8-10 июня 2011г .

1. ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ШАРНИРНЫХ СОПРЯЖЕНИЙ ЖАТКИ ТРИБОМЕХАНИЧЕСКИМ МОДИФИЦИРОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ Витязь П.А., Жорник В.И., Леванцевич М.А., Камко А.И. VII-яМеждународная научно-техническая конференция институтов сельскохозяйственной инженерии стран Восточной и Центральной Европы Республика Беларусь, г.Минск 8-10 июня 2011г. 1

2. ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ РАБОТЫ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К МЕХАНИЗМАМ КОПИРОВАНИЯ ЖАТОК ЗЕРНОУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ - Убираемые культуры – зерновые, колосовые,зернобобовые, крупяные, масляничные - Урожайность, т/га – до 10 -Засоренность, % – до 30 -Полеглость, % – до 50 -Рельеф поля – ГОСТ 12.2002-91 -Уклон, % – до 10 -Влажность почвы, % – до 60 -Твердость почвы, Н/см2 – не менее 50 -Масса жатки, т– 1,7-2,0 - Рабочая скорость с копированием рельефа поля, м/с – до 2,0 -Допустимая нагрузка на опорные башмаки жатки, кН – не более 0,80 -Реакция в шарнирах механизмов копирования, кН – 7,8-31,9 -Относительные перемещения элементов шарниров, %± 15 -Отклонения от установленной высоты срезы стебля, % – не более 25 -Регламентируемые потери зерна за жаткой, % на стандартном агрофоне – 0,5 на полеглом и засоренном хлебостое – 1,0 Элементы шарнирных сопряжений, лимитирующие работоспособность механизмов копирования жаток Захват почвы режущим аппаратом жатки вследствие нарушения работоспособности механизмов копирования 2 2

3. 2 ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ МЕХАНИЗМОВ КОПИРОВАНИЯ РЕЛЬЕФА ПОЛЯ ЖАТКАМИ ЗЕРНОУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ Механическая система уравновешивания ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ МЕХАНИЗМОВ КОПИРОВАНИЯ РЕЛЬЕФА ПОЛЯ ЖАТКАМИ ЗЕРНОУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ Механическая система уравновешивания продольное копирование поперечное копирование для комбайнов СК-3, СК-4, СК-5 «Нива», Дон-1500, Е-516, Е-527, Кейс-525 Гидромеханическая система уравновешивания продольное копирование 1 – корпус жатки 2 – корпус наклонной камеры 3 – режущий аппарат 4 – опорный башмак 5 – гидроцилиндр подъема жатки 6 – пружина механизма продольного копирования 7 – пружина механизма поперечного копирования 8 – гидропневмоаккумкулятор 9 – гидронансос с системой управления 10 – датчик поперечного копирования 11– электрогидравлический блок управления 12 – гидроцилиндр механизма поперечного копирования для комбайнов Bizon BSZ-110, Mega-202, Mega-204, Mega-208 Электро-гидромеханическая система уравновешивания продольное копирование поперечное копирование для комбайнов Lexion-540, Lexion-560, John Deer-9880 3 длякомбайнов Lexion-540, Lexion-560, John Deer-9880

4. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА УЗЛОВ ТРЕНИЯ ФОРМИРОВАНИЕМ ЗАЩИТНЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ • Формирование износо-стойких покрытий • - электродуговая наплавка; • индукционная наплавка; • электроконтактная наплавка; • газотермическое напыление; • электрохимическое • осаждение • Формирование антифрикционных покрытий • индукционная наплавка; • газотермическое напыление; • электрохимическое • осаждение; • деформационное • плакирование; • нанесение полимерных • покрытий • Триботехнологии • наплавка покрытий • трением; • финишная антифрик- • ционная безабразивная • обработка (ФАБО); • - трибополимеризация; • - РВС-технологии; • трибомеханическое моди- • фицирование поверхности • в среде смазки с наноразмер- • ными твердыми добавками; 4

5. СТРУКТУРА ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Литиевая смазка Литол-24 Комплексная литиевая смазка ИТМОЛ-150 Металлоплакирующая смазка МС-1400 Комплексная сульфонат-кальциевая смазка ИТМОЛ-Su200 5

