Содержание к диссертации
Введение
I. Объект исследования и его состояние 15
1.1 Понятие о качестве технологического процесса ремонта машин.. 15
1.2 К анализу причин отказов 16
1.3 Состояние сельскохозяйственной техники и технологического процесса ее ремонта 22
2 Анализ качества технологических операций сборки соединений и обработки деталей на заданные размеры 27
2.1 Особенности технологии сборочных работ 27
2.2 Анализ точности оборки двигателей по характеру износа гильз цилиндров 30
2.2.1 Исследование характера износа гильз цилиндров двигателя ЯМЗ-238НБ 30
2.2.2 Влияние погрешностей перешлифовки коленчатого вала на перекос поршней и износ деталей 39
2.2.3 Влияние погрешностей расточки опор блока цилиндров на перекос поршней 45
2.2.4 Влияние погрешностей расточки отверстий головок шатуна и его деформации на перекос поршня в цилиндре 47
2.2.5 Особенности контроля точности сборки цилиндропоршневой группы 48
2.3 Анализ точности и стабильности технологического процесса шлифования коленчатых валов на ремонтные размеры 50
2.3.1 Методика определения показателей точности и стабильности технологического процесса шлифования коленчатых валов на ремонтные размеры 50
2.3.2 Расчет параметров точности и стабильности технологического процесса перешлифовки коленчатых валов 54
2.4 Исследование процесса сборки резьбовых соединений 77
2.4.1 Основные факторы, определяющие качество резьбовых соединений 77
2.4.2 Расчет момента на ключе, соответствующего заданному усилию затяжки резьбового соединения 79
2.5 Исследование технологии сборки уплотнений 83
2.5.1 Основные факторы, определяющие качество сборки уплотнений неподвижных соединений 83
2.5.2 Условия, обеспечивающие качество сборки уплотнений штоков 92
2.6 Исследование качества сборки радиальных уплотнений валов по параметру «утечка смазки» 95
2.6.1 Методика определения радиального давления манжеты на вал 95
2.6.2 Методика лабораторных испытаний уплотнений валов... 102
2.6.3 Результаты экспериментальных исследований уплотненийвалов 108
Выводы 111
3 Исследование характера повреждений зубчатых передач тракторов 113
3.1 Техническое состояние зубчатых передач тракторов, поступающих на ремонт ИЗ
3.2 Контроль отклонений толщины зуба и угла конусности зуба прямозубых конических колес 121
3.3 Методика выбора шариков к прибору для контроля износа зубьев прямозубых конических колес 127
3.4 Связь между износом зубьев по толщине и величиной отклонений центров шариков от их номинального положения 133
3.5 Контроль прямозубых конических шестерен двухступенчатыми измерительными иглами 138
3.6 Результаты исследования характера повреждения шестерен коробок перемены передач тракторов "Кировец" 141
3.7 Методика исследования характера повреждений колес главной передачи тракторов ДТ-75М 146
3.8 Связь процесса выкрашивания зубьев шестерен с их твердостью и наработкой 150
3.9 Анализ результатов рядовой дефектовки зубчатых колес главной передачи трактора ДТ-75М 156
3.10. Методика и результаты исследования остаточных напряжений в поверхностном слое зубьев шестерен во взаимосвязи с микротвер достью 160
3.11 Физическая сущность усталости материала шестерен 173
3.12 Критические сжимающие напряжения и их влияние на усталость поверхностного слоя зубьев шестерен 175
3.13 Выкрашивание - лимитирующий вид износа зубьев шестерен 180
3.14 О механизме изнашивания зубчатых колес 184
Выводы 185
4 Исследование возможностей повышения и восстановления ресурса зубчатых передач тракторов 188
4.1 К расчету контактных напряжений по твердости зубьев 188
4.2 Влияние нагрева на состояние наклепанного металла зубьев шестерен 192
4.3 Технологические приемы предупреждения контактных повреждений зубьев шестерен 201
4.4 Условия качественной сборки зубчатых передач при ремонте .204
4.5 Особенности сборки конических зубчатых передач при их ремонте 213
Выводы 217
5 Меры повышения устойчивости электрошлакового процесса на плавки опорных катков тракторов при их восстановлении 219
5.1 Практика применения электрошлаковой наплавки опорных катков тракторов ДТ-75М 219
5.2 Формирующее устройство, исключающее притормаживание наплавляемого катка 223
5.3 Методика расчета теплового баланса процесса электрошлаковой наплавки опорных катков 225
5.3.1 Обоснование необходимости теплового расчета и методика постановки опытов 225
5.3.2 Расчет теплоты, теряемой зеркалом шлаковой ванны 230
5.3.3 Определение потерь теплоты шлаковой ванны, отводимой теплопроводностью 232
5.3.4 Расход теплоты, отводимой в кристаллизатор 236
5.3.5 Определение теплоты, расходуемой на плавление электродов и металла катка 236
