Содержание к диссертации
Введение
1 .Состояние вопроса, цель и задачи исследования:... 10
1.1 .Исследование эксплуатационной надежности и анализ причин отказов рулевых механизмов с гидроусилителем. ...10
1.2. Динамика функционирования золотникового механизма ГУР :...21
1.3. Анализ способов повышенияработоспособности и ресурса гидроусилителей руля. ...27
1.4. Анализхуществующих методов оценки работоспособности гидроусилителей;рулевого управления. ...33
1.5.Щели и задачи исследования... .. 38>..
2. Теоретические шедпосьтлкик совершенствованию/ технологии ремонтарулевоео механизма с ГУР . .:...40
2.1. Исследования факторов, приводящих к снижениюобъёмного коэффициента полезного действия гидросистемы, к увеличению люфта и усилия поворота рулевого колеса... ...40<
2.2: Исследования внешних сил, вызывающих изнашивание деталей рулевого механизма :... 42
2.3. Исследования внешних сил, вызывающих изнашивание деталей гидрораспределителя^ и механизма утечки жидкости ...45
2.4. Статистическое моделирование повышения усилия поворота рулевого колеса... 53
2:5. Выбор статистической модели динамики увеличения усилия на рулевом колесе интегрального рулевого механизма для предсказания направления восстановления изношенных параметров. : 60
3. Общая методика и структура экспериментальных исследований. 70
3.1. Программа и структура исследований 70
3.2. Методика проведения входного контроля и стендовых.испытаний, новых и поступивших на ремонт рулевых механизмов с ГУР тракторов МТЗ-80, -82 71
3.3. Методика исследования дефектов и проведения микрометражных исследований 76
3.4. Методика планирования многофакторного эксперимента по определению влияния утечек в сопряжениях на работоспособность интегрального рулевого механизма 88
3.5. Методика определения уровней варьирования факторов для многофакторного эксперимента 91
3.6. Методика триботехнических лабораторно-стендовых испытаний моделей серийных и восстановленных пар трения 96
3.7. Методика эксплуатационных испытаний отремонтированных интегральных рулевых механизмов тракторов МТЗ 101
4. Результаты экспериментальных исследований 103
4.1. Результаты входного стендового,контроля 103
4.2. Экспериментальное исследование дефектов и износов рабочих поверхностей деталей интегрального рулевого механизма трактора МТЗ 108
4.3'. Планирование многофакторного активного эксперимента 120
4.4. Влияние утечек в соединениях на работоспособность интегрального рулевого механизма трактора МТЗ 123
4.5. Определение предельных и допустимых износов деталей и зазоров в сопряжениях 128
4.6. Результаты триботехнических испытаний новых и восстановленных пар трения 130
4.7. Результаты эксплуатационных испытаний отремонтированных рулевых механизмов с восстановленными соединениями 136
5. Разработка технологического процесса восстановления интегрального рулевого механизма трактора мтз и оценка его экономической эффективности 140
5.1. Разработка технологического процесса восстановления интегрального рулевого механизма трактора МТЗ комбинированным методом 140
5.2. Технологические рекомендации восстановления изношенных деталей интегрального рулевого механизма трактора МТЗ комбинированным методом 144
5.3. Расчет экономической эффективности разработанного технологического процесса 153
Общие выводы 163
Список использованных источников
- Динамика функционирования золотникового механизма ГУР
- Исследования внешних сил, вызывающих изнашивание деталей гидрораспределителя^ и механизма утечки жидкости
- Методика планирования многофакторного эксперимента по определению влияния утечек в сопряжениях на работоспособность интегрального рулевого механизма
- Влияние утечек в соединениях на работоспособность интегрального рулевого механизма трактора МТЗ
Введение к работе
Ремонт сельскохозяйственной техники на 70 - 80% проводится с использованием запасных частей, при этом простои машин из-за их отсутствия или низкого качества приводят к большим потерям сельскохозяйственной продукции. Стоимость запасных частей непрерывно растёт и поэтому восстановление изношенных деталей с обеспечением их ресурса на уровне новых - один из самых эффективных путей экономии средств. При этом имеются такие примеры, когда ресурс деталей, восстановленных прогрессивными способами, в несколько раз выше ресурса новых деталей.
Однако следует отметить, что наиболее рациональным способом ремонта агрегатов является не установка в него отдельных восстановленных деталей, а установка восстановленного комплекта, включающая в себя ресур-соопределяющие соединения. В этом случае ресурс отремонтированной сбо-, рочной единицы можно довести до ресурса новой и даже его превысить.
