Повышение ресурса ходовой системы гусеничных машин

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное образовательное 
 учреждение высшего образования 
«Самарский государственный аграрный университет» 
 
 
 
 
 
 
А. С. Бухвалов 
А. П. Быченин 
О. С. Володько 
 
 
ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА 
ХОДОВОЙ СИСТЕМЫ 
ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН 
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Кинель 2021 
 
1 
 

УДК 631.311 
ББК 40.72 
   Б94 
 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой «Эксплуатация мобильных машин  
и технологического оборудования», ФГБОУ ВО Ульяновский ГАУ, 
А. Л. Хохлов; 
канд. техн. наук, руководитель инженерно-технического отдела  
по обслуживанию сельскохозяйственной техники  
иностранного производства, компания «БИО-ТОН», 
Г. С. Мальцев 
 
 
Бухвалов, А. С. 
Б94  Повышение ресурса ходовой системы гусеничных машин : 
монография / А. С. Бухвалов, А. П. Быченин, О. С. Володько. – Кинель : ИБЦ Самарского ГАУ, 2021. – 157 с. 
ISBN 978-5-88575-641-9 
 
В монографии освещено современное состояние вопросов повышения ресурса ходовой системы гусеничных машин. Проанализированы 
условия работы ходовых систем гусеничных машин, приведено техническое обоснование повышения ресурса ходовых систем гусеничной техники, а также предложен состав пластичной рапсово-минеральной смазочной композиции. Приведена экспериментальная оценка использования 
предложенной смазочной композиции, даны рекомендации по обслуживанию гусеничных ходовых систем. 
Монография рассчитана на научных работников, преподавателей, 
руководителей и специалистов сельского хозяйства, студентов вузов  
и техникумов агроинженерного профиля. 
 
УДК 631.311 
ББК 40.72 
  
 
ISBN 978-5-88575-641-9 
 
 
© ФГБОУ ВО Самарский ГАУ, 2021 
© Бухвалов А. С., Быченин А. П., Володько О. С., 2021 
2 
 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………… 
5 
 
 1. УСЛОВИЯ РАБОТЫ ХОДОВЫХ СИСТЕМ ГУСЕНИЧНЫХ 
МАШИН………...……………………………………………………….. 
6 
 
   1.1. Условия работы и ресурс подшипников ходовой системы гусеничных машин……...……………………………………………………. 
6 
 
   1.2. Виды изнашивания и способы повышения ресурса подшипниковых узлов…………….…………………………………………………. 
12 
 
   1.3. Применение пластичных смазочных материалов в ходовых 
системах гусеничной техники…….…………………………………….. 
21 
 2. 
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ 
ОБОСНОВАНИЕ 
ПОВЫШЕНИЯ  
РЕСУРСА ХОДОВЫХ СИСТЕМ ГУСЕНИЧНОЙ ТЕХНИКИ….. 
 
27 
 
   2.1. Анализ трибологической системы опорных катков гусеничной 
техники…….……………………………………………………………… 
27 
 
   2.2. Теоретическая оценка влияния смазочного материала на ресурс 
подшипников качения опорных катков………………………………… 
36 
 
   2.3. Повышение эффективности использования пластичной смазочной композиции в опорных катках……………….…………………. 
47 
 
 
   2.4. Расчетно-теоретическое обоснование конструктивных параметров устройства для подачи пластичного смазочного материала  
в зону трения………………………..………………………………….. 
50 
 
 3. ОБОСНОВАНИЕ СОСТАВА ПЛАСТИЧНОЙ РАПСОВОМИНЕРАЛЬНОЙ СМАЗОЧНОЙ КОМПОЗИЦИИ……………….. 
63 
 
   3.1. Перспективы использования растительных масел в качестве 
основы пластичной смазочной композиции…….……………………… 
63 
   3.2. 
Экспериментальная 
оценка 
противоизносных 
свойств  
смазочной 
композиции 
на 
машине 
трения 
типа 
 
 
МАСТ-1…………………………………………………………………… 
67 
 
   3.3. Оценка трибологических свойств смазочной композиции при 
исследовании образцов на роликовой машине трения СМТ-1………... 
76 
 