6. ХАРАКТЕРИСТИКА УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО АЛМАЗА ДЕТОНАЦИОННОГО СИНТЕЗА Структура частицы УДА до (а) и после (б) очистки Фрагмент рентгеновской дифрактограммы (СоКα) алмазно-графитовой шихты УДАГ (ША-А) а б 1 – адсорбированные газы и радикалы; 2 – графит; 3 – луковицеподобный графит; 4 – алмазное ядро Схематическое изображение поверхности наноалмаза с различными функциональными группами на поверхности Внешний вид конгломератов частиц алмазно-графитовой шихты УДАГ (ША-А) • - удельная поверхность S = 350-450 м2 /г; • - размер частиц 8-10 нм;. • плотность частиц УДА –3,1-3,4 г/см3;. • насыпная плотность – 0,4 г/см3, • Химическая очистка продуктов детонационного синтеза растворами азотной кислоты позволяет повысить объемную долю алмазов с 40-50% до 92-96%. • На поверхности частиц присутствуют карбоксильные, гидроксильные, метильные и нитрильные группы 6

7. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ ПЛАСТИЧНОЙ СМАЗКИ, МОДИФИЦИРОВАННОЙ НАНОРАЗМЕРНЫМИ ДОБАВКАМИ Схема процесса структурообразования дисперсной фазы пластичной смазки в присутствии наноалмазов Стадии получения литиевой смазки, модифицированной наноразмерными алмазосодержащими добавками Нагрев масла Введение нано- размерных добавок Введение загусти- теля (12-гидро-ксистеарин. к-та) Расплавле-ние кислоты Нагрев и гомогениза-ция расплава Нейтрализация кислоты Введение гидро-окиси лития а б в а – наноразмерная добавка; б – добавка с адсорбированными молекулами кислоты; в – добавка после нейтрализации кислоты; г – структурированные молеку-лы солей с имплантированными наночастицами Охлаждение расплава введением масла Фильтрация смазки Гомогениза-ция смазки Деаэрация смазки г Схема взаимодействия наночастиц с волокном дисперсной фазы и микроструктура дисперсной фазы литиевой смазки с добавками наноалмазов Схема реакции нейтрализации 12-St кислоты Механизм поликонденсации молекул мыла введение после кристаллизации дисперсной фазы введение до кристаллизации дисперсной фазы Патент РБ №10897 Патент РБ №5906 7

8. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ ЛИТИЕВОЙ СМАЗКИ С ПАКЕТОМ НАНОРАЗМЕРНЫХ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ ДОБАВОК Состав комплексной пластичной смазки с пакетом наноразмерных алмазосодержащих добавок, мас.% патент РБ №13277 – 12-гидрооксистеариновая кислота 4,7 – 5,4 – ортоборная кислота 1,4 – 1,7 – терефталевая кислота 0,9 – 1,2 – гидроокись лития 0,8 – 1,2 – УДА 0,8 – 2,8 – дисульфид молибдена 1,2 – 2,3 – геомодификатор (диатомит) 1,1 – 1,4 – антиокислительная присадка 0,4 – 0,6 – антикоррозионная присадка 0,4 – 0,6 – масло остальное Объемно-механические и триботехнические характеристики пластичных комплексных литиевых смазок, изготовленных по различным вариантам Сопоставление физических характеристик Сопоставление триботехнических характеристик 8

9. ЭВОЛЮЦИЯ СТРУКТУРЫ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК В ПРОЦЕССЕ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ Микроструктура дисперсной фазы смазки Литол-24 Микроструктура дисперсной фазы смазки ИТМОЛ-150Н, модифицированной наноразмерными алмазосодержащими добавками исходное состояние исходное состояние состояние после 10 км пути трения состояние после 10 км пути трения состояние после 15 км пути трения состояние после 15 км пути трения состояние после 25 км пути трения 9

10. ТРИБОМОДИФИЦИРОВАНИЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ ТРЕНИЯ СО СМАЗКОЙ, СОДЕРЖАЩЕЙ НАНОРАЗМЕРНЫЕ АЛМАЗНО-ГРАФИТОВЫЕ ДОБАВКИ 1 - без приработки; 2-4 – с приработкой 1, 4 - 30 МПа; 2- 10 МПа; 3 - 20 МПа контртело – сталь 60Г (закаленная) 10

11. МИКРОСТРУКТУРА ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ СТАЛИ 45 ПОСЛЕ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПО СХЕМЕ ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ отожженная H=1800 МПа отожженная H=1800 МПа закаленная H=6500 МПа H=2950 МПа H=2700 МПа H=6900 МПа Литол-24+ША-А Литол-24 Литол-24 закаленная отожженная закаленная H=6800МПа H=7000 МПа H=3300 МПа Литол-24+ША-А Литол-24+ША-А Литол-24+ША-А 50 мкм Контртело - сталь 60Г (закаленная) давление 30 МПа давление 20 МПа 11

12. МИКРОСТРУКТУРА ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ СТАЛИ ШХ15 ПОСЛЕ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПО СХЕМЕ ТРЕНИЯ КАЧЕНИЯ твердость 35-40 HRC смазка Литол-24+ША-А смазка Литол-24 твердость 62-64 HRC смазка Литол-24+ША-А смазка Литол-24 • удельная нагрузка 200 Н/мм, скорость 1,0 м/с 12

