Введение к работе
Актуальность темы. Высокая подвижность многоцелевых гусеничных и колесных машин (МГКМ) является одной из основных характеристик их технического совершенства. Это связано с тем, что реализация скоростных качеств многоцелевых гусеничных и колесных машин (МГКМ), особенно в условиях бездорожья, пересеченной местности и преодоления водных преград в значительной степени зависит от совершенства конструкции механизмов ходовой части. В этой связи, наряду с огневой мощью и защищенностью, подвижность характеризует технический уровень боевой машины и определяет ее готовность к выполнению поставленной задачи.
При разработке, производстве и эксплуатации МГКМ надежности работы механизмов ходовой части постоянно уделяется особое внимание. Специфика эксплуатации МГКМ создает очень напряженные условия работы для подшипниковых узлов ступиц опорных катков и направляющих колес. Работоспособность и ресурс подшипников в определяющей степени зависят от надежности и срока службы резиновых манжетных уплотнений, защищающих внутренние полости ступиц от проникновения абразива из окружающей среды. Попадание абразива во внутреннюю полость ступицы изменяет вид изнашивания, приводит к неконтролируемому катастрофическому износу подшипников и разрушению всего механизма.
Герметизирующее устройство ступиц опорных катков и направляющих колес содержит две ступени: первая - лабиринтное уплотнение из двух колец, вторая - радиальное уплотнение из двух резиновых манжет. Этот тип уплотнений широко применяется для уплотнения осей и валов машин. Однако данной конструкции ГУ присущ ряд недостатков, к которым необходимо отнести: статический и динамический эксцентриситеты поверхности вала; чувствительность к отклонениям от геометрической формы сопряженной поверхности вала и погрешности его установки; нестабильность и снижение вязко-упругих свойств резины вследствие процессов старения и релаксации, а также её низкие триботехнические свойства. Жесткие условия эксплуатации, а также недостатки конструкции и свойств материала уплотнений приводят к отказам герметизирующих устройств (ГУ) и не обеспечивают необходимых требований к надежности опорных катков и направляющих колес ходовой части МГКМ.
Проблема обеспечения высокой степени герметичности подвижно сопряженных поверхностей деталей машин относится к одной из сложных научно-технических задач трибологии и герметологии. Механизм герметизации подвижных соединений обусловлен не только механическим взаимодействием контактирующих поверхностей, но и процессами деформации, трения и изнашивания материалов в зоне контакта, а также физико-химическими превращениями материалов в процессе эксплуатации в различных средах.
Анализ конструкции, условий эксплуатации и физических причин потери работоспособности герметизирующих устройств ступиц опорных катков показал, что для устранения выявленных недостатков и повышения надежности хо-ювоірд$рзий<М<&й1 необходимо разработать и применить новый антифрикци-ГОСУДАРСТВЕННАЯ
онный материал для уплолштельных элементов и более совершенную конструкцию уплотнений. Новый материал должен иметь высокие триботехнические свойства и длительно сохранять их в заданных условиях эксплуатации. При этом необходимо изучить совокупность взаимосвязанных механизмов герметизации, трения и изнашивания сопряженных полимерных и металлических поверхностей герметизирующего устройства ступицы опорного катка.
Целью работы является повышение работоспособности, износостойкости и срока службы уплотнений осей опорных катков и направляющих колес ходовой части МГКМ путем разработки комбинированного герметизирующего устройства с уплотняющими элементами из нового полимерного композиционного материала высокой износостойкости, разработанного на основе исследования закономерностей структурной модификации полимерной матрицы комбинированными наполнителями-модификаторами.
Научная новизна работы определяется следующими результатами:
-
Получены уравнения регрессии, отражающие зависимость механических и триботехнических свойств модифицированного ПТФЭ от концентрации отдельных компонентов при модифицировании комплексными модификаторами.
-
Установлена неаддитивность влияния различных по размерам и форме частиц компонентов на степень кристалличности и другие параметры надмолекулярной структуры модифицированного ПТФЭ.