Одним из наиболее ответственных механизмов колесного трактора является рулевое управление, которое служит для поддержания движения трактора в заданном направлении и его изменения в случае необходимости путем поворота управляемых колес или «слома» полурам трактора. От состояния рулевого управления зависит не только утомляемость тракториста и качество работы тракторного агрегата, но и безопасность движения.
В настоящее время на большинстве колесных тракторов, грузовых автомобилях большой и средней грузоподъемности, имеющих нагрузку на переднюю ось более 2,5 т, и легковых автомобилях высокого класса для облегчения управления в рулевых механизмах применяются гидравлические усилители рулевого управления (ГУР).
По данным Минсельхозпрода Республики Мордовия на 2007 год порядка 70% парка колесных тракторов республики составляют трактора марки МТЗ. Установлено, что интегральные рулевые механизмы тракторов данной марки обладают низкой надежностью. Так анализ литературных источников показал, что на гидроусилитель приходится более 75% отказов рулевого управления трактора «Беларусь». Причем среднее значение доремонтного ресурса новых гидроусилителей тракторов составляет 4670,0 мото-ч, а отремонтированных - 3065,0 мото-ч, т.е. средний межремонтный ресурс гидроусилителей на 35% меньше доремонтного значения. Объясняется это отсутствием рациональных методов восстановления деталей и выбраковочных параметров узлов ГУР, определяющих его работоспособность
В связи с этим, поиск нового технологического решения для восстановления параметров изношенных поверхностей и повышения износостойкости соединений деталей рулевых механизмов с ГУР является актуальной задачей ремонтного производства.
Цель исследования — разработка технологии комплексного восстановления и упрочнения изношенных рабочих поверхностей деталей рулевого механизма с ГУР, обеспечивающей 100-процентный ресурс после ремонта.
Объект исследования - новые, бывшие в эксплуатации и отремонтированные рулевые механизмы с ГУР тракторов семейства МТЗ.
На защиту выносятся:
— результаты стендовых испытаний по оценке работоспособности новых, бывших в эксплуатации и отремонтированных рулевых механизмов с ГУР тракторов МТЗ;
— закономерности износа рабочих поверхностей деталей рулевого механизма с гидроусилителем;
— результаты анализа причин ресурсных отказов ГУР МТЗ;
— закономерность изменения утечек рабочей жидкости в зависимости от износов в соединении золотник — корпус распределителя ГУР;
— регрессионные математические модели связи усилия на рулевом ко лесе с износами и утечками рабочей жидкости в соединениях интегрального рулевого механизма;
— результаты исследования триботехнических характеристик восстановленных соединений;
— технологический процесс ремонта рулевого механизма с гидроусилителем трактора МТЗ, обеспечивающий 100-процентный ресурс после ремонта путем комплексного восстановления и упрочнения изношенных рабочих поверхностей деталей.
Научная новизна работы;
— выявлены закономерности распределения износов рабочих поверхностей деталей и зазоров в соединениях;
— определена зависимость между зазорами и утечками в соединении золотник - корпус распределителя ГУР;
— получены регрессионные математические модели связи усилия на рулевом колесе с износами и утечками в соединениях;
— определены выбраковочные параметры узлов ГУР, определяющих его работоспособность;
— получены триботехнические характеристики восстановленных соединений;
— разработан новый технологический процесс ремонта рулевого механизма с гидроусилителем трактора МТЗ, обеспечивающий 100-процентный ресурс после ремонта путем комплексного восстановления и упрочнения изношенных рабочих поверхностей деталей.
Программа исследований имела следующую последовательность: получение экспериментального факта, разработка теоретической модели повышения усилия на рулевом колесе интегрального рулевого механизма методами однофакторного и многофакторного эксперимента. Восстановление и упрочнение рабочих поверхностей деталей методами электроконтактной приварки ленты (ЭКПЛ) через промежуточный слой и электроискровой обработки (ЭИО). Достоверность полученных результатов оценивалась стендовыми и эксплуатационными испытаниями. Обработка результатов исследований проводилась с использованием методов математической статистики, статистического и регрессионного анализа, с использованием современных вычислительных средств.
Практическая значимость работы заключается в разработке нового технологического процесса ремонта рулевого механизма с гидроусилителем тракторов МТЗ, обеспечивающего 100-процентный ресурс после ремонта.