13. МИКРОСТРУКТУРА ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ ПЛАСТИЧНОГО МАТЕРИАЛА, ТРИБОМОДИФИЦИРОВАННОЙ В СРЕДЕ СМАЗКИ С НАНОРАЗМЕРНЫМИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИМИ ДОБАВКАМИ сталь 45 медь М1 0,05 мкм 0,05 мкм смазка Литол-24+ УДАГ, давление 20 МПа смазка Литол-24+ УДАГ, давление 10 МПа Значения микротвердости и структурных параметров стали 45после триботехнических испытаний 13

14. смазка, модифицированная ША-А высокопрочный материал частицы износа трещины высокопрочный материал смазка, модифицированная ША-А высокопрочный материал ячеистая субструктура пластичный материал МОДЕЛЬ ФРИКЦИОННОГО РАЗРУШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ В СРЕДЕ СМАЗКИ С НАНОРАЗМЕРНЫМИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИМИ ДОБАВКАМИ Схема распределения напряжений вблизи внедренной в поверхность трения частицы наноалмаза Критический размер трещины lcв соответствии с модифицированной Орованом моделью Гриффитса где Е – модуль упругости материала, c – критическое напряжение перемещения трещины; ef – эффективная поверхностная энергия lс=2efE/c2 с=KIC/(lс)1/2 где KIС – критический коэффициент интенсивности напряжений где  – характеристический параметр структуры, s – предел текучести при сдвиге; – коэффициент Пуассона; – относительное сужение при разрыве Схема фрикционного взаимодействия материалов в среде смазки, модифицированного добавками Кривые критического разрушения для стали 45, повергнутой различной термической обработке 14

15. 1 3 2 ОТРАБОТКА РЕЖИМОВ ТРИБОМЕХАНИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ В СРЕДЕ СМАЗКИ С НАНОРАЗМЕРНЫМИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИМИ ДОБАВКАМИ Зависимость размера зерна в поверхностном слое от пути трения Зависимость пути трения до завершения приработки от исходной шероховатости поверхности 1 – 5 МПа; 2 – 10 МПа; 3 – 20 МПа 1 – 5 МПа; 2 – 10 МПа; 3 – 20 МПа Са=1,0 мас.% Са=1,0 мас.% медь М1 медь М1 контртело – закаленная сталь 45, Ra =0,63 мкм) Интенсивность изнашивания меди М1 в среде смазки Литол-24 Патент РБ № 11869 Для пары трения «сталь 45 – медь М1» (Ra =0,32-0,63 мкм) в среде смазки Литол-24 с алмазно-графитовой добав-кой ША-А рекомендуется приработка с удельной нагрузкой в зоне трибокон-такта р=10-20 МПа при концентрации ША-А Са=0,75-1,0 мас.% на протяже-нии 240-270 м пути трения 15

16. СХЕМА РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ТРИБОМЕХАНИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ ШАРНИРОВ ЖАТКИ Патент РБ № 11869 ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦИКЛ Деформационное плакирование Нанесение слоя меди толщиной 5 мкм (стальная щетка; натяг ворса 1,0 мм; линейная скорость вращения щетки 25 м/с; соотношение линейных скоростей вращения детали и щетки 0,013; осевая подача 0,75 мм/об; количество проходов5) Смазывание Нанесение слоя смазочного материала (2,5 см3комплекс-ной литиевой смазки ИТМОЛ-15ОН с ША-А) ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ ЦИКЛ Трибомеханическое модифицирование Приработка шарнирного сопряжения с медным покрытие и смазкой ИТМОЛ-15ОН с ША-Ав течение 40-50 часов Эксплуатация шарниров с модифицированным покрытием в смазке Литол-24 Элементы шарнирных сопряжений жатки 16

17. ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ШАРНИРОВ ЖАТОК ТРИБОМЕХАНИЧЕСКИМ МОДИФИЦИРОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ Элементы шарнирных сопряжений механизмов копирования жатки ЖЗК-6 перед испытаниями после испытаниями перед испытаниями после испытаниями серийное исполнение трибомодифицированное исполнение Показатели работоспособности механизмов копирования жаток зерноуборочных комбайнов Трибомеханическое модифицирование рабочих поверхностей шарниров механизмов копирования рельефа поля жаток зерноуборочных комбайнов позволяет в 1,3–1,4 раза повысить быстродействие механизмов копи-рования, увеличить в 2 раза срок до проведения очередного ТО шарнирных сопряжений, снизить на 0,26 % потери зерна за жаткой. 17

18. Спасибо за внимание!