Предлагаются результаты исследования по определению размера абразивных частиц, участвующих в процессе изнашивания деталей, работающих в запыленных условиях эксплуатации. Установлено распределение размера абразивных частиц в масле агрегата по размерным группам.
Ключевые слова: размер абразивных частиц, запыленные условия эксплуатации, износостойкость, зубчатые передачи
The results of a study on the determination of the size of abrasive particles involved in the process of wearing parts working in dusty operating conditions are proposed. The distribution of the size of the abrasive particles in the oil of the aggregate is determined by size groups.
Keywords: the size of abrasive particles, dusty operating conditions, wear resistance, gear drives
Одним из факторов, наиболее существенно влияющих на результаты расчета и экспериментального определения износостойкости материалов шестерен, является концентрация абразивных частиц в масле агрегата.
В процессе трения на каждом цикле нагружения зубьев шестерен концентрация активных абразивных частиц в масле агрегата постоянно меняется. Это является результатом дробления и поступления свежей порции абразивных частиц из окружающей среды 
. Поэтому при оценке износостойкости зубьев шестерен необходимо учитывать закономерности изменения их активности в процессе замкнутой циркуляции масла в агрегате. Анализ состояния данного вопроса показал, что в литературных источниках это недостаточно освещено, в основном, ограничиваются изучением процесса дробления абразивных частиц.
В зубчатых передачах нагрузка, приходящаяся на абразивные частицы, находящиеся в клиновидном зазоре зубьев шестерен, превышает их прочность на сжатие, в результате чего эти частицы подвергаются дроблению
. Из-за того, что коэффициент дробления абразивных частиц равен 7, то размер раздробленных абразивных частиц будет:
(1)
где 
– наибольшая высота шероховатости поверхности трения зубьев шестерен, м; 
– толщина масляной пленки между поверхностями трения зубьев шестерен, м.
В процессе изнашивания зубьев шестерен абразивные частицы, имеющие размер, соответствующий выражению (1), не вступают в силовое взаимодействие с поверхностями трения, и износ от их воздействия не происходит. Концентрация абразивных частиц в масле агрегата может быть постоянной и увеличивающейся по времени из-за проникновения в картер из окружающей среды.
Общая концентрация абразивных частиц в масле постоянна, она остается такой по времени, т. е. в масло извне не поступают свежие порции абразивных частиц. Этот случай характерен для испытания образцов на износостойкость на машине трения. Из-за того, что средний размер абразивных частиц больше, чем суммы высот шероховатостей и толщины масляной пленки, начальную концентрацию активных абразивных частиц в масле агрегата принимаем равной общей их концентрации 
При дроблении активных абразивных частиц в зависимости от количества циклов нагруженный происходит снижение их активности. Рассмотрим изменения активности абразивных частиц в процессе испытания на износостойкость, после каждого цикла нагруженные образцов. Циклом нагружённые считается один полный оборот образца, находящегося в масле. После первого цикла нагружённое концентрация раздробленных абразивных частиц,
,(2)
– коэффициент, учитывающий долю раздробленных абразивных частиц за один цикл нагруженное 
,
,(3)
здесь 
– радиус кривизны образца, находящегося в масле, м; 
– средний размер абразивных частиц, участвующих в процессе изнашивания. м; 
-ширина контакта образцов, м; 
– плотность масла, кг/м3; 
– количество масла, заливаемое в ванночку машины трения, кг: концентрация активных абразивных частиц,
,(4)
После второго цикла нагруженное концентрация раздробленных абразивных частиц,
,(5)
Концентрация активных абразивных частиц,
(6)
Аналогично, после k0 циклов нагруженные: концентрация раздробленных абразивных частиц,
(7)
Концентрация активных абразивных частиц,
(8)
Полученные аналитические зависимости показывают, что при постоянной общей концентрации абразивных частиц, находящихся в масле, увеличение размера частиц, радиуса кривизны и ширины контакта образца, окунающегося в масло, приводит к повышению интенсивности их дробления. Это объясняется тем, что увеличение радиуса кривизны и ширины контакта образцов приводит к повышению площади их контакта поверхностей трения с маслом, в соответствии с чем возрастает количество прилипших на данной поверхности абразивных частиц.