Реализация результатов исследования. Новый технологический процесс ремонта рулевого механизма с гидроусилителем тракторов МТЗ, обеспечивающий 100-процентный ресурс после ремонта внедрен в малом инновационном предприятии ООО «Ресурс» (г. Саранск), ФГОУ ВПО «Ставропольский ГАУ» и учебно-научно-производственном центре «Лотос» при ГОУВПО «Калмыцкий государственный университет».
Апробация. Основные положения и результаты работы доложены на 3 республиканской научно-практической конференции «Роль науки и инноваций в развитии хозяйственного комплекса региона» (г. Саранск, 2003 г.), на Огаревских чтениях Мордовского госуниверситета (г. Саранск, 2004 - 2007 гг.), на международных научно-технических конференциях «Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем» (г. Саранск, 2004 г.) и «Научные проблемы ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей» (г. Москва, 2007 г.), на расширенном заседании кафедры технического сервиса машин ГОУВПО «МГУ им. Н.П. Огарева».
Технология комплексного восстановления и упрочнения изношенных рабочих поверхностей деталей рулевого механизма с ГУР, обеспечивающая 100-процентный ресурс после ремонта удостоена: золотой медали на V-ой весенней агропромышленной выставке-ярмарке «РОСАГРО - 2005» (г. Москва, ВВЦ, 2005 г.); диплома и серебряной медали IX - Международного салона промышленной собственности «Архимед - 2006» (г. Москва, 2006 г.), диплома и серебряной медали 8-ой Российской агропромышленной выставки «Золотая Осень - 2006» (г. Москва, ВВЦ, 2006 г.); диплома и серебряной медали Х-го международного салона «АРХИМЕД - 2007» (г. Москва, ВВЦ, 2007 г.), бронзовой медали 9-ой Российской агропромышленной выставки «Золотая Осень» (г. Москва, ВВЦ, 2007 г.), золотой медали XI-го международного салона «АРХИМЕД - 2008» (г. Москва, ВВЦ, 2008 г).
Автор работы удостоен звания «Лучший аспирант года - 2007» ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева».
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 8 печатных работах, в том числе 2 в изданиях по «Перечню...» ВАК Минобразования и науки РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 179 страницах машинописного текста, включает 53 рисунка и 30 таблиц, список литературы содержит 128 наименований. Работа оформлена в соответствии с требованиями и правилами, предусмотренными стандартом СТП 006 — 2004 Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева.
Автор выражает особую благодарность за оказанную помощь при выполнении диссертационной работы кандидатам технических наук, доцентам кафедры технического сервиса машин ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» Величко Сергею Анатольевичу и Ионову Павлу Александровичу.
Динамика функционирования золотникового механизма ГУР
Как уже было сказано, при движениитрактора ГУРвключается в работу не только-от органов, у правления, но и-от колебаний управляемых колес, вызываемых рельефом дороги. Так при движении трактора с прицепом по грунтовой дороге, со скоростью не выше 12 км/ч (предельно допустимая скорость), гидроусилитель 3900 раз включается. за час отдельными импульсами продолжительностью 0,1 - 0,35 с [11]. То есть при движении трактора золотник постоянно совершает осциллирующие движения относительно корпуса и стационарность перемещения-наблюдается только в крайних положениях золотника.
На рис. 1.3 приведены- основные элементы золотниковой пары распределителя ГУР. А.В. Ефремов [18] считает, что износ отсечных кромок а, б (рис. 1.3) лимитирует работоспособность распределителя ГУР. Причем, сначала кромки изнашиваются в близлежащих к краю кромки сечениях, а затем износ кромок отодвигается вглубь по длине кромки. Это подтверждается также исследованиями И.А. Бетьяниса [10].
Однако ряд авторов [11, 12, 14, 15, 16, 17, 20] утверждают, что причиной потери работоспособности распределителя ГУР является износ крайних поясков золотника и корпуса, а износ кромок относят к сопутствующим явлениям износа. Вследствие этого неясно, что в большей степени влияет на потерю работоспособности распределителя ГУР.
На рис. 1.4 показаны диаграммы смещения золотника, записанные при движении трактора по одному и тому же участку дороги и только в одном направлении [18]. Для записи были подобраны корпуса, имеющие разную степень износа кромок (на рис. 1.4а - новый корпус, на рис. 1.46 - изношенный корпус).
Нейтральному положению золотника соответствует линия х-х. Ширина кольцевой щели на диаграмме отмечена линией ее и е е на расстоянии А от линии х-х. На расстоянии 1П от линии х-х проведены линии кк и кк, соответствующие полному смещению золотника.
