8-10 июня 2011г

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ШАРНИРНЫХ СОПРЯЖЕНИЙ ЖАТКИ ТРИБОМЕХАНИЧЕСКИМ

МОДИФИЦИРОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ

Витязь П.А., Жорник В.И., Леванцевич М.А., Камко А.И.

8-10 июня 2011г.

VII-я Международная научно-техническая конференция институтов сельскохозяйственной инженерии

стран Восточной и Центральной Европы

Республика Беларусь, г.Минск

1

ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ РАБОТЫ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К МЕХАНИЗМАМ КОПИРОВАНИЯ ЖАТОК ЗЕРНОУБОРОЧНЫХ

КОМБАЙНОВ

Захват почвы режущим аппаратом жатки вследствие нарушения работоспособности механизмов копирования

Элементы шарнирных сопряжений, лимитирующие работоспособность механизмов копирования жаток

- Убираемые культуры – зерновые, колосовые, зернобобовые, крупяные, масляничные - Урожайность, т/га – до 10 - Засоренность, % – до 30- Полеглость, % – до 50- Рельеф поля – ГОСТ 12.2002-91- Уклон, % – до 10- Влажность почвы, % – до 60- Твердость почвы, Н/см2 – не менее 50- Масса жатки, т – 1,7-2,0- Рабочая скорость с копированием рельефа поля, м/с – до 2,0 - Допустимая нагрузка на опорные башмаки жатки, кН – не более 0,80 - Реакция в шарнирах механизмов копирования, кН – 7,8-31,9- Относительные перемещения элементов шарниров, % ± 15- Отклонения от установленной высоты срезы стебля, % – не более 25- Регламентируемые потери зерна за жаткой, % на стандартном агрофоне – 0,5 на полеглом и засоренном хлебостое – 1,0

22

продольное копирование поперечное копирование

продольное копирование

продольное копирование поперечное копирование

1 – корпус жатки2 – корпус наклонной камеры3 – режущий аппарат4 – опорный башмак5 – гидроцилиндр подъема жатки6 – пружина механизма продольного копирования7 – пружина механизма поперечного копирования8 – гидропневмоаккумкулятор9 – гидронансос с системой управления10 – датчик поперечного копирования11– электрогидравлический блок управления12 – гидроцилиндр механизма поперечного копирования

для комбайнов СК-3, СК-4, СК-5 «Нива»,Дон-1500, Е-516, Е-527, Кейс-525

для комбайнов Bizon BSZ-110, Mega-202, Mega-204, Mega-208

Гидромеханическая система уравновешивания

Электро-гидромеханическая система уравновешивания

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ МЕХАНИЗМОВ КОПИРОВАНИЯ РЕЛЬЕФА ПОЛЯ ЖАТКАМИ ЗЕРНОУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ

Механическая система уравновешивания

для комбайнов Lexion-540, Lexion-560, John Deer-9880

3

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА УЗЛОВ ТРЕНИЯ ФОРМИРОВАНИЕМ ЗАЩИТНЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ

Формирование износо-стойких покрытий- электродуговая наплавка;- индукционная наплавка;- электроконтактная наплавка;- газотермическое напыление;- электрохимическое осаждение

Триботехнологии- наплавка покрытий трением;- финишная антифрик- ционная безабразивная обработка (ФАБО);- трибополимеризация;- РВС-технологии;- трибомеханическое моди- фицирование поверхности в среде смазки с наноразмер- ными твердыми добавками;

Формирование антифрикционных покрытий- индукционная наплавка;- газотермическое напыление;- электрохимическое осаждение;- деформационное плакирование;- нанесение полимерных покрытий

4

СТРУКТУРА ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Комплексная литиевая смазка ИТМОЛ-150

Литиевая смазка Литол-24

Комплексная сульфонат-кальциевая смазка ИТМОЛ-Su200

Металлоплакирующая смазка МС-1400

5

1 – адсорбированные газы и радикалы; 2 – графит; 3 – луковицеподобный графит; 4 – алмазное ядро

