Повышение эффективности работы сельхозмашин путем снижения гидравлических потерь в закрытых зубчатых передачах

Аграрная политика Российского правительства на современном этапе и перспективе предусматривает развитие производственно-технической базы в аграрном секторе страны, т. е. оснащение его современными средствами механизации. Срок службы и эффективность эксплуатации сельскохозяйственной, мелиоративной и другой техники во многом зависит от эксплуатационных свойств топливо смазочных материалов (ТСМ).

Основным источником получения топлив и смазочных масел является нефть, добыча которой с каждым годом усложняется. Удельный вес нефти и конденсата в топливо энергетическом балансе страны составляет 44%. А как смазочные материалы: масла, различные технические жидкости, пластичные смазки и т. п. составляют более 90% на основе нефтепродуктов (79).

Поэтому проблема рационального и экономичного расхода нефтепродуктов и энергоресурсов на современном этапе экономического и социального развития нашей страны является весьма актуальной.

Сами смазочные материалы используются с давних пор и выполняют следующие функции:

— Снижают мощность, затрачиваемую на приведение в действие машин (полезную мощность). Уменьшая трение между сопряженными поверхностями, способствуют сокращению непроизводительных потерь энергии, а, следовательно, и повышению к.п.д.

— Отводят тепло от нагретых деталей. Отводя тепло от трущихся сопряженных деталей, не допуская их перегрева, способствующего ухудшению условий работы, как деталей, так и машины в целом.

— Уменьшают износ трущихся деталей, а также предохраняют их задание на всех режимах работы при эксплуатации.

— Предохраняют детали от коррозии в результате воздействия различных факторов (воды, кислорода, кислот, и т. д.). Рассмотрим подробнее снижение потерь мощности, которая затрачивается на приведение в действие машин и механизмов.

Каждая движущаяся деталь машины испытывает потери мощности на трение. Трение разрушает детали и поглощает энергию. Потери мощности составляют от 1/3 до ½ производимой в мире энергии (114). Отсюда огромный интерес к проблемам трения и смазки.

Впервые требования к специальным задачам смазки были сформулированы Лейбницем в 1706 г. Он математически описал различие между трением скольжения и трением качения. В 1883 году в работе Н. П. Петрова «Трение в машинах и влияние на него смазывающей жидкости» впервые были заложены основы гидродинамической теории смазки. Эта работа вскоре издается отдельной книгой и в других странах, что послужило толчком к широкой разработке проблем смазки в машинах. По данным американского инженерно-технического общества по смазке (ASLE), к 1955 году только по опорным подшипникам насчитывалось около 2000 исследований в этой области, написанных в разных странах на различных языках.

В настоящее время число работ по смазке и экономии энергии составляет 45. .50 тыс. Это объясняется многообразием конструкций рассматриваемых узлов, принципов образования несущего смазочного слоя (гидростатического, гидродинамического и смешанного), смазочных сред (жидкость, газ, жидкие металлы, магнитные жидкости и т. п.), а также сложностью решения теоретических задач в этой области.

Даже специалистам, работающим только в области смазки, не под силу прочитать систематизировать и проанализировать такое количество работ. Известную трудность вносит также отсутствие единой терминологии, используемой различными авторами, особенно это касается переводной литературы. В целом же в развитии гидродинамической теории смазки можно выделить три периода.

Первый период (1880−1920;е г. г.).

Преобладали транспортные машины, нужно было увеличить интенсивность их эксплуатации (скорость передвижения, увеличение нагрузки и т. д.). В этот период растительные масла и животные жиры постепенно были заменены минеральными маслами, получаемыми из нефти. Были рассмотрены различия в сохранении слоя, образованного растительными и минеральными маслами, заложены экспериментальные основы теории граничной смазки и разработаны концепции структуры граничного слоя. Второй период (1920;1950;е г. г.).