Все смещения золотника hx A соответствуют холостому ходу золотника, т. е. гидроусилитель руля в работу не вступает, а смещение hx A, соответствует рабочему ходу, т. е. гидроусилитель руля вступает в работу.
Из рис. 1.4 следует, что у нового корпуса величина смещения, в ос новном, равна ширине щели или незначительно выступает за нее. У изно шенного корпуса величина смещения золотника hx A и, как показывают эксперименты, чем больше степень износа кромок, тем больше смещение золотника [18]. По результатам исследований, проведенных в ГОСНИТИ, величина предельного радиального зазора 8пр сопряжения «золотник-корпус» распределителя ГУР МТЗ составляет 0,024 мм [19], что соответствует установленной в техническом условии величине предельного радиального зазора сопряжения золотник-корпус.
Г.Е. Топилин [14] установил, что у распределителя, имеющего радиальный зазор 0,032 - 0,046 мм зона нечувствительности золотника увеличивается до 0,95 - 1,00 мм, а время запаздывания действия силового цилиндра возрастает в 1,5-2 раза, что приводит к потере работоспособности гидроусилителя. Вместе с тем по техническому критерию им установлен предельный радиальный зазор сопряжения золотник-корпус, составляющий 0,024 мм.
По данным П.И. Гараева [12, 24] изнашиваются как опорные пояски золотника и отверстия корпуса, так и их рабочие кромки. Однако он считает, что преобладающим износом является износ крайних поясков золотника и отверстия корпуса. Эпюра износа отверстия корпуса и золотника не приводится.
По нашим данным и данным работы [18] в процессе эксплуатации ГУР золотник в отверстии корпуса распределителя перекашивается. Поэтому опорные пояски золотника и отверстия корпуса по окружности изнашиваются неравномерно с максимальным износом-золотника — 0,048 мм, отверстия корпуса — 0,096 мм, т. е. предельный износ соединения составляет 0,072 мм.
Рабочие кромки золотника и корпуса изнашиваются по длине на величину 0,2 — 0;9 мм. При износах рабочие кромки золотника и корпуса закругляются, затупляются, заваливаются, по сравнению с острыми, прямоугольными кромками в новых деталях. Наибольший износ имеют края кромок. Средняя величина износа края кромки золотника - 0,015 мм, корпуса — 0,025 мм. При этом отверстия корпуса изнашивается в 2 - 2,6 раза больше, чем пояски золотников.
К.Б. Серебряков и Г.А. Сафонов [21] рекомендуют отправлять в ремонт гидроусилители, если зазор между золотником и корпусом увеличивается от 0,32 до 0,46 мм. Время срабатывания гидроусилителя по их исследованиям возрастает в 1,5 - 2 раза, что вполне совпадает с данными Г.Е. Топилина.
В.Е. Черкун [20] отмечает, что максимальный износ, величина которого достигает 0,02 - 0,03 мм, для ГУР МТЗ имеют крайние пояски корпуса, а остальные пояски изнашиваются незначительно.
В.Н. Корнеев [17] в результате анализа,работоспособности распределителей ГУР по экспериментальным зависимостям утечек рабочей жидкости от величины диаметрального зазора установил критерий1 предельного состояния золотниковой пары. Значение предельного зазора в золотниковой паре ГУР составляет 0,036 мм. Однако автором в работе не указана предельная утечка рабочей жидкости.
Износ деталей распределителя при этом [17] протекает по кривой с тремя характерными периодами: приработки (до 50 мото-ч), установившего ся (до 4200 мото-ч) и ускоренного (после 4200 мото-ч) изнашивания. Средняя скорость изнашивания золотниковой пары распределителя ГУР за 5000 часов эксплуатации трактора составляет 7,4-10" мкм/час.
В этой же работе [17] В.Н Корнеев на основании проведенных ускоренных ресурсных испытаний распределителей ГУР отмечает, что скорость изнашивания золотниковой пары пропорциональна давлению рабочей жидкости в гидросистеме, количеству включений золотника и. концентрации загрязнителя в рабочей жидкости. Причем кривая зависимости скорости изнашивания золотниковой пары от дисперсного состава загрязнителя имеет максимум при среднем диаметре абразивных частиц, равном 60% величины зазора в сопряжении золотник — корпус.