5.4 Условия саморегулирования процесса электрошлаковой наплавки неравномерно изношенных опорных катков тракторов 239
5.5 Особенности технологии изготовления формователя с комбинированной схемой охлаждения 244
5.6 Математическое планирование эксперимента по электрошлаковой наплавке катков 247
5.7 Выбор режима электрошлаковой наплавки 256
5.8 Исследование процесса электрошлаковой наплавки беговых дорожек опорных катков ступенчатой формы 269
5.8.1 Методика исследования 269
5.8.2 Режим электрошлаковой наплавки ступенчатых катков 279
5.8.3 Качество наплавленного металла 282
Выводы 287
6 Исследование процесса напыления по параметру «прочность сцепления» 289
6.1 Особенности процесса восстановления деталей напылением .289
6.2 Расчет времени локального оплавления деталей однофазной плазменной струей 305
6.2.1 Описание температурного поля напыляемой детали 305
6.2.2 Математическая модель оплавления напыляемой детали 310
6.2.3 Математическая формулировка задачи. Вывод формулы для расчета времени оплавления 312
Выводы 318
Заключение 319
Список использованной литературы
- Состояние сельскохозяйственной техники и технологического процесса ее ремонта
- Особенности контроля точности сборки цилиндропоршневой группы
- Контроль отклонений толщины зуба и угла конусности зуба прямозубых конических колес
- Технологические приемы предупреждения контактных повреждений зубьев шестерен
Введение к работе
Актуальность темы. Работа посвящена одной из наиболее актуальных проблем в механизации сельского хозяйства - исследованию возможностей повышения качества технологического процесса ремонта машин. Признаком указанной проблемы в настоящее время является низкая надежность (ненадежность) машин, прошедших ремонт.
Статистика показывает, что 30-35% рабочего времени в период сезонных работ агрегаты простаивают на техническом обслуживании и устранении возникающих отказов. Гамма-процентный ресурс сложных машин значительно ниже 80%, предусмотренных ГОСТами 18523-79 и 18524-84 [47, 83, 112, 117, 140,201,206,208,211].
На низкое качество ремонта указывает большой процент неисправных машин, используемых в настоящее время в хозяйствах. Например, в Омской области по состоянию на 1 июня 1999 г. неисправных трактороь, было 36,8%, комбайнов - 66%.
Считаем, что в предстоящий период возобновления производственной деятельности агропромышленного комплекса России качество ремонта техники неизбежно станет одним из основных факторов содержания машин и оборудования в исправном состоянии при более высоком коэффициенте готовности.
Во второй половине уходящего века во многих странах мира качество стало главным фактором роста национального богатства. Попытка использовать фактор качества предпринималась и в бывшем СССР. На основе специальных исследований и обобщения форм и методов по улучшению качества продукции были разработаны принципиальная схема механизма управления качеством продукции, государственная система стандартизации как организационно-техническая основа управления качеством продукции [146, 185, 198].
В машиноремонтной отрасли сельского хозяйства большой вклад в научное обоснование и разработку мер организационного и технического характера внесли ученые и инженеры ГОСНИТИ, НПО "Ремдеталь", отраслевые лаборатории и кафедры ремонта машин образовательных учреждений. Прежде всего это кафедры агроинженерных университетов Московского, Санкт-Петербургского, Челябинского, Саратовского, а также многих других аграрных университетов и академий России.
Развитие ремонтной базы и технологии ремонта проводилось в направлении специализации и концентрации производства, путем разработки и внедрения новых технологических процессов, оптимизации технологических операций, необезличенного ремонта [144, 189, 205, 206, 208, 211, 212].
Совершенствованию технологии ремонта машин в сельском хозяйстве способствовали научные разработки, выполненные под руководством известных ученых А.И.Селиванова, И.С.Левитского, В.М.Кряжкова, Ю.Н.Ломоносова, С.С.Черепанова, Н.Ф.Тельнова, В.И.Черноиванова, А.А.Зуева, В.Я.Ско-вородина, Ф.Х.Бурумкулова и др.
Несмотря на значительный спад ремонтного производства, наступивший в 90-е годы, научный поиск путей повышения качества ремонта машин в сельском хозяйстве в настоящее время находит продолжение в работах В.В.Курчат-кина, П.И.Носихина, Л.В.Тишкина, В.Н.Попова, Е.Н.Мооса, В.Н.Хромова, А.Е.Немцева, М.И.Юдина и других ученых.
Однако многие технологии, принятые в массовое производство, остаются сложными для исполнения, и не исключается вероятность их погрешностей. В связи с этим совершенствование технологических процессов ремонта является по-прежнему реальной необходимостью.
