определению дисперсного состава механических примесей, находящихся в масле режущего аппарата мелиоративных многороторных косилок. Причем частицы разных размеров в общей массе механических примесей были приняты в равных долях. Концентрация механических примесей была принята 1,153 %, согласно результатам исследования по определению концентрации механических примесей в масле [14]. От высоты рабочей камеры цилиндрической вставки Ик зависит время пребывания масла в центробежном поле вставки, а также грязе-емкость самой камеры. Высота рабочей камеры цилиндрической вставки ограничена сверху внутренней поверхностью панели режущего аппарата, а снизу минимальной допустимой толщиной диска шестерни С. При проведении опытов высота рабочей камеры цилиндрической вставки бралась максимально возможной в конструкторском исполнении 13 мм.

Значительное влияние на процесс центробежной очитки масла оказывает радиус внутренней поверхности вставки Кк. С его увеличением, увеличивается и центробежная сила, действующая на частицы механических примесей, а следовательно, из масла можно выделить частицы меньшего размера. Максимальная величина радиуса внутренней поверхности вставки ограничивается минимальной допустимой толщиной зубчатого венца & шестерни. Значение радиуса внутренней поверхности вставки было принято равным 70 мм.

Для выхода масла, подвергшегося центробежной очистке, из камеры цилиндрической вставки, между торцом цилиндрический вставки и ступицей шестерни, была выполнена щель. Нижняя граница ширины щели для выхода масла Ьщ бралась 0,8 мм, верхняя граница равнялась 3,5 мм, границы были установлены в результате реализации эксперимента. Площадь щели для выхода масла изменялась от 165,3 мм2 до 752,8 мм2.

Для нормальной работы центробежного аппарата, необходимо чтобы количество жидкости, входящей в камеру цилиндрической вставки было равно количеству жидкости, выходящей из камеры. Это можно обеспечить, сравняв суммарную площадь щели для выхода масла и суммарную площадь отверстий для входа масла. Поэтому для проведения опытов, для входа масла в полость цилиндрической вставки, было выполнено четыре отверстия d0, нижняя граница которых диаметром 7 мм, а верхняя 15 мм. Границы диаметров отверстий для входа масла были определены в результате геометрических расчетов. Отверстия для входа масла были выполнены под углом а к верхней поверхности диска шестерни, нижняя граница угла принималась равной 30 а верхняя 60

Цель работы - исследование процесса центробежной очистки масла в режущем аппарате многороторной косилки.

Основная часть

Для исследования процесса центробежной очистки масла в лабораторных условиях был спланирован опыт по методике проведения многофакторных экспериментов [15]. За выходной параметр была принята концентрация механических примесей в масле после проведения опытов, выраженная в процентах.

Исследования проводились на лабораторной установке (рис. 2), состоящей из электродвигателя 1 марки М2 типа ДЦСМ-ЗБ УХЛ4, 220 В, ТУ 16-513-368-78, который через соединительную муфту 2 передает вращение на шестерню 4, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка, через вал ротора 3. Шестерня 4 находится в полости фрагмента режущего аппарата 7, который в свою очередь крепится с помощью болтов к раме 5.

Также в полости фрагмента режущего аппарата 7 для нагрева масла до требуемой температуры находится электронагреватель 6. Для контроля температуры масла предназначен спиртовой термометр 9 марки ТТЖ-М с пределом измерения 0-100 °С и ценой деления 1 °С. Торцовая часть фрагмента режущего аппарата 7 закрывается крышкой 8. Каждый опыт проводился при постоянной частоте вращения вала электродвигателя Пн=1940 мин.-1 в течение 1 часа, дальнейшее увеличение времени проведения опыта на результаты исследований влияние не оказывало.