Исследования внешних сил, вызывающих изнашивание деталей гидрораспределителя^ и механизма утечки жидкости
К основным узлам ГУР относятся распределитель, гидроцилиндр и предохранительный клапан (рис. 2.1). Сопротивление повороту колес преодолевается усилием Рвод, прикладываемым водителем к рулевому колесу и усилием на поршень РЛ)Б.
Поворот трактора будет происходить в том случае, если сумма усилий, приведенных к поршню силового цилиндра от водителя, воздействующего на рулевое колесо, и от давления рабочей жидкости будет больше сил сопротивления повороту направляющих колес, сил трения в рулевом управлении и си лы противодавления в сливной полости. Следовательно, условие поворота трактора с рулевым управлением, оснащенным гидроусилителем, можно выразить так: P«W + PA.B R + ZN + PC, (2.6) где Рвод - усилие, прикладываемое водителем к рулевому колесу, приведенное к поршню силового цилиндра; РА,Б - усилие, создаваемое рабочей жидкостью на поршень силового цилиндра; R — нагрузка, действующая на шток силового цилиндра от сопротивления повороту колес; N - суммарная сила сопротивления, определяемая жесткостью центрирующих пружин и трением в червячном механизме, золотника о корпус распределителя, поршня о цилиндр, штока поршня о крышку цилиндра; Рс - сила противодавления сливной магистрали.
При износе деталей соединений ГУР (см. рис. 2.1) увеличиваются утечки рабочей жидкости, что приводит к уменьшению объемного КПД сис- темы и скорости перемещения поршня под давлением рабочей жидкости.
Очевидно, что при предельном износе сопряжений ГУР наступит такое состояние, при котором гидроусилитель перестанет выполнять свое основное назначение — облегчать управление трактором.
Для того чтобы ГУР облегчал управление трактором необходимо, чтобы направляющие колеса трактора поворачивались давлением рабочей жидкости силового цилиндра с большей скоростью, чем это сможет сделать водитель. Это условие можно выразить так: вод — чур з С, \Z. I) где tBOfl — время поворота направляющих колес из одного крайнего положения в другое вручную водителем, с; tryp - время поворота направляющих колес трактора давлением рабочей жидкости ГУР, с.
Если не выполняется условие (2.7), то при повороте рулевого колеса с большей скоростью водителю придется преодолевать не только сопротивление колес, но и, передвигая поршень силового цилиндра, перекачивать рабочую жидкость из одной полости в другую.
Время поворота колес водителем определяется из выражения, с: tB(W=q K/nK, (2.8) где фк — угол поворота рулевого колеса для перевода направляющих колес из одного крайнего положения в другое (соответственно полному ходу поршня), об; пк — скорость вращения рулевого колеса водителем, об/с. Объемная подача (расход) жидкости в полости гидроцилиндра, см /с: QA,B = qnriCHCT., (2.9) где q — теоретическая подача рабочей жидкости насосом НШ-10, q = 10 см /об; п — число оборотов приводного вала насоса, об/с; Лсист - объемный КПД системы. Тогда из формул (2.4) и (2.9) следует, что (2.10) где D — диаметр поршня, см; d — диаметр штока, см; Ln — расстояние, равное полному ходу поршня, см. Чраспр - объемный КПД гидрораспределителя; Ццш - объемный КПД гидроцилиндра. Насос НШ-10 не входит в состав ГУР и не является предметом исследований данной работы, но при испытаниях рулевого механизма с ГУР необходимо знать значение цнш, чтобы достоверно оценивать техническое состояние агрегата.
Объемный КПД распределителя определяется по формуле: _ Чраспр "распр , -. . . Чрасп . j \r" - J z pacnp а гидроцилиндра по формуле: %т ,,ил0Чцил , (2.15) где Qpacnp, Qtfuj, - расход рабочей жидкости, подводимый соответственно к гидрораспределителю и гидроцилиндру, см /с;
Чраспр, Ццш - утечки соответственно в гидрораспределителе и в гидроцилиндре, см3/с. Из формул 2.3, 2.4 и 2.14, 2.15 следует, что с увеличением утечки жидкости через зазоры распределителя qpaCnp, гидроцилиндра q4WI и гидронасоса Чнасоса увеличивается время, необходимое для поворота колеса, снижается скорость поворота колеса и повышается усилие для поворота рулевого колеса.
Рассмотрим механизм утечки жидкости в распределителе при повороте трактора (рис. 2.3).