Качество отремонтированных машин формируется при выполнении всего технологического процесса ремонта и, естественно, зависит от его совершенства и точности исполнения, т. е. определяется прежде всего качест-
вом технологического процесса ремонта [6, 56, 101, 128, 131, 132, 133, 134, 193,215].
Если исходить из понятий: качество отремонтированной машины - это степень приближения эксплуатационных характеристик отремонтированных машин к соответствующим характеристикам новых машин, а качество технологического процесса - это степень отклонений от требований НТД на ремонт, то бесспорно, что самый короткий путь к повышению качества отремонтированных машин - во всевозможных мерах повышения качества технологического процесса ремонта, так как непосредственным объектом управления, как правило, являются процессы, от которых зависит качество изделия.
Таким образом, исходя из вышеизложенных обстоятельств, считаем, что тема, посвященная исследованию технологического процесса ремонта по параметру качества, актуальна.
Цель исследований: научное обоснование и разработка технологических мероприятий, способствующих повышению качества технологического процесса восстановления деталей и ремонта сельскохозяйственной техники.
Задачи исследований:
оценить состояние отремонтированных машин и тенденции к его изменению на примере Омской области;
сделать анализ качества действующих технологических процессов сборки и контроля кривошипно-шатунного механизма, цилиндропоршне-вой группы, резьбовых соединений и уплотнений агрегатов, зубчатых передач тракторов, наплавки опорных катков тракторов, напыления деталей;
разработать системы вычислений (алгоритмы): основных параметров распределений размеров гильз цилиндров, перешлифованных коленчатых валов, погрешностей измерения зубчатых колес, тепловых расчетов процессов электрошлаковой наплавки опорных катков тракторов и напыления деталей, расчетов усилий затяжки резьбовых соединений и радиального давления уплотнений валов;
разработать частные методики: лабораторных испытаний уплотнений валов; исследования характера повреждений зубчатых колес главной передачи трактора ДТ-75М; исследования остаточных напряжений в поверхностном слое зубьев шестерен;
разработать средства измерения зубчатых колес;
разработать технологию повышения и восстановления ресурса зубчатых колес по параметру контактно-усталостной прочности;
разработать конструкцию формователя ЭШН, способствующего повышению качества наплавки тракторных катков по параметру "устойчивость процесса";
разработать математическую модель локального оплавления напыляемой детали;
разработать способ плазменного напыления деталей, повышающий качество технологического процесса восстановления по параметру "прочность сцепления" напыляемого слоя с основой.
Предмет исследований: установление законов, по которым происходят изменения состояния подвижных и неподвижных соединений при сборке: геометрических параметров деталей, структуры и механических свойств материала деталей при их восстановлении, в частности, установление закономерностей взаимосвязей:
анормального износа гильз цилиндров и неточностей расположения деталей кривошипно-шатунного механизма и цилиндропоршневои группы после их установки в блок цилиндров ДВС;
распределения отклонений размеров шатунных шеек и отступлений от нормального хода технологического процесса перешлифовки коленчатых валов на ремонтные размеры;
момента затяжки на ключе и усилия затяжки резьбовых соединений при различном состоянии его деталей;
параметров уплотнений и их герметичности;
исходной твердости зубьев шестерен и контактной усталости металла их поверхности;
микротвердости и остаточных напряжений в поверхностном слое зубьев шестерен;
устойчивости процесса электрошлаковой наплавки опорных катков тракторов с неравномерным износом обода и параметров режима наплавки при их восстановлении;
прочности сцепления напыляемого слоя с основой восстанавливаемых деталей и состояния напыляемой поверхности;
продолжительности воздействия однофазной плазменной струи до начала локального оплавления детали и физическими свойствами плазменной струи.
Научная новизна. В научном плане особое значение имеют результаты работы, связанные с усовершенствованием теоретических основ анализа погрешностей основных деталей и механизмов двигателей внутреннего сгорания; измерения зубчатых колес; алгоритма данных операций перешлифовки коленчатых валов; оптимизации режима электрошлаковой наплавки опорных катков тракторов* обоснования зависимости между усилием затяжки резьбовых соединений и моментом на ключе; радиального давления уплотнений валов.
Предложена математическая модель оплавления локальной поверхности напыляемой детали. На основе этой модели выведена формула для расчета времени начала оплавления, а также рассчитаны технологические режимы напыления на локально оплавляемую поверхность, повышающие прочность сцепления напыленного слоя с основой.
В практическом плане разработаны новые технологические решения, позволяющие повысить ресурс двигателей, зубчатых передач сельскохозяйственной техники, устойчивость процесса электрошлаковой наплавки опорных катков тракторов, повысить прочность сцепления напыленного слоя
металла при восстановлении деталей, обеспечить надежность резьбовых соединений и уплотнений валов машин.