Рис. 2. Принципиальная схема лабораторной установки: 1 - электродвигатель; 2 - муфта; 3 - вал ротора; 4 - шестерня; 5 - рама; 6 - электронагреватель; 7 - фрагмент режущего аппарата; 8 - крышка; 9 - термометр

Для проведения опыта приготавливалась смесь трансмиссионного масла ТЭп-15 и солидола Ж при температуре 60-70 °С в металлической таре при интенсивном перемешивании. Затем в смесь добавляли частицы механических примесей в таком количестве, чтобы их концентрация составила 1,153 %, и тщательно перемешивались. В качестве механических примесей использовалась просеянная металлическая стружка и кварцевый песок с содержанием 80 % и 20 % соответственно на основании результатов микроскопического анализа. После чего масло заливалось в полость фрагмента режущего аппарата так, чтобы шестерня была погружена в масло на всю ширину зубчатого венца. При проведении опытов изменялись такие конструктивные параметры шестерни, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка, как ширина щели для выхода масла Ьщ, диаметр отверстий для входа масла do и угол наклона отверстий для входа масла к верхней поверхности диска шестерни а. После каждого отдельно проведенного опыта фрагмент режущего аппарата разбирался и брались пробы масла из цилиндрической вставки и из полости режущего аппарата. Дальнейшие исследования проб проводились в химико-экологической лаборатории УО БГСХА (регистрационный номер: BY/112 02.2.0.4043 от 05.04.2010 г.), где определяли концентрацию механических примесей в каждой пробе масла. Кроме этого, при помощи микроскопического анализа определяли минимальный размер частиц механических примесей, которые можно выделить из масла при применении центробежной очистки. Перед каждым последующим опытом полость фрагмента режущего аппарата, а также шестерня, начисто вымывались от остатков масла бензином марки А-80 и тщательно высушивались. По результатам данного эксперимента были определены коэффициенты регрессии, а также произведена оценка их значимости. Затем коэффициенты в уравнении переводились из нормированных значений факторов Хг в натуральные хг. Математическая обработка результатов исследований позволила получить следующее уравнение:

Cn = 1,514 -1,846а-84,573  Ьй +1,908ad +

+8,482-а-Ь +1,122  а2 +1562,5  d2,+ 15363,5-bl- ^

где См.п - концентрация механических примесей, %; а - угол наклона отверстия для входа масла к верхней поверхности диска шестерни, рад; Ьщ - ширины щели для выхода масла, м; d0 - диаметр отверстия для входа масла, м.

Полученное уравнение (1) позволяет, подставив в него значения переменных факторов в пределах интервала исследования, получить значение См.п, концентрации механических примесей в масле в процентах. Для определения эффективности центробежной очистки масла с помощью шестерни, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка, необходимо, чтобы концентрация механических примесей в масле после проведения опытов была минимальной. Далее при помощи программы Microsoft Excel (функция «Поиск решения») были получены значения переменных факторов, при которых выполняется требуемое ограничение. Для определения рациональных параметров переменных факторов, при которых будут выполняться заданные требования, необходимо, чтобы выполнялись следующие ограничения:

0,523 <а< 1,047;

7-10-3 < d < 15  10-3;

' 0,8-10-3 < Ь <3,5 10-3;

N .. — min.

Наглядное представление попарного влияния отдельных факторов на концентрацию механических примесей в масле отображено на рис. 3.

а) б) в)

Рис. 3. Зависимости концентрации механических примесей в масле в процентах от угла наклона отверстий для входа масла, диаметра отверстий для входа масла и ширины щели для выхода масла: а) от угла наклона отверстий для входа масла и диаметра отверстий для входа масла;

б) от угла наклона отверстий для входа масла и ширины щели для выхода масла;

в) ширины щели для выхода масла и диаметра отверстий для входа масла

Так как концентрация механических примесей должна быть минимальной, то за рациональные значения переменных факторов были приняты следующие значения: ширина щели для выхода масла - 2,8 мм, диаметр отверстий для входа масла - 12,5 мм, угол наклона отверстий для входа масла 46,5 °. При этих параметрах концентрация механических примесей в масле после проведения опыта составила 0,473 %, то есть снизилась на 59,1 % по сравнению с первоначальной.

В результате микроскопического анализа было установлено, что применение шестерни, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка, для очистки масла, позволяет выделять из масла частицы механических примесей размером 40 мкм и выше. Опираясь на результаты, полученные при проведении опыта [14], и результаты микроскопического анализа, можно сделать вывод, что центробежная очистка позволит выделить из масла порядка 60 % частиц механических примесей от общего числа частиц, содержащихся в масле режущего аппарата многороторной косилки.

Заключение

Получена экспериментальная зависимость, отражающая взаимосвязь концентрации механических примесей в масле с конструктивными параметрами шестерни, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка. На основании полученного уравнения (2) за рациональные параметры шестерни, в полости которой закреплена цилиндрическая вставка, были приняты следующие значения переменных факторов: ширина щели для выхода масла - 2,8 мм, диаметр отверстий для входа масла -12,5 мм, угол наклона отверстий для входа масла 46,5 °. При этих параметрах концентрация механических примесей в масле после проведения опыта составила 0,472 %.