Как отмечалось выше, направление масла в ту или иную полость гидроцилиндра осуществляется осевым смещением золотника 4 (рис. 2.3) относительно корпуса распределителя 13. Это смещение приводит к перекрытию пары смежных кромок корпуса и золотника. При этом нагнетательный маслопровод 9 соединяется через маслопровод 1 с одной из полостей цилиндра. Другая полость цилиндра через маслопровод 2 соединяется со сливным маслопроводом 3. Своим смещением золотник одновременно решает две задачи: направляет поток масла в нужную полость рабочего гидроцилиндра и создает силы РА,Б В ПОЛОСТЯХ ДЛЯ поворота направляющих колес или удержания колес в устойчивом прямолинейном движении.
Однако с износом золотника 4 и корпуса распределителя 13 (рис. 2.3) в перекрываемых отсечных кромках появляются утечки (на рис. 2.3 отмечены красным цветом), которые постепенно нарастают по мере износа кромок.
В процессе работы распределителя может наблюдаться и рост утечек через предохранительный клапан вследствие износа шарика и седла предохранительного клапана.
Утечки через кромки и предохранительный клапан распределителя уходят в корпус гидрораспределителя (рис. 2.3), соединенного со сливным маслопроводом 3.
Как было отмечено в первой главе, в процессе работы распределителя изнашиваются опорные поверхности золотника 4 и отверстия корпуса 13. Соответственно с ростом данных износов возможно появление утечек через опорные пояски распределителя.
Как следует из рисунков 2.1 и 2.3, данные утечки, в отличие от утечек через кромки и клапан, уходят сразу в бак рулевого механизма, минуя сливную полость распределителя и сливной маслопровод.
Методика планирования многофакторного эксперимента по определению влияния утечек в сопряжениях на работоспособность интегрального рулевого механизма
Целью настоящих исследований являлась разработка регрессионной математической модели связи усилия на входном валу рулевого механизма с гидроусилителем трактора МТЗ N с утечками в соединениях. Для получения математической модели необходимо выбрать параметр оптимизации. От правильного выбора параметра оптимизации в значительной мере зависят достоверность и возможность практического использования полученных результатов [72-75].
За параметр оптимизации было принято усилие на рулевом колесе интегрального рулевого механизма N
Усилие на рулевом колесе N как параметр оптимизации соответствует следующим требованиям: — изменяется при любом изменении (комбинации) факторов, определяющих работоспособность интегрального рулевого механизма; — является информационным параметром, т. е. всесторонне характеризует работоспособность; — как параметр оптимизации имеет физический смысл, т. е. обладает возможностью достижения полезного результата определенного свойства; — статистически эффективный параметр, т. е. измеряется с наибольшей точностью, что позволяет сократить до минимума дублирование опытов; — однозначный параметр, т. е. максимизирует либо минимизирует только одно свойство процесса.
По нашим данным основной причиной ресурсных отказов рулевых механизмов с гидроусилителем является увеличение усилия на рулевом колесе, что является следствием увеличения утечек в сопряжениях усилителя.
За варьируемые факторы, влияющие на параметр оптимизации, исходя из условия обязательной возможности их регулирования, независимости и однозначности принимали численные значения величин утечек в соединена ях усилителя: Вводили следующие обозначения: . . X]: — суммарная утечка в;соединенияхраспределителя (qpaCn), см/мин:; Х3 - утечка; в соединении шток - крышка гидроцилиндра задняя (gw), .,СМ-/МИН: В1.качестве постоянных, принимали следующие факторы:; - рабочая жидкость — масло И-20А; — температурамасла / - 50±5С; расход-рабочей жидкости (постоянство фактораюбеспечивалбсьпри менением; одного насоса для:серии; опытов, причем объемный?КПД насоса? контролировался на отсутствие изменений? на протяжении всего эксперимен- : та; испытания-проводились при частоте вращения-валашривода:насоса Т400 об/мин:);частота вращения рулевого колеса;(постоянство данного; фактора кон тролировалось секундомером); :.. ,: — величина нагрузки;на поворотном!валу (постоянство.нагрузки;на по-; воротном валу достигалось настройкой клапанов нагрузочного устройства на: одну величину и контролировалось по манометру 12 (рис. 3.2)); - величина сил трения в:соединениях рулевого механизма (постоянство сил трения достигалось,проведением серии экспериментов на одном и-том же агрегате); . Испытания проводились на стенде КИ-4896М, согласно методике оценки работоспособности интегрального рулевого механизма; представлен нойгв п. 3:2: :
Фиксировали величину усилия на входном валу рулевого механизма с гидроусилителем при повороте вправо. Фиксация- параметра оптимизации1 при повороте рулевого механизма вправо обусловлена тем, что фактор Х3 — утечка в соединении шток - крышка гидроцилиндра задняя при повороте влево не будет оказывать никакого влияния на величину усилия на рулевом ко лесе, так как при повороте влево в работе находится бесштоковая полость гидроцилиндра.