   3.4. Оценка свойств рапсово-минеральной пластичной смазочной 
композиции по методикам ГОСТ……………………………………….. 
90 
 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПЛАСТИЧНОЙ 
РАПСОВО-МИНЕРАЛЬНОЙ 
КОМПОЗИЦИИ  
 
 
 
 
И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЕЕ ПОДАЧИ В ЗОНУ ТРЕНИЯ НА  
ИЗНАШИВАНИЕ 
РЕСУРСООПРЕДЕЛЯЮЩИХ 
ДЕТАЛЕЙ 
ОПОРНЫХ КАТКОВ ХОДОВЫХ СИСТЕМ………………………. 
93 
 
   4.1. Методика и результаты стендовых сравнительных исследований опорных катков на абразивное изнашивание……………………... 
93 
    
 
 
 
3 
 

 
 
   4.2. Анализ изнашивания ресурсоопределяющих деталей опорных 
катков ходовых систем гусеничных машин в эксплуатационных 
условиях…………………………………..………………………………. 
113 
 
 
 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ ОПОРНЫХ 
КАТКОВ ГУСЕНИЧНОЙ ТЕХНИКИ С УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ СМАЗОЧНОЙ СИСТЕМОЙ……………………………... 
122 
ЛИТЕРАТУРА………………..…………………………………………. 125 
ПРИЛОЖЕНИЯ…………..…………………………………………….. 141 
АЛФАВИТНО-ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ……………………... 156 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Одними из основных ресурсоопределяющих деталей, ограничивающих долговечность ходовых систем гусеничной техники и 
других узлов с.-х. техники, являются подшипники качения. Отказ 
одного из подшипников ходовой системы приводит к перегрузке 
других элементов, преждевременному ремонту, простою трактора 
и значительным экономическим потерям. 
Ресурс большинства подшипников с.-х. техники ниже нормативных значений и во многом зависит от совершенства смазочной 
системы. К причинам потери работоспособности подшипников 
опорных катков гусеничных тракторов можно отнести «жесткие» 
эксплуатационные условия работы подшипникового узла, загрязнение смазочного материала твердыми абразивными частицами, 
несвоевременное проведение технического обслуживания, низкое 
качество монтажа и регулировки подшипников, применение несоответствующего смазочного материала. Ввиду высокой запыленности воздуха при выполнении с.-х. операций (до 1 г/м3) и неудовлетворительной герметичности опорных катков основным фактором, лимитирующим ресурс подшипников качения и торцевых 
уплотнений, выступает скорость абразивного изнашивания. 
Смазочный материал является полноправным элементом любой трибологической системы, от свойств которого во многом зависят процессы трения и изнашивания сопряжений узла. В связи с 
этим важную роль в повышении надежности подшипников качения с.-х. техники играет совершенствование смазочных систем, 
разработка новых видов смазочных материалов и способа их подвода в зону трения. Практический интерес представляют смазочные материалы, содержащие в своем составе поверхностноактивные вещества, которые повышают уровень насыщения контакта поверхностей трения и обладают высокими противоизносными и антифрикционными свойствами. 
В связи с этим актуальными являются исследования, направленные на повышение ресурса подшипников опорных катков гусеничных тракторов совершенствованием смазочной системы за счет 
применения рапсово-минеральной смазочной композиции и улучшения режима смазывания. 
 
5 
 

1. УСЛОВИЯ РАБОТЫ ХОДОВЫХ СИСТЕМ 
ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН 
 
