拖拉机支重轮磨损机理

拖拉机支重轮磨损机理 拖拉机支重轮磨损机理 拖拉机与农用运输车 拖拉机支重轮磨损机理 471(!)3河南科技大学王爱琴王文焱谢敬佩李洛利 摘要采用试验室试样磨损试验方法,在合理的实验条件下,考查了支重轮硬度及外加载荷对 磨损量的影响,用扫描电镜观察试样磨损 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面形貌并分析其磨损机理.结果表明,随着外加载荷的 增大,轮子磨损加剧,随着轮子硬度增加,主要磨损机理从塑变磨损转变为犁沟磨损. AbstractTheeffect0fsupportingroller'shardnessandloadsontherollerwaainvestigatedbyt hemear10freasonableWeal" 衄ne呲inlaboratory,眦meehaniamofsupportingroller砌researchedandobservation0ftheirwomsurfacebysc锄il electronmicroscope.Theresultsshowthatwiththeincrease0floads.thelna88loss0frollerinc reasesconsiderably.withthein— clease0froller'sIlaIdr脚,themainWeal"moehaaismchaJ18es缶)mplasticdeformation眦tOploughing. 关键词:支重轮摩擦副磨损形貌 1宏观变形形式2试验部分 东方红.75,东方红.8,东方红.1002/1202型履 带拖拉机,支重轮的尺寸及性能相同,均为每台车8 对16件.每件支重轮外径350nlln,宽45nlln,厚20 mm.材质为ZG45钢.支重轮的立体简图见图1所 示. 支重轮的生产方式为铸造,最终热处理要求轮 面硬度HB~388(HRC~42),淬硬层约5mm,表面状 态仍为毛坯态. 图1使用后的支重轮 对使用后的支重轮进行外观观察时,发现有如 图1所示的挤压变形.可以看出,支重轮轮面的部 分材料在轮面外侧沿径向挤出,挤出部分约7tara,而 且在整个圆周方向的挤出部分比较均匀,厚度约为 1,2nlln,产生典型的挤压变形(卷边)现象.轮面 沿圆周方向出现许多凹坑,可以认为是硬颗粒挤压 所致. 2.1试验条件 磨损不是材料本身固有的特性,而是 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 系统 的特性,亦即摩擦磨损条件和材料性能的综合特性. 目前对磨损的研究主要还是试验性的.本研究采用 试验室试样磨损试验方法,通过磨损量,磨损形貌等 主要磨损研究方法,探讨磨损现象本身的规律.试 验条件如下: (1)以有限元分析计算出的支重轮在拖拉机静 载,重心偏离,牵引力倾角及重心偏离等3种工况下 所受到的接触应力为加载依据.试验外加载荷见表 1. 表1试验载荷 东方红.75型2877.3 东方红.802型36.299.5 东方红.1202型43.5121.2 178.8 227.2 301.4 (2)采用几何形状简单,易于制造的试验用轮和 试验用环,作为摩擦副. (3)采用经感应加热表面淬火得到不同轮面硬 度的ZG45钢试验用轮和淬火态ZG31Mn2Si环作为 摩擦副材料(履带板常用材料为ZG31Mn2Si). (4)试验用轮和试验用环在室温,空气中进行干 摩擦.采用这种二体磨损是由于二体磨损是被研究 的较深入的磨料磨损形式. 2003年第1期 (5)试验中摩擦副的相对运动速度应在拖拉机 正常工作的行进速度范围之内,以东方红.1202型拖 拉机为例,其速度范围为3.78,10.54km/h.在整 个磨损试验过程中,轮子在环上的转速变化不大,控 制为45r/min,换算出的速度是4.24km/h.可见, 其速度在东方红履带拖拉机的一般运行速度范围之 内. 2.2试验设备 滚动磨损实验装置如图2所示,摩擦副的接触 形式为滚轮与环平面接触,滚轮由电机带动在被平 头螺钉固定的环上作圆周滚动,轮面硬度分别为 HRC37,HRC45,HRC51,HRC56,轮的尺寸为外40 mln×内15mln×高10mln(外,内分别为外径和 内径),轮面两侧倒角为1×450,轮的表面均经磨床 加工,环的尺寸为外500mln×内450mln×高15 mln.两端面磨平. 试验载荷依次采用36.2N,99.5N,227.2N和 43.5N,121.2N,301.4N6种,共计进行24种不同 试验载荷与轮面硬度的磨损试验. 图2滚动磨损试验装置 1.试验载荷2.试验用轮3.试验用环 4.工作台5.电动机 在磨损试验过程中,每种试验载荷下滚轮与 ZG31Mn2Si环进行10rain预磨,然后每磨损30rain 后,采用,IG328B型万分之一光电分析天平测量每 次磨损后滚轮的失重量,共计5次.每次测量滚轮 的失重量前均用丙酮严格清洗滚轮与环,避免轮轴 处油污及轮屑引起的试验误差. 3试验结果及分析 3.1轮子硬度,载荷与磨损量之间的关系 图3a为802型,图3b为1202型履带拖拉机采 用不同载荷下不同硬度轮子的磨损试验结果,表明: 354045505560 轮子硬度/I-IRC 35404550556O 轮子硬度,HRC (b) 图3ZC,45轮.zG31Mn2Si环摩擦副下轮子磨损试验结果 (1)在相同载荷下,随着轮子硬度的增加,磨损 量减小.