-
Установлено явление структурной модификации и приспосабливаемо-сти ПТФЭ, наполненного комплексным волокнисто-дисперсным модификатором, в условиях фрикционного взаимодействия, выражающееся в изменении его структурно-фазового состояния и параметров надмолекулярной структуры.
-
Разработаны методики и установки для проведения лабораторных испытаний герметизирующих устройств, обеспечивающие ускоренный режим испытания и имитацию эксплуатационных условий работы уплотнений в составе ходовой части машины.
Практическая значимость полученных результатов.
-
Разработан и оптимирован новый ПКМ на основе ПТФЭ с комплексным волокнисто-дисперсным наполнителем, обладающий высокой износостойкостью, при этом жесткость материала определяется соотношением концентраций волокнистого и дисперсного компонентов наполнителя.
-
Разработана конструкция комбинированного герметизирующего устройства для ступицы опорного катка ходовой части МГКМ с уплотнительными элементами из разработанного ПКМ, снабженная эластомерными компенсаторами погрешностей изготовления и монтажа ГУ и обеспечивающая повышение его надежности и ресурса.
-
Разработанная конструкция ГУ обеспечивает взаимозаменяемость ГУ с серийными манжетными уплотнениями оси ступицы опорного катка.
-
Разработанные ПКМ, схема ГУ и методики ускоренных испытаний могут быть использованы при решении задач повышения надежности и ресурса уплотнений различных узлов трения ходовой части МГКМ.
На защиту выносятся следующие научные положения и результаты:
-
новый полимерпый композиционный материал на основе ПТФЭ, разработанный на основе результатов исследования влияния комплексного наполнителя-модификатора на структурно-фазовое состояние, параметры надмолекулярной структуры и свойства I1KM;
-
уравпения регрессии, отражающие зависимость скорости изнашивания, предела текучести и модуля упругости ПКМ от концентрации компонентов-модификаторов и позволяющие определить состав ПКМ в зависимости от требуемого уровня механических и триботехнических свойств;
-
установленное явление структурной модификации и приспосабливаемое наполненного ПТФЭ в условиях фрикционного взаимодействия с металлическим контртелом, выражающееся в изменении его структурно-фазового состояния и параметров надмолекулярной структуры;
4) кинетические зависимости скорости изнашивания уплотнительных
элементов - манжет от скорости относительного скольжения (частоты враще
ния) уплотняемой поверхности вала;
5) конструкция герметизирующего устройства осей опорных катков гусе
ничного движителя, разработанная с учетом напряженно-деформированного
состояния и физико-мехапических свойств материалов силового и уплотняю
щего элементов и обеспечивающая компенсацию погрешностей изготовления и
монтажа деталей опорных катков, и взаимозаменяемость с серийными уплотне
ниями.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях и симпозиумах: «Динамика систем, механизмов и машин», г. Омск, 1999 г; «Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте», г. Самара, 1999 г; «Проблемы и прикладные вопросы физики», г. Саранск, 1999 г; «Автоматизация и прогрессивные технологии», г. Новоуральск, 1999 г; 9th Nordic Symposium of Tribology NORDTRIB-2000, Финляндия, 2000 г; «Состояние и перспективы развития дорожного комплекса», г. Брянск, 2000 г; «Новые материалы и технологии на рубеже веков», г. Пенза, 2000 г; «Перспективы развития лесного и строительного комплексов, подготовки инженерных и научных кадров на рубеже веков», г. Брянск, 2000 г. В полном объеме работа докладывалась на расширенном заседании кафедры «Материаловедение и технология конструкционных материалов» Омского государственного технического университета с участием ученых и специалистов Омского танкового инженерного института.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ.
Структура диссертации. Диссертация содержит введение, четыре главы, выводы, список литературы, приложение. Работа изложена на 137 страницах основного текста, включая 37 рисунков, 19 таблиц и 3 приложения. Список литературы содержит 55 наименований.