Преобладают исследования уменьшения потерь мощности от смазки в турбинах и компрессорах, опоры которых, хотя и легко нагруженные, имели высокие скорости скольжения. Появляются исследовательские организации по изучению трения и смазки. Одним из первых появилось Американское общество инженеров-смазочников в 1944 году (American Society of Lubrication Engineers). В конце этого периода преобладают исследования легких двигателей внутреннего сгорания, постоянные совершенствования подшипников. Третий период (1950;настоящее время) Этот период характеризуется широким проникновением ЭВМ, большими теоретическими и прикладными исследованиями в области атомной физики и атомной энергетики, космической техники на фоне постоянного совершенствования математики и физики. В этот период (1960 г) под председательством академика А. Ю. Ишлинского был создан Научный совет по трению и смазкам АН СССР, организующий исследования, научные конференции и публикации материалов по этим вопросам. Создаются научно-исследовательские центры по трению и смазкам во многих других странах, которые и по настоящее время активно работают в этой области.

Указанные периоды не имеют жестких границ. Кроме того, развитие гидродинамической теории смазки во многом зависит от широты проникновения необходимых разделов математики в инженерные теории.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Установлено теоретически и подтверждено экспериментально, что гидравлические потери состоят из инерционной и вязкостной составляющей гидравлических потерь.

2. Установлена зависимость изменения инерционной и вязкостной составляющей гидравлических потерь от уровня залитого масла и от частоты вращения колес.

3. На основании теоретических и экспериментальных исследований получена формула определения гидравлических потерь для прямозубых цилиндрических и конических колес в закрытых зубчатых передачах сельскохозяйственных машин.

4. Определены основные направления уменьшения гидравлических потерь.

5. Разработана научно-обоснованная методика определения оп.

18 тимального уровня залитого масла в закрытых зубчатых передачах сельскохозяйственных машин. 6. По разработанной методике произведен расчет оптимального уровня залитого масла в коробку передач и задний мост трактора МТЗ-80:

Гидравлические потери при оптимальном уровне залитого масла у трактора МТЗ-80 снизились от 47 до 63,9%, в зависимости от передачи;

Количество масла на трактор снизилось на 10 литровГодовой экономический эффект на один трактор составляет 45 918 рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Аксютенков В. Т., Карпович А. П. К вопросу создания износостойких опор путем замены скольжения качением при внутреннем контакте. Материалы научно-практической конференции. -Брянск: Изд-во БГХСА, 1997, стр. 55−56.

2. Карпович А. П. Исследования потерь мощности в закрытых зубчатых передачах, работающих в индустриальных маслах и пути их устранения. Материалы XI межвузовской научно-практической конференции. — Брянск: Изд-во БГХСА, 1998, стр. 89.

3. Аксютенков В. Т., Карпович А. П. Состояние проблемы качества сельхозтехники с точки зрения коррозионной стойкости. Сборник трудов Зеи международной научно-технической конференции «Проблемы повышения качества промышленной продукции» — Брянск: Изд-во БГПУ, стр. 40.

4. Аксютенков В. Т., Карпович А. П. Результаты исследований потерь мощности в редукторе. Материалы XII межвузовской научно-практической конференции. «Достижения науки в производство и воспитательный процесс» — Брянск: Изд-во БГХСА, 1998, стр. 16.

5. Аксютенков В. Т., Карпович А. П. Исследование потерь мощности в закрытых зубчатых передачах, влияющих на окружающую среду. Пути устранения потерь мощности. Материалы международной научно-технической конференции «Актуаль.

19 ные проблемы экологии на рубеже третьего тысячелетия и пути их решения". — Брянск: Изд-во БГХСА, 1999, стр.68−69.

6. Аксютенков В. Т., Карпович А. П. Сравнение экспериментальных и теоретических данных потерь мощности от уровня залитого масла. Материалы XIII межвузовской научно-практической конференции «Достижения науки в производство и воспитательный процесс» — Брянск: Изд-во БГХСА, 2000, стр. 133.

7. Карпович А. П. Потери мощности в редукторе от уровня залитого масла, как частный случай сопротивления тел в жидкостях и газах. Международная научно-практическая и учебно-методическая конференция «Наука и образование-возрождение сельского хозяйства России в XXI веке». — Брянск: Изд-во БГХСА, 2000, стр.38−39.

8. Карпович А. П. Определение оптимального уровня залитого масла в закрытых зубчатых передачах. Материалы XIV межвузовской научно-практической конференции «Достижения науки в производство и воспитательный процесс» — Брянск: Изд-во БГХСА, 2001, стр.26−29.