Структура частицы УДА до (а) и после (б) очистки

Схематическое изображение поверхности наноалмаза с различными функциональными

группами на поверхности

ХАРАКТЕРИСТИКА УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО АЛМАЗА ДЕТОНАЦИОННОГО СИНТЕЗА

- удельная поверхность S = 350-450 м2 /г; - размер частиц 8-10 нм;. - плотность частиц УДА –3,1-3,4 г/см3;. - насыпная плотность – 0,4 г/см3,

Химическая очистка продуктов детонационного синтеза растворами азотной кислоты позволяет повысить объемную долю алмазов с 40-50% до 92-96%.

На поверхности частиц присутствуют карбоксильные, гидроксильные, метильные и нитрильные группы

Внешний вид конгломератов частиц алмазно-графитовой шихты УДАГ (ША-А)

Фрагмент рентгеновской дифрактограммы (СоКα) алмазно-графитовой шихты УДАГ (ША-А)

а б

6

Нагрев масла

Введение загусти-теля (12-гидро-ксистеарин. к-та)

Расплавле-ние кислоты

Введение гидро-окиси лития

Нейтрализация кислоты

Нагрев и гомогениза-ция расплава

Охлаждение расплава введением масла

Фильтрация смазки

Деаэрация смазки

Гомогениза-ция смазки

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ ПЛАСТИЧНОЙ СМАЗКИ, МОДИФИЦИРОВАННОЙ НАНОРАЗМЕРНЫМИ ДОБАВКАМИ

Стадии получения литиевой смазки, модифицированной наноразмерными алмазосодержащими добавками

Схема взаимодействия наночастиц с волокном дисперсной фазы и микроструктура дисперсной фазы литиевой смазки с добавками наноалмазов

Патент РБ №10897

введение после кристаллизации дисперсной фазы

введение до кристаллизации дисперсной фазы

Схема процесса структурообразования дисперсной фазы пластичной смазки

в присутствии наноалмазов

а – наноразмерная добавка; б – добавка с адсорбированными молекулами кислоты; в – добавка после нейтрализации кислоты; г – структурированные молеку-лы солей с имплантированными наночастицами

а б в

г

Схема реакции нейтрализации 12-St кислоты

Механизм поликонденсации молекул мыла

Введение нано-размерных добавок

Патент РБ №59067

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ ЛИТИЕВОЙ СМАЗКИ С ПАКЕТОМ НАНОРАЗМЕРНЫХ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ ДОБАВОК

70

40

60

8

3

2

20

18 18

2

1,8 1,8

механическаястабильностьГОСТ 19295, %

коллоидная стабильностьГОСТ 7142, %

термоупрочнение при120?C ГОСТ 7143, %

испаряемость при 100?C ГОСТ 9566, %,

Ëèòî ë-24 Shell Retinax EP2 êLi ñì àçêà ñ ï àêåòî ì äî áàâî ê

Сопоставление физических характеристик

1480

4100

5000

780

2120 2050

380

690740

1200

32003000

120

160 160

нагрузкасваривания ГОСТ

9490, Н

критическаянагрузка ГОСТ

9490, Н

индекс задираГОСТ 9490, Н

4- шариковый тест,DIN 51350/4

максимальнаятемпература

эксплутации, ?С

Литолl-24 Shell Retinax EP 2 кLi смазка с пакетом добавок

Сопоставление триботехнических характеристик

Объемно-механические и триботехнические характеристики пластичных комплексных литиевых смазок, изготовленных по различным вариантам

Вариант исполнения

Объемно-механические Триботехнические Коллоидная стабиль-ность, %

Пенетра-ция, мм-1

Тем-ра каплепа-дения, ºС

Нагрузка заедания, Н

Нагрузка сваривания,

Н

Индекс задира, Н

Коэффици-ент трения

Интенсив-ность

изнашиванияПатент №10897 5,8 275 232 872 2450 359 0,.08-0,10 3,8 · 10-9

Патент № 13277 4,5 255 232 1345 3940 640 0,04-0,06 0,9·10-9

Состав комплексной пластичной смазки с пакетом наноразмерных алмазосодержащих добавок, мас.%

