ИССЛЕДОВАНИЕ СМАЗОК  В ШЛИЦЕВЫХ  СОЕДИНЕНИЯХ КАРДАННЫХ ВАЛОВ АВТОЛЕСОВОЗОВ

 

Быков В.В., Капустин Р.П. (БГИТА, г.Брянск, РФ)

 

Research of greasings in connections of shaft of autotimber carrying vessels.

 

Карданная передача автолесовозов состоит из двух валов, соединенных шлицевым соединением, и шарниров. Шлицевое соединение обеспечивает изменение длины карданных валов при прогибе рессор. Смещение  вала в шлицевой втулке достигает 40…50 мм, что обусловливает интенсивное изнашивание сопряжения при нарушении герметичности соединения и из-за больших нагрузок (крутящие моменты и осевые силы). При этом возможны изгиб и скручивание трубы карданного вала.

Кафедрой механизации лесной промышленности и лесного хозяйства (теперь кафедрой технического сервиса) БГИТА проводятся  исследования изнашивания карданных передач лесовозных автомобилей с использованием различных смазочных материалов. С этой целью проводились стендовые исследования [1]. В связи с появлением новых смазочных материалов стендовые исследования продолжены, а также проведены наблюдения за техническим состоянием шлицевых соединений карданных валов автолесовозов в условиях их эксплуатации в лесхозах Брянской области. Наблюдения проведены за лесовозными автомобилями марок Зил-131, Урал-4320, МАЗ-509А и КамАЗ-5312 в сцепе с роспусками ТМЗ-802 и ГКБ-9383.

В заводских инструкциях по эксплуатации автомобилей даются завышенные нормативы периодичности замены смазочных материалов в карданных передачах (до 20000 км пробега). Специфика работы автолесовозов: большие нагрузочные режимы, движение по бездорожью и по воде, безгаражное хранение и др. требуют снижения нормативов периодичности смазочных операций до 10000 км пробега.

Применение новых пластичных смазок будет способствовать снижению износа шлицевых соединений карданных передач и повышению срока их службы.

Для смазывания шлицевых соединений карданных валов автомобилей применяют сложные по составу пластичные смазки. В качестве масляной основы смазок используются различные масла нефтяного и синтетического происхождения. Загустителями могут быть мыла жирных кислот, парафин, сажа и др. Содержание загустителя в пластичных смазках составляет 10-20%.  Размеры частиц дисперсной фазы загустителя колеблются от 0,1 мкм до 10 мкм. Для улучшения противоизносных, противозадирных и консервационных свойств, в пластичные смазки добавляют присадки (до 5%).

К основным эксплутационным характеристикам пластичных смазок относятся: предел прочности, вязкость, коллоидная стабильность, температура каплепадения, механическая стабильность и водостойкость [2].

Предел прочности характеризует способность смазок удерживаться в узлах трения под влиянием инерционных сил. Он зависит от температуры, с повышением которой отмечается его снижение.

Вязкость пластичных смазок с повышением температуры узла снижается, ухудшая тем самым свои противоизносные свойства. Определяется она при 10 с^-1.

Температура, при которой падает первая капля смазки, называется температурой каплепадения. По этой характеристике смазки подразделяют на низкоплавкие (t_кп = до 60⁰С), среднеплавкие (t_кп = от 60 до 100⁰С) и тугоплавкие (t_кп >100⁰С).

Смазка с плохой механической стабильностью быстро разрушается, разжижается и вытекает из узлов трения.

По типу загустителя смазки подразделяются на смазки мыльные на органических и неорганических загустителях и углеводородные смазки [3].

Для исследования работоспособности пластичных смазок, рекомендуемых автозаводами для смазывания шлицевых соединений карданных валов, приняты [3] смазка 158, литол-24 и фиол-2, основные физико-химические и эксплуатационные свойства которых приведены в таблице 1.

 

Таблица 1- Физико-химические и эксплуатационные свойства исследуемых смазок  [2].

Марка смазки	Примерный состав		Температура кипения, 0С	Температурный предел работоспособности		Коллоидная стабильность, %	Число пенетрации при 250С, М, 10-4	Предел прочности при 200С, Па	Водостойкость	Вязкость при 00С и 10с-1, Па·с
	Дисперсная среда	Загусти- тель		нижний	верхний
Литол- 24	Нефтяное масло	Литиевое мыло, антиокислительная, вязкостная		- 40	+ 120	12	220-250	500- 1000	Водостойкая	380
Смазка  №158	Нефтяное масло	Литиево-калиевое мыло		- 30	+ 110	23	310-340	150- 500	Водостойкая	400
Фиол- 2	Смесь нефтяных масел И-50 и веретенного	Литиевое мыло, вязкостная, дисульфид молибдена		- 40	+ 120	15	265-295		Водостойкая	250

 

Смазка №158, рекомендуемая для смазывания карданных валов, не имеет полноценной замены, она предотвращает заедание и задиры трущихся поверхностей при высоких нагрузках, обладает хорошей водостойкостью, что соответствует эксплуатационным условия работы карданных валов лесовозных автомобилей. Однако условия работы автолесовозов способствуют при нарушении герметичности  вымыванию смазки и её вытеканию из шлицевого соединения вала, что ограничивает срок её  службы и требует частой замены. Норма расхода пластичных смазок составляет 0,25 – 0,30 кг на 100 л общего расхода топлива. Заменителем может быть Литол-24.