Научные положения, выносимые на защиту:
обоснование целесообразности и необходимости оценки операций технологического процесса ремонта по параметру качества как резерва надежности отремонтированных машин;
анализ точности сборки кривошипно-шатунного механизма и ци-линдропоршневой группы двигателя;
алгоритм данных контроля операции перешлифовки коленчатых валов на ремонтные размеры;
результаты исследования операции затяжки резьбовых соединений и расчет момента на ключе, обеспечивающего полноту и равномерность затяжки;
-результаты исследования уплотнений по параметру "герметичность";
способы контроля зубчатых колес при ремонте;
способы восстановления и повышения ресурса зубчатых передач;
конструктивные и технологические мероприятия повышения устойчивости процесса электрошлаковой наплавки изношенных опорных катков тракторов;
математическая модель оплавления напыляемой детали;
способ повышения прочности сцепления напыляемого металлопокрытия восстанавливаемых деталей.
Практическая значимость и реализация результатов исследований.
Внедрены в производственную эксплуатацию измерительные средства для конических колес на Омском Сибзаводе им. Борцов революции и на Москаленском отделении "Сельхозтехники".
Процесс искусственного старения шестерен, бывших в эксплуатации, внедрен на ремонтно-механическом заводе "Степной".
Плазменное напыление с предварительным локальным оплавлением восстанавливаемых деталей внедрено на Таврическом авторемонтном заводе.
Формирующее устройство с комбинированной схемой охлаждения и опорными роликами, способствующее повышению устойчивости ЭШН опорных катков, внедрено на Калачинском РО "Сельхозтехника".
Результаты исследований внедрены в учебный процесс. Вопросы по восстановлению контактной выносливости зубчатых колес, электрошлаковой наплавке, плазменному напылению, сборке резьбовых соединений и уплотнений включены в рабочие программы по дисциплинам: технология конструкционных материалов, технология сельскохозяйственного машиностроения и технология ремонта машин по двум специальностям на факультете механизации сельского хозяйства Омского государственного аграрного университета.
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации по отдельным вопросам и обобщенно докладывались и обсуждались ежегодно на научных конференциях Омского государственного аграрного университета (1988-1999 гг.); дважды на научно-производственных конференциях Омскоблсельхозтехники (1987, 1988 гг.); на международной научно-технической конференции в г. Омске на секции "Динамика технологических систем, производительность и качество в машиностроении" (1997 г.); на научной конференции "Механизация процессов в растениеводстве и кормопроизводстве" в г. Новосибирске (1998 г.) при участии ученых Гумбольдтского университета (г. Берлин); на межрегиональной научно-практической конференции "Роль инноваций в развитии регионов" в г. Омске (1999 г.).
Кроме этого, результаты работы по совершенствованию технологии ремонта тракторов МТЗ-80 на ремонтном заводе провинции Съего-де-Авило республики Куба докладывались на научной конференции в Гаванском политехническом институте в 1987 г.
Публикация материалов исследований. По теме диссертации опубликовано 25 научных статей, в т.ч. 14 в соавторстве. Новизна двух разработок подтверждена авторским свидетельством и патентом (см. приложения).
Оформлен заключительный отчет (номер государственной регистрации 78071952). Изданы монография "Технологическое обоснование качества ремонта машин в сельском хозяйстве" и два учебных пособия для студентов вузов с грифом УМО вузов по агроинженерному образованию, в которых отражены вопросы технологии наплавки, напыления и термической обработки деталей по результатам исследования.
Объём и структура работы. Диссертация включает шесть глав, заключение, список литературы 229 наименований, приложения. Материал изложен на 392 страницах печатного текста, содержит 104 рисунка, 34 таблицы, 15 приложений.
Работа выполнялась по научно-технической программе РКО 1.95.000.1756 и продолжает выполняться по программе РКО 1.99.00.06919.
Автор выражает искреннюю признательность профессору Е.П.Огрызкову за научно-методическую помощь в проведении исследований и при оформлении диссертации; доцентам кафедры высшей математики П.А.Медведеву и кафедры физики А.Ф.Павлову, оказавшим содействие в тепловых расчетах и математической обработке результатов экспериментов; инженеру-механику П.И.Паутову, который предложил идею создания приборов, принципиально отличающихся от существующих, для контроля погрешностей шестерен; аспирантам П.И.Паутову, М.И.Пешкову, И.В.Сеппенену, В.П.Кирьянову, под руководством автора принимавшим участие в исследованиях по возможности восстановления ресурса зубчатых передач, процессу электрошлаковой наплавки катков тракторов, плазменного напыления деталей; студентам четвертого и пятого курсов факультета механизации сельского хозяйства Омского государственного аграрного университета, выполнявшим опыты по отдельным вопросам.
