Теоретические предпосылки повышения работоспособности тракторных гидронавесных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теоретические предпосылки повышения работоспособности тракторных гидронавесных систем

М.В. Молофеев

В статье представлен методологический анализ и выбор рациональных критериев работоспособности тракторных гидронавесных систем и обоснована их взаимосвязь. Проведена оценка возможности повышения работоспособности гидравлических систем улучшением трибологических свойств рабочей жидкости и определены основные направления для последующих экспериментальных исследований.

Ключевые слова: гидросистема, критерий, работоспособность, надежность, изнашивание.

Уровень работоспособности любой технической системы определяют надежность и четкое взаимодействие составляющих системы (электрических, механических, пневматических, гидравлических и др.). Для современных сельскохозяйственных тракторов значительная роль уделяется гидравлической составляющей в виде гидромеханических передач, гидропривода силовых элементов и гидронавесных систем для управления прицепными и навесными машинами и орудиями [1].

Ограниченность по срокам проведения полевых работ, климатические условия, широкий интервал изменения скоростных и нагрузочных режимов работы и повышенный уровень запыленности воздуха свидетельствуют об актуальности повышения надежности основных элементов гидравлической системы и её работоспособности в целом.

Работоспособность любой технической системы в сравнении с её надежностью дополняется готовностью выполнять заданные функции с учетом наличия необходимых внешних факторов. Критериями, определяющими ресурс системы, в данном случае являются параметры режимов трения, смазывания и изнашивания.

Целью исследования является теоретическое обоснование способов повышения работоспособности тракторной гидронавесной системы на основании анализа критериев значимости ее основных элементов.

Задачи исследования:

- обосновать рациональные критерии работоспособности элементов тракторных гидронавесных систем и установить их взаимосвязь;

- методически оценить направления экспериментальных исследований критериев работоспособности тракторных гидросистем улучшением трибологических свойств рабочей жидкости.

Методология данного исследования включает анализ и выбор рациональных критериев, достаточных и необходимых для оценки работоспособности гидравлической системы, и способов её повышения с учетом реальных условий эксплуатации.

Анализ работы гидравлических и силовых элементов гидронавесной системы направлен на обоснование приведенного критерия работоспособности гидросистемы с учетом значимости параметров отдельных элементов.

Основными элементами системы являются:

- насосные элементы, обеспечивающие необходимое и стабильное рабочее давление жидкости на всех режимах работы системы с критерием работоспособности РН;

- распределительно-регулирующие элементы, управляющие режимами работы системы с критерием работоспособности РР;

- гидравлическая жидкость, выполняющая бифункциональную роль смазочного материала для поверхностей трения и рабочей жидкости в цилиндрах силовых устройств с критерием работоспособности РМ;

- силовые элементы (цилиндры, механизмы навески, прицепы и т.д.), исполняющие основные силовые функции системы с критерием работоспособности РС;

- соединительные элементы (шланги, патрубки, штуцеры и т.п.), обеспечивающие гидравлическую взаимосвязь всех элементов системы с критерием работоспособности РШ.

В качестве аддитивного показателя работоспособности можно принять сумму приведенных критериев работоспособности элементов гидросистемы (РГС): работоспособность гидравлический трибологический

РГС=РМ·bМ+РН·bН+PP·bP+PC·bC+PШ·bШ, (1)

где РМ, РН, РР, РС, РШ - критерии работоспособности отдельных элементов системы; bМ, bН, bР, bС, bШ - уровень значимости критериев соответствующих элементов (по характеристикам отказов, ресурса и др.).

Приведенные критерии РН, РР, РС и РШ, с учетом их уровня значимости, характеризуют работоспособность элементов системы, связанную с изнашиванием деталей, снижением рабочего давления и параметров выполняемых операций, нарушением взаимосвязи элементов системы.

Наиболее значимой связью с процессами трения и изнашивания характеризуются критерии насосных РH и распределительно-регулирующих элементов РP. Работоспособность данных элементов гидронавесной системы определяется характером процесса изнашивания и его интенсивностью [2], что позволяет использовать для оценки показателей долговечности следующую зависимость:

, (2)

где б, k, - эмпирические коэффициенты; t - время изнашивания, с.

В режиме отказов элементов технических систем по причине изнашивания определяется предельный износ UП, при котором нарушается работоспособность сборочной единицы или машины в целом. Ресурс Т в этом случае определяется выражением:

. (3)

Точность изготовления деталей и изменение скорости изнашивания характеризуют среднее квадратическое отклонение значений износа :

, (4)

где и - средние квадратические отклонения точности изготовления и скорости изнашивания при наработке Т.