ЛИТЕРАТУРА

1. Борисов, А. Л. Анализ конструкций приводов роторов мелиоративных и дорожных косилок / А. Л. Борисов // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы междунар. науч. - технич. конф., Могилев, 21 - 22 апреля 2011 г.: в 2 ч. / ГУ ВПО Белорус.-Рос. ун-т; редкол.: И. С. Сазонов [и др.]. - Могилев, 2011. - Ч. 2. - С. 5.

2. Косилка откосов каналов К-78М. Руководство по эксплуатации. - Минск, 2008. - 44 с.

3. Косилка ротационная навесная АС-1. Руководство по эксплуатации. - Минск, 2007. - 38 с.

4. Режущий аппарат роторной косилки: пат. 6876 Респ. Беларусь, МПК Л01Б 34/00 / Е. И. Мажугин, А. Л. Борисов, С. Г. Рубец; заявитель Белорус. гос. с-х. академия. № и 20100403; заявл. 23. 04. 10; опубл. 30. 12. 10 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. - 2010. - №.6 - С.145.

5. Режущий аппарат роторной косилки: пат. 8949 Респ. Беларусь, МПК Л01Б 34/00 / Е. И. Мажугин, А. Л. Борисов, С. Г. Рубец; заявитель Белорус. гос. с-х. академия. № и 20120270; заявл. 02. 11. 12; опубл. 30. 06. 12 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. - 2013. - №.1 - С.145.

6. Режущий аппарат роторной косилки: пат. 8102 Респ. Беларусь, МПК Л01Б 34/00 / Е. И. Мажугин, А. Л. Борисов, С. Г. Рубец; заявитель Белорус. гос. с-х. академия. № и 20110557; заявл. 11. 07. 11; опубл. 30. 04. 12 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. - 2012. - №.2 - С.195.

7. Режущий аппарат роторной косилки: пат. 9734 Респ. Беларусь, МПК Л01Б 34/00 / Е. И. Мажугин, А. Л. Борисов, С. Г. Рубец, А. В. Пашкевич; заявитель Белорус. гос. с-х. академия. № и 20130294; заявл. 09. 02. 13; опубл. 04. 05. 13 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. - 2013. - №.6 - С.165.

8. Григорьев, М. А. Очистка масла в двигателях внутреннего сгорания / М. А. Григорьев. - М., 1983. - 148 с.

9. Гродзиевский, В. И. Реактивные центрифуги для очистки масла в двигателях внутреннего сгорания / В. И. Гродзиевский. - М.: Машгиз, 1963. - 88 с.

10. Соколов, В. В. Исследование системы тонкой очистки масла для автомобильных двигателей: дис. ... канд. техн. наук: 05.04.02 / В. В. Соколов. - М., 1969. - 148 с.

11. Смирнов, Г. А. Исследование очистки масла в тракторных двигателях полнопоточными реактивными центрифугами: дис. ... канд. техн. наук: 05.04.02 / Г. А. Смирнов. - М., 1965. - 178 с.

12. Коваленко, В.П. Загрязнения и очистка нефтяных масел / В. П. Коваленко. - М.: Химия, 1978. - 304 с.

13. Мажугин, Е. И. Определение диапазона рабочих температур масла в редукторе многороторных мелиоративных косилок / Е. И. Мажугин, А. Л. Борисов // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения: сб. науч. работ междунар. науч.-техн. конф., Брянск, 18-19 апреля 2013 г. / Брянская гос. с.-х. акад.; ред. совет: А. А. Тюрева, И. В. Козарез. - Брянск, 2013. - С. 118-121.

14. Мажугин, Е.И. Определение концентрации и дисперсионного состава механических примесей в масле редукторов мелиоративных многороторных косилок / Е. И. Мажугин, А. Л. Борисов // Вестник БГСХА. - 2013. - №1. - С. 110-115.

15. Леонов, А.Н. Основы научных исследований и моделирования: учебно-методический комплекс / А. Н. Леонов, М. М. Дечко, В. Б. Ловкис. - Минск: БГАТУ, 2010. - 276 с.