Состояние сельскохозяйственной техники и технологического процесса ее ремонта
По данным статуправления Омской области, доля неисправной и неработоспособной сельскохозяйственной техники в хозяйствах области с каждым годом увеличивается. За период с 1990 по 1999 г. количество тракторов уменьшилось с 32234 до 20476 штук (на 36,5%), в том, числе тракторов "Кировец" с 3744 до 2623 штук (на 30%).
Несмотря на значительное уменьшение парка, а из этого следует и уменьшение общей трудоемкости по техническому обслуживанию и ремонту, доля неисправных тракторов за 9 лет возросла с 6% до 36,8%.
Уменьшилось количество и других машин: зерноуборочных комбайнов -на 42%о, грузовых автомобилей - на 26%, плугов - на 39%, культиваторов - на 53% , сеялок - на 49%. Численность неисправных машин в процентном отношении изменилась за 9 лет в худшую сторону: комбайнов - с 52 до 66, грузовых автомобилей - с 10 до 36, плугов - с 37 до 42, сеялок - с 45 до 49.
Списано за период 1994-1999 гг. тракторов 6063, в том числе тракторов "Кировец" 553, комбайнов 2267, а обновление составило всего 8; 1,8; 19,7%) от числа списанных соответственно. С каждым годом численность парка уменьшается, а состояние ухудшается (приложение А).
Учитывая состояние производства и экономики Западной Сибири, полагаем, что положение ремонтной отрасли в сельском хозяйстве областей, соседних Омской, аналогичное. Парк машин устарел, объем ремонтных работ возрос, качество отремонтированных машин остается низким.
В настоящее время в стране накоплен большой объем научных знаний о надежности, организации и технологии ремонта сельскохозяйственной техники. В то же время техническое состояние машин и оборудования, эксплуатируемых в сельском хозяйстве, начиная с 1991 г., ухудшилось и продолжает ухудшаться.
В связи с экономическими преобразованиями уровень технического обслуживания машин снизился, упразднено хранение машин, значительно сократился объем ремонта машин и оборудования на ремонтно-механических заводах и ремонтно-технических предприятиях. Однако потребность в восстановлении изношенных деталей и в сложных ремонтах возросла из-за заметного старения парка машин. Например, как уже указывалось, в Омской области списано тракторов за 1994-1999 гг. 6063 штук, а приобретено новых 485 штук (8%), в т. ч. тракторов "Кировец" списано 553 штук, приобретено 10 штук (1,8%).
Основной объем ремонта машин вынужденно выполняется в мастерских хозяйств, сводится он, как правило, к замене изношенных деталей. Таким образом, в технологическом процессе ремонта преобладают операции разборки и сборки.
Технологические процессы мойки агрегатов и деталей, восстановления деталей, обкатки и испытания агрегатов выполняются с низким качеством либо не выполняются из-за отсутствия технологического оборудования, материалов, а также из экономических соображений. Требования НТД соблюдаются не всегда, операции и технологические процессы не анализируются.
Создалась ситуация невостребованности научных разработок в области качества ремонта и прогнозирования надежности отремонтированных машин.
Технический контроль кривошипно-шатунного механизма и цилиндро-поршневой группы, установленных в блок цилиндров двигателя, не выполняется. В соответствии с типовой технологией контролируется точность сборки от дельных элементов этих механизмов только на стадии их сборки.
Практически часто в результате суммирования отклонений в расположении осей опор коленчатого вала, перекосов осей шатунных шеек, отверстий головок шатунов, бобышек поршней и гильз образуется перекос поршней, который проявляется при эксплуатации усиленным износом гильз.
Качество сборки резьбовых соединений, а значит, и надежность любого узла во многом зависят от того, насколько правильно будет произведена их затяжка в процессе сборки. Главным требованием к сборке деталей, испытывающих при работе переменные нагрузки или большое внутреннее давление, является обеспечение равномерности и полноты затяжки. Требования к качеству сборки резьбовых соединений значительно повышаются, если в соединении необходимо обеспечить герметичность. Неравномерная и неполная затяжка гаек или винтов часто является причиной деформации деталей, ослабления соединений, нарушения герметичности соединения и в результате причиной некачественной операции сборки.
В технических требованиях на сборку резьбовых соединений при ремонте указывается значение момента затяжки на ключе. Однако необходимая затяжка непосредственно обеспечивается требуемым усилием, при котором не могло бы произойти раскрытие соединения. Момент затяжки на ключе зависит не только от усилия, но и от состояния резьбы и коэффициентов трения в резьбе и на опорной поверхности гайки или головки винта. Поэтому практически трудно установить величину момента на ключе точно в соответствии с усилием затяжки.