1.1. Условия работы и ресурс подшипников ходовой системы 
гусеничных машин 
 
В настоящее время в нашей стране и за рубежом постепенно 
возрастает интерес к гусеничным тракторам в связи с ужесточающимися требованиями к сохранению плодородного слоя почвы, 
снижению уплотнения и разрушения ее структуры. Гусеничные 
тракторы обладают большой площадью контакта движителей с 
почвой, что позволяет развивать более высокую тяговую мощность по сравнению с колесными тракторами, а также проводить 
весенние и осенние полевые работы соответственно в более ранние и поздние сроки. Гусеничные тракторы представлены моделями как отечественного (Т-4А, Т-406, Т-5, Т-170, Т-250, ДТ-75М, 
ДТ-175М, ВТ-175, Т-70, АГРОМАШ 315 ТГ), так и зарубежного 
(ХТЗ-200, Т-150, Challenger MT 800C, Case IH, John Deere 9030T, 
Caterpillar D6, Deutz-Fahr Agroclimber) производства. Ходовые системы современных гусеничных тракторов оснащаются резинометаллическими гусеницами, за счет чего лучше гасятся колебания 
от неровностей почвы, повышается плавность хода и возрастают 
эксплуатационные скорости. 
Особенностью эксплуатации тракторов в сельском хозяйстве 
является напряженная сезонная нагрузка, что накладывает высокие 
требования к надежности всех агрегатов и систем. Долговечность 
деталей ходовой системы гусеничного трактора зависит от качества обслуживания, условий работы, технических и конструктивных особенностей. 
Анализ эксплуатации гусеничных тракторов тягового класса 
3,0 показывает [129], что 3/4 загрузки техники приходится на весенне-летний и осенний периоды и только 1/4 часть работ выполняется в зимний период, а основной сельскохозяйственной операцией является вспашка (19,5%). Распределение отказов по системам трактора представлено в таблице 1.1. Проведенные исследования надежности тракторов позволяют выявить, что наибольшее 
количество отказов приходится на двигатель и ходовую систему. 
Отказы 
ходовой 
системы 
происходят 
в 
основном 
6 
 

из-за абразивного изнашивания деталей гусениц и ободьев опорных катков, а также из-за несовершенства конструкции уплотнений [129]. При этом средняя наработка на отказ подшипников 
опорных катков трактора ДТ-75М составляет всего 1000 мото-ч. 
[104]. 
Таблица 1.1 
Распределение отказов тракторов ДТ-75 и ДТ-75М 
№ 
Распределение 
п/п 
Наименование системы 
Средний ресурс, 
мото-ч. 
отказов, % 
1 
Несущая система 
2080 
1,4 
2 
Электрооборудование 
1562 
2,6 
3 
Двигатель 
1798 
39,0 
4 
Муфта сцепления 
1479 
5,7 
5 
Трансмиссия 
2109 
12,2 
6 
Ходовая система 
1699 
31,5 
7 
Гидронавесная система 
2148 
4,1 
 
Эксплуатация трактора в полевых условиях на пересеченной 
местности затрудняет работу деталей ходовой системы. Из-за 
больших динамических нагрузок интенсивнее изнашиваются звенья гусениц, зубья ведущего колеса и другие детали [115]. Узлы 
ходовой системы гусеничных тракторов работают в условиях интенсивного абразивного изнашивания и ударных нагрузок. У 
опорных катков, поддерживающих роликов и направляющих колес 
в процессе эксплуатации возникают трещины на спицах, износ и 
обломы ободьев.  
Известно [127, 141], что большое влияние на долговечность 
деталей трансмиссии и ходовой системы трактора оказывают 
условия работы. Существенное значение имеет температура окружающей среды. При температуре воздуха минус 15˚С на преодоление сопротивления проворачиванию механизмов трансмиссии и 
перекатыванию трактора затрачивается энергия в 2,5…2,7 раза 
больше, чем при температуре плюс 5˚С. При низкой температуре 
повышается вязкость трансмиссионного масла и ухудшается его 
доступ к трущимся поверхностям. Это  приводит к ускоренному 
износу подшипников, валов и шестерен коробки передач, заднего 
моста и ходовой системы. 
В лабораториях Научно-исследовательского тракторного института установлено [90], что фактический срок службы подшипников гусеничных тракторов составляет в некоторых случаях  
7 
 

всего 1800…2000 мото-ч. При этом основные причины выхода 
подшипников из строя распределяются следующим образом 2:  
- превышение допустимых зазоров (65…75%);  
- нарушение посадки подшипника (17…21%);  
- выкрашивание поверхностей трения (4…11%);  
- разрушение подшипников (5…9%). 
Анализ поступающих в ремонт тракторов [72, 83] показывает, 
что большое число вышедших из строя подшипников (более 64%) 
имеют запредельный радиальный зазор без явных следов усталостного повреждения поверхностей. Это позволяет сделать вывод, что износ обусловлен в основном фактором смазывания и носит абразивный характер. 
Скорость изнашивания подшипников в значительной степени 
зависит от трибологических и вязкостно-температурных характеристик смазочного материала, что показали стендовые исследования опорных катков трактора Т-4 [83]. На рисунке 1.1 показана 
динамика изменения концентрации железа в масле.  
 