Для каждого фактора выбирали-уровни варьирования и проводили их кодирование по следующим формулам у у у і mm ; max fry -і і\ Ліосн- Ту » \?ЛІ) где X, осн - основной уровень (определенный для каждого уровня); X, тах - верхний уровень (определенный для каждого уровня); X, тт — нижний уровень (определенный для каждого уровня); 2 — число уровней; / - номер фактора. д .пшх- іпш, ЗЛ8 где АХ{ - интервал варьирования (определенный для каждого уровня), 2ІІпХ, -]пХ1ШЯ) Хі=Л ! i + i, (3.19) mm где X, - кодированное значение z -го фактора.
Верхний, нижний и1 основной уровень факторов соответственно обозначили как: +1,-1, 0. При построении планов матриц планирования эксперимента цифры опускали и писали только их знаки - «+» или «-».
Затем строили план матрицы планирования эксперимента в виде таблицы, в строках которой записывали данные опытов, в столбцах — факторы (в кодах «+» и «-») с реализацией всех возможных упорядоченных сочетаний.
При проведении эксперимента, согласно матрице планирования, было испытано 8 вариантов с различными комбинациями факторов в трехкратной повторности.
Обработку экспериментальных данных матрицы планирования и расчеты коэффициентов регрессии проводили методами многофакторного корреляционного, дисперсионного и регрессионного анализа данных [72 — 76].
В итоге получили математическую модель исследуемого процесса в виде уравнения регрессии, связывающего варьируемые факторы с парамет ром оптимизации.
Результаты эксперимента представлены в п. 4.4 и приложении Е. Для определения предельных значений утечек в соединениях рулевого механизма с ГУР применяли метод крутого восхождения.
Крутое восхождение начинали от основных уровней значимых факторов, при этом их изменяли пропорционально величинам коэффициентов регрессии с учетом их знаков.
Вычисляли произведение ЪуЛХ по каждому фактору. Находили фактор для которого произведение 6Д" является наибольшим, то есть базовым.
Выбирали сдвиг в направлении крутого восхождения по базовому фактору от основного уровня с интервалом juAXfo где у. = 0,1; 0,2; 0,3; и т. д. до 1.
Определяли величину первого шага эксперимента Л« - ;и//Ьб/- Вычисляли шаги первой точки крутого восхождения эксперимента по формуле: t = K- bvAX} +XiocH, (3.20) Далее последовательно прибавляли к предыдущей точке шаг соответствующего фактора Тіш-фі-АХ .
Влияние утечек в соединениях на работоспособность интегрального рулевого механизма трактора МТЗ
Испытания интегральных рулевых механизмов на герметичность показали, что подтекания масла через уплотнения, стыки и тело деталей обнаружено не было.
При проверке давления срабатывания предохранительного клапана Рпр установлено, что распределение- давления настройки предохранительного клапана Рпр подчиняется закону нормального распределения (v = 0,34):
Широкий диапазон настройки предохранительного клапана обусловлен несколькими причинами. Так из технических требований ТК 70.0001.018-85 [31] следует, что давление срабатывания предохранительного клапана Рпр должно находиться в пределах 7,5...8,0 МПа. А по данным заводов изготовителей распределителя ГУР 50-3406015А (ОАО «Мелитопольский завод тракторных деталей Ия агрегатов» и ОАО «Гомельский завод «Гидропривод») [95, 96] давление срабатывания предохранительного клапана Рпр должно находиться в пределах 8,5...9,0 МПа. Кроме того, понижение давления настройки предохранительного клапана может произойти в результате-снижения упругости пружины 8 (рис. 2.3). Повышенное давление настройки предохранительного клапана на наш взгляд обусловлено тем, что механизаторы, не понимая принципа работы распределителя ГУР, настраивают клапан на более высокое давление, надеясь уменьшить усилие поворота рулевого колеса. Однако, как правило, повышенное усилие на рулевом колесе вызвано другими причинами.
Таким образом, все 100%, рулевых механизмов с ГУР, бывшие в эксплуатации и подвергнутые испытаниям оказались неработоспособными.