В требованиях на сборку и литературе по ремонту машин нет четкого описания приемов, руководствуясь которыми сборщики могли бы обеспечить качественную затяжку резьбовых соединений по заданному усилию.
Особенности контроля точности сборки цилиндропоршневой группы
Известный метод ремонтных размеров широко применяется при восстановлении коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания различных моделей. На них приходится большая доля из общего объема работ по восстановлению деталей на ремонтных заводах и в отдельных ремонтных мастерских сельских хозяйств, транспортных и строительных предприятий. К примеру, только за шесть месяцев 1998 г. на ремонтно-механическом заводе "Степной" шлифованием на ремонтные размеры (перешлифовкой) восстановлено 696 коленчатых валов дизельных двигателей ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б, на сумму 101 016 рублей, что составило 13% от общей стоимости восстановленных деталей на заводе за этот период.
Несмотря на многолетний опыт ремонтной отрасли по осуществлению технологических операций перешлифовки коленчатых валов, качество их выполнения остается низким. Причиной отказов двигателей нередко являются неисправности, связанные с дефектами коленчатых валов. Например, из 219 рекламаций, поступивших на завод, ремонтировавший двигатели ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б, в 41 случае признаком отказа явился стук двигателя в зоне коленчатого вала, в 15 - заклинивание двигателя, в 14 -падение давления масла, в 5 - поломка коленчатого вала, в 4 - проворачивание вкладышей, в 2 - обрыв шатуна. По результатам прямых измерений шатунных шеек преднамеренной выборки десяти коленчатых валов двигателей ЯМЗ-238НБ, перешлифованных на первый ремонтный размер, не соответствовали техническим требованиям по размеру 52%, по овальности 45%, а среди валов, перешлифованных на шестой размер, - по размеру 82% и по овальности 55%. Кроме того, случаи анормального износа гильз блока цилиндров в 58% от обследованной партии гильз явились результатом погрешностей перешлифовки коленчатых валов (см. раздел 2.2).
Факторами, снижающими качество технологического процесса перешлифовки коленчатых валов, часто являются неравномерность припуска, искажение геометрических параметров коленчатых валов в процессе эксплуатации и предшествующего шлифования на ремонтный размер, неточность оборудования, низкий уровень технической документации, ошибки рабочих [96, 213, 217].
Например, неточность оборудования выражается люфтом шпинделей и установочных центров, особенно станков, отслуживших большой срок; неравномерность припуска возникает из-за значительной овальности шеек, образующейся при длительной работе двигателей. Дефектация преднамеренной выборки из 14 коленчатых валов двигателей ЯМЗ-238НБ, поступивших в ремонт, показала превышение овальности шатунных шеек над допустимой (0,02 мм) в три-восемь раз. Результаты указанной дефектации приведены в приложении В.
Уменьшить вероятность появления погрешностей можно только в том случае, если выявлены причины их возникновения [60]. Однако выяснение причин обычно затруднено тем, что при выполнении операций восстановления деталей они суммируются [59]. Известно, что общая погрешность является суммой частных погрешностей, вызванных чаще действием случайных, а иногда систематических первичных факторов. Число случайных факторов и параметры вызванных ими погрешностей не изменяются во времени, все случайные факторы не имеют резких отступлений, нет и доминирующих [27, 122].
Учитывая изложенные выше обстоятельства, считаем целесообразным периодическое проведение анализа точности и стабильности технологических процессов восстановления деталей и сборки узлов и агрегатов при ремонте сельскохозяйственной техники.
Установление статистическим методом значений показателей точности и определение закономерностей его протекания и является статистическим анализом точности и стабильности технологического процесса. По ГОСТ 15895-77 показателем точности технологического процесса является разность между фактическим и номинальным значением параметров по их распределению вероятностей. Показатель стабильности технологического процесса - среднее квадратическое отклонение контролируемого параметра.
По техн ическим требованиям допуск на перешлифовку коренных и шатунных шеек коленчатых валов, как и по чертежу (на изготовление), составляет +0... - 0,015 мм, овальность и конусность 0,02 мм.
Контроль отклонений толщины зуба и угла конусности зуба прямозубых конических колес
Измерение величины износа зубьев шестерён с помощью штангензу-бомера приводит к значительным ошибкам. По данным ЧИМЭСХа разница в оценке износа по результатам измерений различными приборами достигает от 1,5 до 6,5 раза.
Контроль состояния зубчатых колёс главной передачи трактора ДТ-75М на Павлодарском тракторном заводе при испытании пяти тракторов после наработки от 4003 до 4064 мото-ч разница величины износа зубьев составила у колёс 1,3.. .4,9 раза, а у шестерён 3,7.. .7,7 раза.
