ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ УПЛОТНЕНИЙ ХОДОВОЙ ЧАСТИ
МНОГОЦЕЛЕВЫХ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
Машков Ю.К., Зябликов В.С., Кузнецов Э.А., Мамаев О.А.
(ОмГТУ, ОТИИ, г.Омск, РФ)
Гусеничные машины различного назначения (транспортные, сельскохозяйственные, лесного и строительного комплексов) эксплуатируются в разнообразных дорожно-климатических условиях, определяющих режимы работы и нагружения деталей и узлов трения ходовой части машин. От надежности и конструктивного совершенства систем подрессоривания, гусеничного движителя и рабочих органов зависят скорость движения транспортных машин и эффективность выполнения технологических операций и эксплуатации машин лесного и строительного комплексов.
Названные системы многоцелевых гусеничных машин (МГМ) как правило содержат опорные и поддерживающие катки, направляющие колеса, гидравлические усилители и амортизаторы и т.п., снабженные соответствующими герметизирующими устройствами (ГУ) с резиновыми уплотняющими элементами. В процессе эксплуатации и хранения в условиях переменных нагрузок, скоростей и температур неизбежно происходит старение резины, сопровождающееся существенным изменением свойств, потерей работоспособности и разрушением.
Повышение надежности ГУ возможно путем замены резиновых уплотняющих элементов пластмассовыми при соответствующем изменении конструкции всего ГУ. Автором разработаны новые полимерные композиционные материалы (ПКМ) и конструкции ГУ для опорных и поддерживающих катков и направляющих колес, а также для пневморессор МГМ. Результаты стендовых и ходовых испытаний пневморессор с разработанными ГУ в составе БМД подтвердили существенное повышение надежности и ресурса пневморессор ходовой части машин.
С целью повышения надежности уплотнений опорных катков и направляющих колес разработано ГУ с уплотняющими элементами в виде манжет из нового ПКМ и эспандерами в виде резиновых колец круглого сечения. ГУ состоит из двух манжет: одна уплотняет внутреннюю полость подшипников, вторая предотвращает проникновение различных загрязнений из окружающей среды. В этой конструкции резиновые кольца не работают на трение, что обеспечивает значительное повышение их надежности и долговечности.
Для уплотнительных элементов ГУ разработан новый ПКМ на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ). В отличие от ПКМ, разработанного ранее для уплотняющих элементов пневморессоры подвески ходовой части БМД [1] , в состав ПКМ наряду с ультрадисперсным скрытокристаллическим графитом (СКГ) дополнительно с целью повышения износостойкости ПКМ введено измельченное углеродное волокно (УВ). Это вызвано значительно более высокими скоростями скольжения и необходимостью более эффективного отвода теплоты из зоны трения. Количество и соотношение вводимых компонентов определяли по результатам оптимизационных исследований с выполнением испытаний образцов ПКМ на машине трения 2070 СМТ-1 по плану факторного эксперимента. Наряду с параметром оптимизации y-скоростного изнашивания, изучали влияние содержания УВ (варьируемый фактор х1) и СКГ (варьируемый фактор х2) на параметры ограничения: условного предела текучести при сжатии – у2 , модуля при сжатии - у3. Были получены следующие уравнения регрессии:
у1 = (19,5 – 1,68x1 – 1,38x2 ) 10-4 , г/ч ;
у2 = 41,5 + 1,5х1 + 0,8х2 , МПа;
у3 = 195,7 + 18,4х1 , МПа.
Из анализа уравнений регрессии следует, что износостойкость ПКМ повышается при увеличении содержания УВ и СКГ, при этом эффективность влияния УВ выше в 1,2 раза. Предел текучести и модуль упругости повышаются главным образом при введении углеродного волокна. С целью определения оптимального содержания наполнителей проведены исследования методом движения по градиенту (крутое восхождение). Установлено, что максимальная износостойкость – минимальное значение параметра оптимизации находится в области: 4-5 масс. % УВ и 7-8 масс. % СКГ.
Методом рентгеноструктурного анализа установлено, что физической основой повышения характеристик механических и триботехнических свойств ПКМ является структурная модификация полимерной основы ПКМ. Введение наполнителей вызывает изменение структурно-фазового состояния и параметров надмолекулярной структуры ПТФЭ. В зависимости от вида наполнителя и его количества увеличиваются или уменьшаются степень кристалличности, среднее межслоевое расстояние в аморфной фазе, а также параметр С кристаллической ячейки и ее объем. При введении комплексного наполнителя наблюдается уменьшается размеров кристаллитов и самоорганизация надмолекулярной структуры, обеспечивающей повышение механических и триботехнических свойств ПКМ.
Разработанная конструкция ТУ испытана в лабораторных условиях на двух специальных стендах, имитирующих условия эксплуатации уплотнений опорных катков. Испытания в течение времени и на режимах, соответствующих пробегу машины 7000 км, подтвердили высокую работоспособность и надежность ГУ.
Литература
1. Машков Ю.К., Гладенко А.А., Калистратова Л.Ф., Овчар З.Н., Мама-
ев О.А. Структура и свойства политетрафторэтилена, модифицированного природным скрытокристаллическим графитом.// Трение и износ. Т.21, № 1, 2000.- С.47-51.