патент РБ №13277

– 12-гидрооксистеариновая кислота 4,7 – 5,4– ортоборная кислота 1,4 – 1,7– терефталевая кислота 0,9 – 1,2– гидроокись лития 0,8 – 1,2– УДА 0,8 – 2,8– дисульфид молибдена 1,2 – 2,3– геомодификатор (диатомит) 1,1 – 1,4– антиокислительная присадка 0,4 – 0,6– антикоррозионная присадка 0,4 – 0,6– масло остальное

8

ЭВОЛЮЦИЯ СТРУКТУРЫ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК В ПРОЦЕССЕ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

Микроструктура дисперсной фазы смазки Литол-24

Микроструктура дисперсной фазы смазки ИТМОЛ-150Н, модифицированной наноразмерными алмазосодержащими

добавками

исходное состояние

исходное состояние

состояние после 10 км пути трения


состояниепосле 25 км пути трения



9

ТРИБОМОДИФИЦИРОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ ТРЕНИЯ СО СМАЗКОЙ, СОДЕРЖАЩЕЙ НАНОРАЗМЕРНЫЕ

АЛМАЗНО-ГРАФИТОВЫЕ ДОБАВКИ

контртело – сталь 60Г (закаленная)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 50000

2

4

6

8

10

1

2

Ñòàëü 45 (î òæèã), äàâëåí èå 10 Ì Ï à,1 - Ëèòî ë-24;2 - Ëèòî ë-24+ÓÄÀÃ

Âåñîâîé è

çíîñ, ì

ã

Ï óòü òðåí èÿ, ì

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 50000

2

4

6

8

10

1

2



Âåñîâîé è

çíîñ, ì

ã

0 500 1000 1500 2000 2500 30000,000

0,025

0,050

0,075

0,100

0,125

0,150

0,175

0,200


2

1

Êîýô

ôèö

èåíò ò

ðåíèÿ f


0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 50000

2

4

6

8

10


2

1

Âå

ñî

âî

é è

çíî

ñ, ì

ã


0 500 1000 1500 2000 2500 30000,000

0,025

0,050

0,075

0,100

0,125

0,150

0,175

0,200


2

1

Êî

ýô

ôè

öè

åíò ò

ðå

íè

ÿ f


0 500 1000 1500 2000 2500 30000,000

0,025

0,050

0,075

0,100

0,125

0,150

0,175

0,200


2

1

Êî

ýô

ôè

öè

åíò ò

ðå

íè

ÿ f


0 2000 4000 6000 8000 10000 120000,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

3

2

1

1 - Ñòàëü 45 (HV = 6500 Ì Ï à)2 - Ñòàëü 45 (HV = 5400 Ì Ï à)3 - Ñòàëü 45 (HV = 5400 Ì Ï à)Äàâëåí èå 30 Ì Ï à;1, 2 - Ëèòî ë-24+ÓÄÀÃ3 - Ëèòî ë-24

Êî

ýô

ôè

öèå

íò ò

ðåíè

ÿ


0 2000 4000 6000 8000 10000 120000

2

4

6

8

101 - Ñòàëü 45 (HV = 6500 Ì Ï à)2 - Ñòàëü 45 (HV = 5400 Ì Ï à)3 - Ñòàëü 45 (HV = 5400 Ì Ï à)Äàâëåí èå 30 Ì Ï à;1, 2 - Ëèòî ë-24+ÓÄÀÃ3 - Ëèòî ë-24

3

21

Âåñîâîé è

çíîñ, ì

ã


0 500 1000 15000,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

Ñòàëü 45 î òæèã)1 - áåç ï ðèðàáî òêè; 2-4 ñ ï ðèðàáî òêî é1,4 - 30 Ì Ï à; 2 - 10 Ì Ï à; 3 - 20 Ì Ï à