Результаты эксплуатационных испытаний, проведенных в автогрейдерах, показывают, что увеличение продолжительности работы приводит к уменьшению содержания крупных абразивных частиц в масле агрегата 
. Это подтверждает их дробление. Результаты анализа загрязнителей масла агрегатов авторейдера приведены в табл. 1. Так, после 240 ч работы в заднем мосту находились 51,3 % абразивных частиц размером 4–8 мкм, 37,2 % размером 9–16 мкм и 11,5 % размером 17–40 мкм, а в картере бортового балансира соответственно 64,4 % абразивных частиц 4–8 мкм 25,1 % размером 9–16 мкм и 10,5 % 17–40мкм.
Таблица 1
Распределение загрязнителей трансмиссионного масла агрегатов автогрейдера по размерным группам
|
Проба масла |
Концентрация загрязнителей |
Размер загрязнителей, мкм |
|||||
|
4–8 |
9–12 |
13–16 |
17–20 |
21–25 |
26–40 |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Задний мост после наработки 240 ч |
|||||||
|
1 |
0,25 |
55,1 |
26,0 |
7,6 |
6,6 |
2,5 |
2,2 |
|
2 |
0,20 |
51,1 |
29,1 |
8,0 |
7,2 |
2,7 |
1,9 |
|
3 |
0,24 |
48,1 |
32,2 |
8,4 |
6,8 |
2,4 |
2,1 |
|
4 |
0,22 |
51,0 |
29,2 |
8,2 |
6,8 |
2,8 |
2,0 |
|
Средний |
0,23 |
51,0 |
29,1 |
8,1 |
6,8 |
2,6 |
2,1 |
|
Задний мост после наработки 1200 ч |
|||||||
|
1 |
1,28 |
63,9 |
24,2 |
6,7 |
6,1 |
2,1 |
1,5 |
|
2 |
1,25 |
55,4 |
27,2 |
7,0 |
6,2 |
2,4 |
1,8 |
|
3 |
1,31 |
54,9 |
29,1 |
7,2 |
5,7 |
1,9 |
2,2 |
|
4 |
1,28 |
57,7 |
25,8 |
7,4 |
5,7 |
2,3 |
1,7 |
|
Средний |
1,28 |
56,5 |
26,6 |
7,0 |
5,9 |
2,2 |
1,8 |
|
Бортовой балансир после наработки 240 ч |
|||||||
|
1 |
0,21 |
65,3 |
17,8 |
7,0 |
5,2 |
2,5 |
2,3 |
|
2 |
0,23 |
63,9 |
19,3 |
6,4 |
5,6 |
2,7 |
2,5 |
|
3 |
0,19 |
63,5 |
17,8 |
7,0 |
6,1 |
2,4 |
2,7 |
|
4 |
0,25 |
64,8 |
18,6 |
6,6 |
5,3 |
2,8 |
2,1 |
|
Средний |
0,22 |
64,4 |
18,4 |
6,7 |
5,6 |
2,6 |
2,4 |
|
Бортовой балансир после наработки 1200 ч |
|||||||
|
1 |
1,25 |
72,1 |
13,6 |
6,3 |
4,2 |
2,0 |
1,8 |
|
2 |
1,32 |
71,9 |
14,3 |
5,3 |
4,5 |
1,8 |
1,9 |
|
3 |
1,28 |
72,2 |
12,8 |
5,8 |
4,8 |
2,1 |
2,3 |
|
4 |
1,35 |
70,4 |
15,1 |
6,0 |
4,5 |
2,0 |
2,0 |
|
Средний |
1,30 |
71,6 |
14,0 |
5,9 |
4,5 |
2,0 |
2,0 |
После 1200 ч работы содержание мелких (до 8 мкм) абразивных частиц увеличивается. Так, в заднем мосту содержатся частицы размером 4–8 мкм, 33,6 % размером 9–16 мкм и 9,9 % размером 17–40мкм, а в картере бортового балансира соответственно 71,6 % размером 4–8 мкм, 19,9 % размером 9–16 мкм и 8,5 % размером 17–40мкм.
Литература:
- Барский И. Б. Конструирование и расчета тракторов. – М.: Машиностроение, 1980. – 335 с.
- Величкин И. П. Ускоренные испытание в общей системе испытаний машин на надежность. // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1999. № 2. С. 27–31.
- Иргашев А. И. Повышение износостойкости зубчатых передач – Т.: ТашГТУ, 2015. – 175 с.
- Иргашев А. И. Износостойкости зубчатых передач –Т.: ТашГТУ, 2013. – 165 с.
- Икрамов У. А., Иргашев А., Махкамов К. Х. Расчетная модель для оценки износостойкости зубчатых передач по концентрациям продуктов износа в масле. // Трение и износ. 2003. Том 24, № 6. С. 620–625.