 
 
Рис. 1.1. Изменение концентрации железа в масле за время исследования 
подшипников качения на чистых маслах: 
1 – ДСп -11 (М-10-В2); 2 – ТАп -15 (ТМ-3-18); 3 – АК-15 (ТМ-1-18) 
 
8 
 

Большую часть времени сельскохозяйственные тракторы работают в условиях повышенной запыленности окружающей среды. Почвенная пыль неизбежно проникает в узлы трансмиссии и 
ходовой системы в процессе различных видов газообмена и происходит ее накопление в смазочном масле, вызывая абразивный 
износ деталей [27, 72, 82, 83, 85, 135]. В состав почвенной пыли 
входят в основном окислы кремния (до 90%) и некоторых металлов – кальция, натрия, магния, алюминия и др. Частицы пыли 
имеют высокую твердость, являясь абразивными частицами [24], а 
скорость абразивного изнашивания, в свою очередь, зависит от 
твердости, размеров и концентрации частиц. 
Так, по результатам исследований, В. Ф. Глазков и В. В. Матвеев [84] предлагают определять скорость абразивного изнашивания деталей тракторной трансмиссии U по следующей зависимости:  
x
x
2
2


, 
(1.1) 
a
b
Y
k
k
U
          
2
x
2
1






где  k1 – коэффициент, характеризующий твердость поверхностей 
деталей; 
k2 – коэффициент, характеризующий условия абразивного износа; 
Y – концентрация абразивных примесей в масле; 
x – коэффициент, зависящий от твердости абразива; 
a и b – соответственно наименьший и наибольший размеры 
частиц абразивных примесей. 
 
В работе [84] приведены результаты стендовых исследований 
агрегатов силовых передач трактора ДТ-75 в условиях абразивного 
загрязнения смазочного материала. Исследования позволили выявить зависимость изменения скорости изнашивания деталей подшипников от диаметра частиц при постоянной весовой концентрации абразива (1%) (рис. 1.2). Из рисунка видно, что характер изменения кривых для всех подшипников одинаков: с увеличением 
диаметра абразивных зерен возрастает скорость изнашивания 
подшипников, достигая максимальных значений при размерах частиц 15…25 мкм, а дальнейшее увеличение размера абразива ведет 
к ее снижению. Таким образом, можно сказать, что кривая изменения скорости изнашивания подшипников в абразивной среде имеет сложный характер с переходом через точку максимума. Такой  
9 
 

характер изменения кривых можно объяснить тем, что с увеличением размера абразивных частиц их количество в масле при постоянной весовой концентрации уменьшается и, следовательно, 
вероятность попадания крупных частиц на поверхности трения 
снижается. 
 
 
 
Рис. 1.2. Изменение скорости изнашивания подшипников в зависимости 
от размера абразивных частиц: 
1 – шариковые подшипники № 2213; 2 – роликовые подшипники № 50213;  
3 – шариковые подшипники № 406; 4 – роликовые подшипники № 2309 
 
Характер износа быстроходных подшипников (рис. 1.2, кривые 1, 2) отличается от тихоходных подшипников (кривые 3, 4). У 
быстроходных подшипников наибольшая скорость изнашивания 
достигается при работе с абразивом диаметром 18…25 мкм, тогда 
как у тихоходных подшипников максимальный износ наблюдается 
при работе с абразивом размером 15…18 мкм. Кроме того, скорость изнашивания шариковых подшипников (быстроходных и 
тихоходных) выше, чем роликовых. Это объясняется различными 
величинами удельных нагрузок, возникающих в контакте тел качения с кольцами подшипника. 
Представленные выше результаты стендовых исследований 
позволяют сделать вывод, что размер абразивных частиц при  
10