1

4

32

Коэ

фф

иц

иен

т тр

ени

я f

Путь трения, м

1 - без приработки; 2-4 – с приработкой1, 4 - 30 МПа; 2- 10 МПа; 3 - 20 МПа

10

давление 20 МПа давление 30 МПа

H=2950 МПа

H=6800 МПа

H=2700 МПа H=6900 МПа

H=3300 МПа H=7000 МПа

50 мкм

Литол-24 +ША-А Литол-24Литол-24

закаленнаязакаленная

закаленная H=6500 МПа

отожженнаяH=1800 МПа

отожженная

отожженнаяH=1800 МПа

МИКРОСТРУКТУРА ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ СТАЛИ 45 ПОСЛЕ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПО СХЕМЕ ТРЕНИЯ

СКОЛЬЖЕНИЯ

Литол-24 +ША-АЛитол-24 +ША-А Литол-24 +ША-А

Контртело - сталь 60Г (закаленная)

11

МИКРОСТРУКТУРА ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ СТАЛИ ШХ15 ПОСЛЕ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПО СХЕМЕ ТРЕНИЯ

КАЧЕНИЯ

твердость 35-40 HRC

твердость 62-64 HRC

смазка Литол-24+ША-А смазка Литол-24

удельная нагрузка 200 Н/мм, скорость 1,0 м/с

смазка Литол-24+ША-А смазка Литол-24

12

МИКРОСТРУКТУРА ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ ПЛАСТИЧНОГО МАТЕРИАЛА, ТРИБОМОДИФИЦИРОВАННОЙ В СРЕДЕ СМАЗКИ С НАНОРАЗМЕРНЫМИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИМИ ДОБАВКАМИ

сталь 45

0,05 мкм

смазка Литол-24+ УДАГ, давление 20 МПа смазка Литол-24+ УДАГ,

давление 10 МПа

медь М1

Значения микротвердости и структурных параметров стали 45 после триботехнических испытаний

МатериалРежим испытаний H,

МПа110,

10–3 рад

220,

10–3 рад

220/110 D,мкм

Сталь45(отжиг)

10 МПаЛитол-24

2350 1,9 2,9 1,6 0,13

10 МПаЛитол-24+1%ША-А

2700 2,3 3,8 1,7 0,10

20МПаЛитол-24

2500 2,2 3,2 1,5 0,12


2950 2,5 4,0 1,6 0,09

30МПаЛитол-24

2700 2,3 4,1 1,8 0,09


3300 3,3 6,0 1,8 0,06

0,05 мкм

13

МОДЕЛЬ ФРИКЦИОННОГО РАЗРУШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ В СРЕДЕ СМАЗКИ С НАНОРАЗМЕРНЫМИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИМИ

ДОБАВКАМИ

Схема распределения напряжений вблизи внедренной в поверхность трения частицы

наноалмаза

с=KIC/(lс)1/2

112 )ln(1)E(1 sICKгде – характеристический параметр структуры, s – предел текучести при сдвиге; – коэффициент Пуассона; – относительное сужение при разрыве

lс=2efE/c2

Критический размер трещины lc в соответствиис модифицированной Орованом моделью Гриффитса

где Е – модуль упругости материала, c – критическое напряжение перемещения трещины; ef – эффективная поверхностная энергия

где KIС – критический коэффициент интенсивности напряжений

Кривые критического разрушения для стали 45,

повергнутой различной термической обработке

0,01 0,1 1 10 1000

500

1000

1500

2000

Сталь 45

Разрушение

Разрушение

Закалка

Отжиг

Нап

ряж

ение

, МП

а

Длина трещины l, мм

Схема фрикционного взаимодействия материалов в среде смазки, модифицированного добавками