Анализ прямозубых конических колёс, серийно изготавливаемых на Омском Сибзаводе, показал, что в подавляющем большинстве случаев фактический боковой зазор в паре не соответствует ожидаемому, рассчитанному по результатам измерения толщины зубьев штангензубомером.
Зубчатые конические колёса, изготовленные по одним и тем же чертежам на разных заводах (Омский Сибзавод и Волгоградский тракторный ВГТЗ), имеют разницу в толщине зуба, достигающую величины 0,2...0,4 мм. Пара колёс, изготовленных в строго теоретические размеры зуба, не устанавливается на номинальные монтажные расстояния. В зацеплении получается так называемый "распор", величина которого у колёс средних модулей (5...9 мм) достигает 0,2...0,5 мм. Такое положение объясняем несовершенством методов и средств контроля конических зубчатых колёс.
Таким образом, измерение параметров зубьев конических зубчатых колёс, определение величины и характера их износа и, соответственно, степени пригодности каждого из колёс к дальнейшей эксплуатации связано с необходимостью совершенствования методов контроля.
Как уже указывалось, применение зубомеров для контроля колёс не позволяет получить верной оценки фактического их состояния, вследствие чего закономерности износа конических зубчатых колёс глубоко не изучены, что в свою очередь сдерживает разработку мер по повышению их долговечности и ремонтопригодности.
Для обеспечения наилучших условий зацепления при изготовлении производится подгонка пары колёс. При этом, естественно, нарушается их полная взаимозаменяемость.
Нами разработаны и применены в производстве принципиально новые приборы для контроля геометрии зуба прямозубых конических зубчатых шестерён и колёс. Устройство приборов основано на применении измерительных наконечников в виде шариков разного диаметра, вводимых при измерении во впадину между двумя соседними зубьями. Прибором с двумя шариками можно проверять одновременно и толщину зуба, и угол делительного конуса, что очень важно, так как толщина зуба у конических зубчатых колёс характеризует размеры зуба только в одном сечении.
Пара конических зубчатых колёс: ведущее - меньшего диаметра (шестерня), ведомое - большего диаметра (колесо) - существенно отличаются друг от друга формой и размерами. С учётом этой разницы прибор целесообразно выполнять накладным, а для колеса - настольным. В приборе любого исполнения предполагается иметь два измерительных узла с шариками и индикаторными головками.
Схема одного из вариантов конструктивного решения прибора показана на рисунке 3.3. Прибор выполнен накладным. Корпус прибора 2 выполнен в форме призмы. В отверстиях призмы установлены державки 3 с индикаторами. Измерительные стержни имеют на торцах шарики 4 и 5, закреплённые по конусным поверхностям центровых отверстий.
Координаты Х\ и Xi обеспечиваются при изготовлении прибора расточкой отверстий под державки относительно базового торца призмы. Координаты Yx и Y2 настраиваются при помощи калибра (рисунок 3.3, б). При этом прибор устанавливается на калибр, диаметры Д\ и Д2 которого меньше удвоенных координат Y] и Г2 на величину диаметров шариков d\ и d2, а стрелки индикаторов устанавливаются на нуль.
Настроенный прибор для контроля параметров зубьев устанавливается призмой на шейку вала шестерни или на оправку при настольном исполнении для контроля колеса. Индикаторы показывают отклонения толщины зубьев одновременно в двух сечениях.
Технологические приемы предупреждения контактных повреждений зубьев шестерен
Мелкие контактные повреждения на зубьях устраняют шлифованием и профильной притиркой боковых поверхностей [75]. Этими способами можно снимать наклёпанный слой металла на глубину 70...80 мкм. На такой глубине образующиеся при эксплуатации остаточные напряжения достигают критического значения (см. рисунок 3.18), при котором начинается прогрессирующее выкрашивание. С удалением напряженного слоя восстанавливается контактная выносливость. Уменьшение в связи с этим толщины зубьев не вызовет заметного снижения ресурса зубчатых колёс, так как размер толщины будет находится в пределах допустимого. Допустимый износ зубьев шестерён тракторов, в соответствии с техническими требованиями на ремонт, превышает размер слоя, который следует удалить для восстановления рабочей поверхности, в четыре раза и более [22, 45 102, 194,204].
Например, толщина зуба по чертежу шестерни вала вторичного (77.37.105) КПП трактора ДГ-75М равна 11,34 мм, а допустимая - 11,0 мм, т.е. 340 мкм; блока шестерён I и II передач (77.37.186) - 6,756 мм, а допустимая - 6,450 мм, меньше размера по чертежу на 306 мкм. Длина общей нормали шестерён КПП тракторов "Кировец" чаще других выбраковываемых из-за выкрашивания зубьев, по чертежу и допускаемая соответственно: у шестерён 700.17.01.077-1 -48,67 мм, допускаемая - 47,80 мм; у шестерён 700.17.01.078-1 - 102,8 мм, допускаемая - 101,9 мм; у шестерён 700.17.01.081-1 - 66,68 мм, допускаемая -88,10; у шестерён 700.17.01.088) - 88,97мм, допускаемая длина общей нормали 10; у шестерён 700.17.01.088) - 88,97мм, допускаемая длина общей нормали -88,00. Как видно из примера, допустимый износ зубьев по толщине составляет 600...900мкм.