其中HRC51和?56两种硬度的轮子在 耐磨性方面明显优于另外两种较低硬度的轮子 (2)随着外加载荷的增加,相同硬度的轮子磨损 量增大.其中陬C51和陬C56两种硬度的轮子在 抗载荷方面似乎有很大优势. (3)从图中各曲线还可以看出,磨损量与硬度之 ,间的线性关系并不明显.对于45钢的耐磨性,特别 是在不同摩擦条件下,磨损率与材料硬度是否呈正 比关系目前研究不多. 3.2磨损形貌分析 轮子的预处理状态为正火,其正火态组织,主要 是珠光体分布,比较均匀.这种均匀分布的正火组 织为轮子的最终热处理提供了良好的条件,并使最 终热处理后轮子的过渡层具有一定的塑性和韧性. 由于试验用轮轮面被热处理成不同的硬度.因 此就具有不同的组织和分布,这对于磨损试验中的 摩擦磨损行为分析有着极其重要的影响.图4是 HRC37,HRC45,陬C56三种硬度的轮子淬硬层组 织,由图可见,HRC37硬度的轮子淬硬层中主要分 98765432lO ,菩鞲暑f 2O8642O ?叮,础鞲蛾 拖拉机与农用运输车 布着马氏体+回火索氏体组织(图4a),随着轮面硬 度的提高,淬硬层组织中马氏体数量不断增多(图 4b),HRC56硬度的轮子淬硬层中主要分布着细小的 马氏体针(图4c).材料在磨损过程中,磨面亚表层 区域承受着严重的塑性变形(滑移和孪生),而高硬 度的中碳马氏体变形主要是滑移变形方式进行,形 成高密度位错缠结和位错胞,由于位错的可动性大, 能缓和应力集中,不易萌发裂纹和促进裂纹扩展,因 此具有很好的抗塑变磨损能力. (a)HRC37 (b)HRCA5 (c)HRC56 图4不同硬度的轮面淬硬层组织.900× 图5分别是利用扫描电镜观察到的HRC37, HRC45,HRC56轮子在最大载荷301.4N作用下(相 当于东方红一1202履带拖拉机在重心偏离+牵引力 倾角工况条件)的磨损形貌. (a)腿c37 图5HRC37,HR~,6,HRC56在最大载荷 作用下的磨损形貌.(500×) I-IRC45硬度的轮子在与摩擦副配对材料的相 互运动中,由于接触应力的作用,较软表面上的微凸 体容易产生塑性变形或被磨去,结果形成了较为光 滑的表面.此时的接触情况变成了硬的凸峰与较软 2003年第1期 平面的接触并使平面上每一接触点都经受着循环载 荷.另外,硬微凸体在轮面上施加的曳引力使轮面 产生周期性的塑性变形和位错运动,并且使变形和 位错不断积累,同时轮面亚表层的受力状态及分布 也发生了改变,随着塑性变形材料的堆积,流动,硬 化,在材料表层或亚表层产生了裂纹,随着裂纹的扩 展,裂纹之间的汇合,产生了材料的剥落,形成了磨 损(图5b).也就是说,HRC45硬度的轮子磨损是由 摩擦副配对材料上的硬微凸体在外加载荷下不断切 削,碾压较软的轮面材料,产生重复性的塑性变形从 而导致的塑变磨损. m7硬度的轮子硬度值很低,它在磨损过程 中产生了更为严重的塑性变形和大块的材料剥落现 象(图5a),这主要是材料抵抗塑性变形能力较低的 结果,磨损形式及磨损失效形式与上述HRC45硬度 的轮子相同. 6硬度轮子的轮面上呈现出明显的犁沟 形貌,犁沟比较整齐,间距均匀但犁沟很浅,犁沟两 侧有材料的垄起,但由于轮面硬度较高,材料较脆, 因此出现了犁沟中断现象(图5c).犁沟是由于在 很大的接触应力下,接触面配对材料上的硬微凸体 在其钝角度的情况下对轮面材料的一种微观犁出, 因为轮面硬度也很高,所以造成的磨损量很小.犁 沟痕迹的出现说明在滚动的同时也有明显的滑动运 动形式,当圆柱体在硬的平面上滚动时,随着很大的 外加载荷的垂直作用,由于圆柱体受力的边缘效应, 使作用在微观滑动区处的应力最大,这样赫兹接触 区内的微观滑动区比例相应增大,就使滚动摩擦系 数不断增大,滚动摩擦阻力也较大;另一方面,即使 平面很硬,但对于硬度同样很高的圆柱体来说,平面 上的硬微凸体压入圆柱体表面的深度很小,因此滚 动扭矩较小.综合这两方面,使得运动方式中滚一 滑复合运动的现象愈加明显.综上所述,轮 子由于高的轮面硬度,其在摩擦磨损中材料的损失 主要是由于摩擦副配对材料上的硬微凸体对轮面的 犁出,经过碾压,塑变所致,属于犁沟磨损. 4结论 (1)试验用轮的磨损量结果表明,载荷相同时, 随着轮子表面硬度的提高,磨损量减少.磨损量与 硬度之间并不存在明显的线性关系. (2)摩擦副之间的相对硬度对磨损量的影响符 合磨料磨损中硬度的影响规律,从一个侧面说明了 磨损试验中磨料磨损是主要磨损形式. (3)在ZG45轮/ZG31Mn2Si环摩擦副情况下,较 低硬度轮子(HRC37,HRC45)的磨损机理主要是由 于轮面抵抗外加载荷能力低而产生的塑变磨损;而 高硬度轮子(8rm56)由于滚动摩擦机理的改变,在 摩擦过程中发生滚一滑复合运动形式,其磨损机理 以犁沟磨损为主.以上磨损形式均为磨料磨损. 参考资料 1谢友柏.摩擦学的三个公理.摩擦学,2001,21(3):161 , l6. 2高彩桥.摩擦金属学.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 1988:61—71. 3张晓峰,方亮,邢建东.二体磨损与三体磨损之间的关系. 西安公路交通大学,2000,20(3):92,98. f篓昱21(编辑陈英超)收修改稿日期:2003-01-08,……'……