частицы износа

смазка, модифицированная ША-А

ячеистая субструктура

трещины

высокопрочный материал

высокопрочный материал

пластичный материал

смазка, модифицированная ША-Авысокопрочный материал

14

ОТРАБОТКА РЕЖИМОВ ТРИБОМЕХАНИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ В СРЕДЕ СМАЗКИ С

НАНОРАЗМЕРНЫМИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИМИ ДОБАВКАМИ

Зависимость размера зерна в поверхностном слое от пути трения

0 100 200 300 400 500 600

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

321

Ðà

çì

åð

ñóá

çå

ðå

í, ì

êì


1 – 5 МПа; 2 – 10 МПа; 3 – 20 МПа

Зависимость пути трения до завершения приработки

от исходной шероховатости поверхности

медь М1медь М1

1 – 5 МПа; 2 – 10 МПа; 3 – 20 МПа

контртело – закаленная сталь 45, Ra =0,63 мкм)

Интенсивность изнашивания меди М1 в среде смазки Литол-24

Давле-ние, МПа

Интенсивность изнашивания, Ih ·10-9

Концентрация ША-А, мас,%

0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50

5 4,9 4,6 4,4 4,2 4,3 5,8

10 5,7 4,5 3,7 3,5 5,7 6,1

20 5,6 4,1 3,8 4,0 6,9 7,2

Са=1,0 мас.%Са=1,0 мас.%

Для пары трения «сталь 45 – медь М1» (Ra =0,32-0,63 мкм) в среде смазки Литол-24 с алмазно-графитовой добав-кой ША-А рекомендуется приработка с удельной нагрузкой в зоне трибокон-такта р=10-20 МПа при концентрации ША-А Са=0,75-1,0 мас.% на протяже-нии 240-270 м пути трения

13

2

Патент РБ № 11869

15

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ ЦИКЛ

Деформационное плакирование

Смазывание

Трибомеханическое модифицирование

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦИКЛ

Эксплуатация шарниров с модифицированным покрытием в смазке Литол-24

Нанесение слоя меди толщиной 5 мкм (стальная щетка; натяг ворса 1,0 мм; линейная скорость вращения щетки 25 м/с; соотношение линейных скоростей вращения детали и щетки 0,013; осевая подача 0,75 мм/об; количество проходов 5)

Нанесение слоя смазочного материала (2,5 см3 комплекс-ной литиевой смазки ИТМОЛ-15ОН с ША-А)

Приработка шарнирного сопряжения с медным покрытие и смазкой ИТМОЛ-15ОН с ША-А в течение 40-50 часов

СХЕМА РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ТРИБОМЕХАНИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ ШАРНИРОВ ЖАТКИ

Элементы шарнирных сопряжений жатки

Патент РБ № 11869

16

Наименование показателя

Значение (характеристика) показателя

регламенти-руемое

фактическое

серийноеисполнение

модифицирован-ное исполнение

Быстродействие (опускание с высоты 0,25 м), с 0,250 0,303 0,224

Периодичность ТО шарниров, часов работы 50 50 не менее 100

Отклонение от установленной высоты среза стеблей, % не более 20 21 12

Потери зерна за жаткой (на полеглом агрофоне), % не более 1,0 0,78 0,52

Интенсивность изнашивания поверхности трения, мкм/км 1,1 0,21

Состояние рабочих поверхностей шарниров следы схватыва-ния, задиры

без видимых изменений

Трибомеханическое модифицирование рабочих поверхностей шарниров механизмов копирования рельефа поля жаток зерноуборочных комбайнов позволяет в 1,3–1,4 раза повысить быстродействие механизмов копи-рования, увеличить в 2 раза срок до проведения очередного ТО шарнирных сопряжений, снизить на 0,26 % потери зерна за жаткой.

Показатели работоспособности механизмов копирования жаток зерноуборочных комбайнов

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ШАРНИРОВ ЖАТОК ТРИБОМЕХАНИЧЕСКИМ МОДИФИЦИРОВАНИЕМ

ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ

Элементы шарнирных сопряжений механизмов копирования жатки ЖЗК-6

серийное исполнение

после испытаниямиперед испытаниями

трибомодифицированное исполнение

после испытаниямиперед испытаниями

17

Спасибо за внимание!

Documents

8-10 июня 2011г