Результаты сравнительного контроля температурного режима шарниров серийной и предлагаемой цепи

Цепные передачи с приводными роликовыми цепями занимают одно из ведущих мест среди других видов механических передач большинства современных сельскохозяйственных машин и орудий.

Недостатком существующих приводных роликовых цепей [1] является то, что ее детали лишены полостей для размещения и удержания смазочного материала. Кроме того, в процессе взаимодействия цепи со звездочкой происходит соударение шарнира цепи о зуб звездочки, в результате чего смазочный материал частично вытесняется из зон контакта наружной поверхности валика – внутренней поверхности втулки и наружной поверхности втулки – внутренней поверхности ролика в торцевой зазор и безвозвратно теряется, что обусловливает в шарнире цепи граничную смазку. По истечении определенного периода времени в результате испарения летучих компонентов и образования окислов масляная пленка теряет свои смазочные свойства. При этом граничное трение скольжения переходит в трение скольжения без смазочного материала, в результате чего происходит повышение коэффициента трения и увеличение потерь энергии. Потеря энергии предопределяет повышение температуры шарниров цепи, что ведет к накоплению усталостных повреждений и, в конечном итоге, к разрушению деталей и их соединений до того, как приводная роликовая цепь полностью исчерпает свой ресурс износостойкости [2].

С целью повышения долговечности и совершенствования технического обслуживания цепных передач с приводными роликовыми цепями нами была разработана новая конструкция цепи (рис. 1).

Предлагаемая цепь состоит из наружных пластин 1, неподвижно соединенных валиками 2, проходящими через отверстия желобов 3, образующие наружные звенья и внутренних пластин 4, неподвижно соединенных с желобами 3, на которые надеты ролики 5, образующие внутренние звенья (при этом желоб 3 установлен в средней части отверстий внутренних пластин 4, причем внутренняя его поверхность обращена вдоль продольной оси к центру другого отверстия этой пластины), и вкладыша 6, размещенного между наружной поверхностью валика 2 и внутренней поверхностью ролика 5, длина которого не превышает расстояние между внутренними пластинами 4. Причем относительно продольной оси вкладыша 6 выполнены два симметричных выреза прямоугольной формы, образующие полости для размещения и удержания запаса смазочного материала.

Рис. 1. Трехмерная модель предлагаемой приводной роликовой цепи: 1 – наружная пластина; 2 – валик; 3 – желоб ;

4 – внутренняя пластина; 5 – ролик; 6 – вкладыш

Так, например, применительно к приводной роликовой цепи с шагом 19,05 мм суммарные полости предлагаемой конструкции обеспечивают размещение около 10 см3 смазочного материала на каждом метре цепи, что достаточно для сезонной работы цепных передач в приводах рабочих органов сельскохозяйственных машин и орудий.

Для проверки предположения об ориентировочном действии запаса смазочного материала в лабораторных условиях нами были проведены сравнительные испытания по контролю температурного режима шарниров серийной и предлагаемой приводной роликовой цепи.

Исследования контроля температурного режима шарниров серийной и предлагаемой роликовой цепи производились на специально спроектированной и изготовленной лабораторной установке, общий вид которой представлен на рисунке 2.

Рис. 2. Общий вид лабораторной установки для контроля температурного режима шарниров серийной и предлагаемой цепи:

1 – испытываемые цепные передачи; 2 – узел нагружения

При испытаниях контролировалась температура шарниров цепи, при этом использовался пирометр «Testo 825-T4», позволяющий бесконтактным способом определять температуру поверхностей в пределах –50 ºС … +250 ºС, с точностью измерений ±0,1 ºС. Пирометр в обоих случаях фиксировался на расстоянии 30 мм от измеряемого участка цепи. Периодичность между измерением температуры шарниров цепи составила 5 минут.

Нагружение обеих исследуемых цепных передач обеспечивалось узлом нагружения и могло варьироваться в широких пределах. Частота вращения на протяжении всего эксперимента была постоянна и составляла n=565,9 об./мин, и контролировалась электронным тахометром «Testo-465» (Германия), с диапазоном измерений 0…99999 об./мин, с точностью измерений ±0,02%. В качестве смазочного материала в обеих испытываемых цепях использовался Литол-24. При этом до испытания цепи погружались в на 1 час в предварительно разогретый смазочный материал, температура которого не превышала 80 ºС. Впо- следствии пополнение смазочным материалом исследуемых цепных передач не предусматривалось. Общая продолжительность испытаний составила 300 часов, что соответствует средней сезонной наработке зерноуборочных комбайнов [3].

На рисунках 3 и 4 представлены значения температур шарниров цепи в зависимости от времени работы цепи при различной общей продолжительности испытаний.

Анализ графиков, представленных на рисунках 3 и 4, позволяет сделать вывод о том, что характер кривых одинаков. Это свидетельствует об однотипности протекающих процессов. При этом значения температуры шарниров серийной и предлагаемой цепи, работающих при одинаковой нагрузке и частоте вращения, различны. Например, среднее значение температуры шарниров серийной цепи при ее стабилизации (время работы 85 мин) при общей продолжительности испытаний 75 часов составляет 35,3 ºС, а в предлагаемой – 28 ºС, что на 20,7% ниже чем у серийной.

Общая продолжительность испытаний75 часов

— ♦ —серийная  - ■ - предлагаемая

Рис. 3. График зависимости температуры шарниров цепи от времени работы цепи при общей продолжительности испытаний 75 часов

Общая продолжительность испытаний 225 часов

— ♦ —серийная  - ■ —предлагаемая

Рис. 4. График зависимости температуры шарниров цепи от времени работы цепи при общей продолжительности испытаний 225 часов

При этом время стабилизации температуры шарниров серийной и предлагаемой цепи в обоих случаях одинаково. С увеличением общей продолжительности испытаний, которая составляет 225 часов, среднее значение температуры шарниров серийной цепи при ее стабилизации составляет 38,9 ºС, а у предлагаемой – 37 ºС, что на 4,9% ниже чем у серийной. Кроме того, температура стабилизации (при общей продолжительности испытаний 225 часов) у предлагаемой цепи наступает на 5 минут раньше чем у серийной. С увеличением общей продолжительности испытаний температура шарниров в обеих цепях возрастает.

Кроме того, с увеличением общей продолжительности испытаний разница в температуре шарниров цепи уменьшается. Так, при общей продолжительности испытаний 75 часов она составляет 7,3 ºС, а при 225 – 2 ºС и со временем стремится к нулю. Такой процесс равенства температур шарниров в предлагаемой и серийной цепи объясняется потерей запаса смазочного материала у предлагаемой цепи.

Выводы

• 1.    Применение предлагаемой приводной роликовой цепи позволяет увеличить ее долговечность за счет уменьшения коэффициента трения между наружной поверхностью валика – внутренней поверхностью втулки и наружной поверхностью втулки – внутренней поверхностью ролика, при этом уменьшается потребность в цепях, используемых как запасные части.

• 2.    Создание замкнутой полости во вкладыше, образованной между наружной поверхностью валика и внутренней поверхностью ролика, позволяет размещать и удерживать в ней запас смазочного материала, снижая тем самым материальные затраты на техническое обслуживание цепи.

• 3.    Проведенные лабораторные испытания позволяют заключить, что в предлагаемой нами приводной роликовой цепи техническое обслуживание рекомендуется проводить через каждые 120 часов ее работы, на примере зерноуборочного комбайна «Дон-1500Б», что соответствует 2 периодам технического обслуживания этого комбайна.