Литол-24 является унифицированной смазкой, обладает хорошей водостойкостью, выдерживает широкий диапазон температур и имеет хорошую механическую стойкость, при нагревании не упрочняется. В течение длительного времени сохраняет работоспособность при  +130⁰С. (Рабочие температуры шлицевых сочленений карданных валов находятся в пределах  +60⁰С). Заменителем является пластичная смазка улучшенного качества Фиол-2.

Фиол-2 является многоцелевой смазкой, содержащей антиокислительные, вязкостные, антикоррозионные и антиизносные присадки. Она водостойка и работоспособна в широком интервале скоростей и нагрузок. Эта смазка обладает хорошими консервационными свойствами.

В таблице 2 приведены результаты замеров сил трения в шлицевом соединении с испытуемыми смазками.

 

Таблица 2 – Зависимость сил трения в шлицевом соединении карданного вала при ходе сжатия от времени наработки вала и вида смазки при нагружающем моменте М_кр = 500 Нм,  кН

Вид смазки	Время работы, час
	0	10	20	40	60	80	100	120	140
Литол -24	5,33	3,185	3,5	Задир
Смазка №158	2,85	2,67	2,18	2,2	2,6	Задир
Фиол-2	2,49	2,3	2,415	2,35	2,33	2,3	2,18	2,5	2,75	Задир

 

Из таблицы 2 видно, что в начальный момент (период приработки) силы трения достаточно высокие, затем уменьшаются или остаются постоянными (например, для смазки Фиол-2) до момента появления задира. Появление задира вызывает резкое увеличение сил трения и изнашивания. Если вал с задиром продолжать испытывать, то зона задира быстро расширяется, вызывая нагрев зоны трения, что приводит к увеличению сил трения и интенсивному изнашиванию шлицев. Смазка разжижается и теряет антифрикционные свойства.

В таблицах 3 и 4 представлены данные по изнашиванию шлицев вала и втулки карданного вала.

 

Таблица 3 – Динамика изнашивания шлицев вала в зависимости от вида применяемой смазки при нагружающем моменте  М_кр = 400 Нм,  мм

Вид смазки	Время работы, час
	0	10	20	40	60	80	100	120	140
Литол-24	0	0,03	0,1	Задир
Смазка №158	0	0,015	0,01	0,02	0,06	Задир
Фиол-2	0	0,01	0,012	0,005	0,005	0,005	0,008	0,015	0,02	Задир

 

Таблица 4 – Динамика изнашивания шлицев втулки в зависимости от вида применяемой смазки при нагружающем моменте  М_кр = 400 Нм,  мм

Вид смазки	Время работы, час
	0	10	20	40	60	80	100	120	140
Литол-24	0	0,048	0,366	Задир
Смазка №158	0	0,017	0,05	0,217	0,667	Задир
Фиол-2	0	0,008	0,015	0,015	0,005	-0,005	-0,017	-0,002	0,025	Задир

 

Характер изнашивания шлицев свидетельствует о наличии так называемого горячего заедания, так как разрушение тонкой масляной пленки происходит под воздействием нагрузки и повышенных температур в зоне контакта тел, где образуются очаги схватывания. Этот процесс характеризуется интенсивным изнашиванием, о чем свидетельствуют данные таблицы.

Качество смазки является важнейшим фактором, влияющим на процесс заедания и изнашивания шлицев. Лучшие результаты при испытаниях показала смазка Фиол-2, с которой шлицевое  соединение работало без заметного износа до появления задира, т.е. до тех пор, пока смазка сохраняла свои функциональные свойства. Смазка №158 занимает промежуточное положение между смазками  Литл-24 и Фиол-2. Наработка шлицевого соединения до появления задира со смазкой Литол-24 составила 20 ч,  со смазкой №158 - 60 ч, со смазкой Фиол-2 – 140 ч.

Проведенные исследования работоспособности смазок в шлицевом соединении карданных валов автомобилей Зил и КамАЗ показали, что наименьший ресурс шлицевое соединение имеет с применяемой в настоящее время смазкой Литол-24, наибольший – со смазкой Фиол-2.

Рекомендуется в шлицевом соединении карданных валов лесовозных автомобилей применять смазку Фиол-2, что увеличит ресурс соединения и всего вала не менее чем в 3 раза.

Периодичность  замены смазок снизить до 10000 км пробега с целью исключения возникновения задиров в шлицевом  соединении карданных валов лесовозных автопоездов.

Литература

[1] Быков, В.Ф., Капустин, Р.П., Шувалов, А.В. Исследование работоспособности карданных валов автолесовозов/В.Ф.Быков, Р.П.Капустин, А.В.Шувалов. //Эксплуатация лесовозного подвижного состава. Межвузовский сб.- Свердловск: Изд-во УПИ им. С.М.Кирова,УЛТИ им. Ленинского комсомола, 1987.- С. 11-14.

[2] Васильева, Л.С. Автомобильные эксплуатационные материалы: Учеб.для вузов /Л.С.Васильева – М.:  Наука-Пресс, 2003.- 421с.

[3]  Балтенас,Р, Сафонов,А.С., Ушаков,А.И., Шергалис,В. Трансмиссионные масла. Пластичные смазки/Р.Балтенас, А.С.Сафонов, В.Шергалис – СПб.: ООО «Изд-во ДНК»,2001.- 209с.