Среднее квадратическое отклонение скорости изнашивания можно определить по средним значениям давления рср на поверхность трения и скорости относительного перемещения поверхностей Uср деталей ресурсоопределяющих сопряжений. Коэффициент износостойкости КИ определяется отношением:

, (5)

и из условия теоремы о дисперсии независимых нецентрированных случайных величин [2] может выступать критерием работоспособности отдельных элементов гидронавесной системы, т.е. РН > для насоса и РР > для распределительно-регулирующих элементов.

Рациональный уровень критерия РМ гидравлической жидкости (масла) в значительной мере определяется её трибологичекими свойствами, характеризующими взаимосвязь критериев РМ, РН, РР. В гидросистемах сельскохозяйственных тракторов масло выполняет не только роль смазочной среды в трибосопряжениях, но и роль рабочей жидкости, т.е. бифункциональную роль в работе гидросистемы. Это повышает требования к физико-химическим и трибологическим свойствам масел в аспекте улучшения параметров надежности и работоспособности гидросистемы [3].

Уровень значимости критерия РМ может быть оценен такими трибологическими параметрами как диаметр пятна износа (DИ), нагрузка и температура поверхностей трения в предзадирном состоянии, определяемых на машинах трения. Иными словами, приведенный критерий рабочей жидкости характеризуется напряженностью эксплуатационных условий и интенсивностью изменения физико-химических и трибологических свойств.

Значения критериев силовых (РС) и соединительных элементов (РШ) характеризуются преимущественно технологическими свойствами долговечности и не подвержены процессам трения и изнашивания аналогично насосным (РН) и распределительно-регулирующим элементам (РР). Это позволяет с определенными допущениями принять значения bС =0 и bШ =0 и представить уравнение (1) в следующем виде:

, (6)

где - критерий работоспособности (удельный объемный коэффициент гидросистемы, ГОСТ 30746-2001 (ИСО 789-2-93); tx и tp - время подъема навесного устройства без груза и с грузом, с).

По нашему мнению, в качестве контрольных параметров данных критериев рационально принять:

% - содержание железа в рабочей жидкости для оценки коэффициентов износостойкости КИН и КИР;

DИ, мм - диаметр пятна износа поверхностей трения шариков на машине трения для оценки противоизносных свойств рабочей жидкости;

- удельный объемный коэффициент гидросистемы.

Оптимальное соотношение уровней значимости критериев разных элементов гидросистемы характеризуется функциональной зависимостью

(7)

и оценивается графической поверхностью отклика результатов многофакторных экспериментов.

Из уравнения (7) видно, что методом активного воздействия на удельный объемный коэффициент гидросистемы является улучшение трибологических свойств рабочей жидкости.

Результаты поисковых исследований позволили выделить ряд эффективных направлений рационального повышения :

- использование альтернативной растительно-минеральной смазочной композиции (РМСК) на основе рапсового масла (88,9% рапсового масла + 3,7% присадки ДФ-11 + 3,2% присадки ЭФО + 4,2% мелкодисперсного графита) в качестве рабочей жидкости;

- обоснование режима центробежной очистки рабочей жидкости в период эксплуатации;

- легирование рабочей жидкости мелкодисперсными модификаторами трения пропорционально нагрузочным режимам работы гидравлической системы [4, 5].

Заключение

В результате проведенного методологического анализа обоснованы рациональные критерии оценки работоспособности гидравлических систем. Определены основные направления повышения работоспособности улучшением трибологических свойств рабочей жидкости с разработкой схемы модернизированной гидросистемы для последующих экспериментальных исследований. Проведенные поисковые исследования показали практическую эффективность теоретической оценки методов повышения работоспособности гидравлических систем.

Список литературы

1. Галин, Д. А. Оценка работоспособности и повышение долговечности объемного гидропривода ГСТ-90 : дис. … канд. техн. наук : 05.20.03 / Галин Дмитрий Александрович. - Саранск, 2007. - 224 с.

2. Зорин, В.А. Основы работоспособности технических систем. - М. : Академия, 2009. - 208 с.

3. Чичинадзе, А.В. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А. В. Чичинадзе, Э. М. Берлинер, Э. Д. Браун [и др.] ; под общ. ред. А. В. Чичинадзе - М. : Машиностроение, 2003. - 576 с.

4. Ленивцев, Г.А. Аналитическая оценка влияния размерных параметров центрифуги на степень очистки масел / Г. А. Ленивцев, Д. Н. Бажутов // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - Самара, 2013. - №3. - С. 44-49.

5. Молофеев М.В. Повышение работоспособности тракторных гидросистем улучшением состояния рабочей жидкости / М.В. Молофеев // Эксплуатация автотракторной техники : опыт, проблемы, инновации, перспективы : сборник статей. - Пенза: МНИЦ ПГСХА, 2013. - С. 69-73.

Размещено на Allbest.ru