Учитывая большой ресурс новых зубчатых колёс, практически значительно превышающий межремонтный срок тракторов, бывших в ремонте, считаем целесообразным восстановление зубчатых колёс по параметру контактной выносливости в пределах допустимого износа зубьев по толщине.
Более эффективным способом восстановления контактной выносливости зубчатых колёс предлагается искусственное старение путём двухчасовой выдержки зубчатых колёс при температуре 180...200 С. Такую операцию можно выполнять при случаях разборки агрегатов и редукторов до момента наступления прогрессирующего выкрашивания, предупреждая его.
Способ искусственного старения рекомендуется для включения в технологический процесс ремонта машин как обязательная операция для зубчатых колёс с признаками питтинга, имеющих мелкие контактные повреждения, и для колёс, чаще других при эксплуатации подверженных выкрашиванию.
Нагрев зубчатых колёс возможен в электропечах сопротивления, соляных ваннах, в масляных нагревательных ваннах, перегретым паром, уходящими газами котлоагрегатов. Из электропечей можно рекомендовать печь марки США-3,2x4,8/6 Южно-уральского завода электротермического оборудования, печи марки ПН-31 и СШЗ 6,6/7М1 Бийского завода "электропечь" и другие. Для масляных ванн лучше использовать масло индустриальное, например И-40А, И-50А по ГОСТ 20799-88 (температура вспышки в открытом тигле 210 С), либо масло МЗМ-120 по ТУ 38-101-135-88 (температура вспышки открытым пламенем 286 С).
В профилактических целях целесообразно выполнение искусственного старения деталей зубчатых передач без разборки или с частичной разборкой агрегатов (патент №2022931 на изобретение "Способ профилактики контактно-усталостного разрушения зубчатых колёс") [156].
В практике ремонта машин известен способ восстановления ресурса зубчатого зацепления поворотом на 180 относительно первоначального положения шестерни с зубьями, симметричными по длине ступицы. Этот способ приемлем и в случаях, когда площадь выкрошенной поверхности зубьев превышает допустимый размер. У колёс, зубья которых контактируют только одной боковой поверхностью, в повёрнутом на 180 положении ранее нерабочие боковые поверхности становятся рабочими, а повреждённые — нерабочими.
У промежуточных шестерён и сателлитов после поворота на 180 ведущие боковые поверхности становятся ведомыми, а ведомые — ведущими. При этом направление скольжения изменяется на противоположное первоначальному, что приводит к торможению дальнейшего развития уже возникших контактных повреждений [75, 225]. Торможение развития повреждений происходит в связи со смещением отстающей поверхности при качении со скольжением на опережающую. Сущность деформации поверхностного слоя при качении со скольжением изложена в разделе 3.12.
Способ повёртывания шестерён не всегда эффективен, а иногда и неприемлем [75]. В случаях существенного уклона боковых поверхностей у зубьев повёртывание колёс может привести к значительно неравномерному распределению нагрузки по длине зубьев. Условием приемлемости этого способа является обеспечение требуемого пятна контакта зацепляющихся зубьев. Если при предшествующей сборке не был обеспечен контакт зубьев по длине, а приработка произошла в процессе эксплуатации, то поворотом одного колеса невозможно получить требуемое пятно контакта. При такой сборке из-за неравномерного распределения нагрузки и чрезмерной концентрации на отдельных участках может быстро наступить прогрессирующее выкрашивание.
Трещины малых размеров в относительно менее напряжённых местах, несплошности в виде коррозионных раковин, расположенных в основаниях впадин между зубьями, можно выводить зачисткой с последующим полированием.
Вмятины и местные сколы металла на торцах зубьев колёс и муфт, переключаемых осевым перемещением, также можно выводить зачисткой, придавая торцовым поверхностям зубьев форму, близкую к неповреждённым зубьям [75].
Значительно изношенные торцы зубьев восстанавливают автоматической наплавкой под слоем флюса с принудительным формированием слоя в медной охлаждаемой водой форме с последующим шлифованием (способ разработан в Челябинском институте механизации и электрификации сельского хозяйства).
Повреждения на зубьях, образовавшиеся в результате изнашивания и заедания металла, превышающие допустимые по техническим требованиям на ремонт, можно устранить по технологии, рекомендуемой для шестерён с контактными повреждениями.