После проведения входных стендовых испытаний с целью; исследования дефектов и износрв -: деталей і интегрального; рулевого механизма трактора МТЗ;все:агрегаты,подвергались первичной дефектациии; микрометражным; исследованиям, согласно методике, изложенной в п. 3:3: В табл; 4Л-... предг ставлены результатылервичной-дефектации;
а) Износ поясков золотников происходит неравномерно. Изнашивают ся поверхности 1 и 5 золотника (рис. 3;3)І которые;находятся в постоянном, контакте с, поверхностями 6 и 9 корпуса (рис. 314),; относительно поверхно стей 2 и. 4, золотника, которые не контактируют ни; с одной поверхностью корпуса; Поверхности, 2 и 4 принимаются неизношенными. Ири: этом износы , поверхностей; 1 и 5; замеряются относительно поверхностей? 2. ш 4 соответст венно и являются : условными, .так как абсолютные значения износов поясков установить,не представляется возможным в связи- с: отсутствием сведений о начальных размерах поясков золотников и отверстий корпусов. У золотников максимально изнашивается; поверхность, 5. Средний износ поверхности 5v (изсрД"д) больше износа поверхности 1 (U3cpA"A);в 1,58 раза а максимальный износ — более 1,8 разаіи составляет изтахД"д — 77 мкм при /среднем значении ,,из Д-Д=;1 59 мкм
б);ВШорпусахизнашиваемыми»являются ;пояски 6 и 9(рис. 3.4),.кото рые постоянно контактируют с поверхностями Г и 5 золотника, (рис; 313); При этоміуеловные износы,поясков 6 и 9 замерялись относительно поверх ностей! 7. и 8 соответственное Пояски.отверстий корпусов; распределителей; изнашиваются более- равномерно. Средний; износ поверхности 6« (рис. 3.4) равен ик рА"А = 7,5; мкм; что в; Г,0Ф раза больше износа; поверхности 9 (UK " =7,1 мкм). Однако максимальный износ поверхности 6 составляет UKmax " =76 мкм; что вs 1,7 раза больше максимального износа поверхно сти 9 (иктахГ"Г = 44; мкм).
в) Ведущим износом золотниковой пары распределителя является износ рабочих кромок А3, Дз, Е3, Г3 золотника и Ак, Дк, Ек, Гк корпуса.
Износ кромок золотника и корпуса замерялся при помощи профило-графа-профилометра «Talysurf-4». В результате замера были получены про-филограммы, аналогичные показанным на рис. 3.6.
Анализ результатов замера износов кромок золотника и корпуса распределителя показал, что кромки золотника и корпуса изнашиваются на конус, сечения кромок, расположенные ближе к краю, имеют наибольший износ, по мере удаления от края кромки износ уменьшается. Средние эпюры износа кромок золотника и корпуса распределителя ГУР представлены нарис. 4.5.
В табл. 4.2 показаны основные статистические параметры распределения износов кромок золотника и корпуса. Из таблицы видно, кромки золотника имеют одинаковую степень износа по длине (/3) и по радиусу (г3). То же самое наблюдается и у кромок корпуса распределителя. Износ кромок золотника по длине l3 = 0;617 мм в 1,07 раза меньше износа корпуса распределителя = 0,659 мм. Радиальный износ кромок золотника r3 = 0,051 мм меньше радиального износа кромок корпуса rK = 0,085 мм в 1,67 раза, причем по некоторым кромкам радиальный износ по корпусу превышает износа золотника более чем в 2 раза.
Основным критерием для оценки износа рабочих кромок золотника и корпуса распределителей мы приняли объем изношенной области кромки. Основные статистические параметры распределения объема износа кромок золотника V3 и корпуса распределителя ГУР VK представлены в табл. 4.2.
Поскольку кромки, золотника и,корпуса распределителя! изнашиваются HavKOHyc и изношенные поверхности кромок имеют рваный характер (рис. 3.16), то достоверное определение зазора в сопряжении золотник -корпус не представляетсяг возможным. В связи с этим, в качестве критерия оценки износа соединения золотник - корпус распределителя, был принят объем проточного тракта между сопрягаемыми кромками, при полном их перекрытии. Объем проточного тракта по одной кольцевой щели равен, мм3: V; = Vi3 + V1K + VST , (4.5) где Vj3 - объем изношенной области і-той кромки золотника, мм ; V1K - объем изношенной области і-той кромки корпуса, мм3; VST - объем кольцевой щели, полученной наличием технологического f зазора»между золотником и корпусом, мм3.
