Содержание к диссертации
Введение
I. Состояние проблемы и обоснование задач исследования 12
1.1. Классификация трансмиссии трактора 14
1.2. Фрикционно-зубчатая трансмиссия 14
1.3. Кинематические схемы моторно-трансмиссионных установок 20
1.4. Гидромеханическая трансмиссия 28
1.5. Исследования кинематики и динамики трансмиссии 33
1.6. Исследования долговечности и работоспособности трансмиссии. 38
1.7. Обоснование направления исследования, цель и задачи исследования 41
II. Теоретические основы диагностики трансмиссии трактора 50
2.1. Постановка задачи 58
2.2. Математическая модель 58
2.3. Выбор метода реализации задачи 60
2.4. Обоснование диагностического параметра с учетом условия работы трансмиссии и износов деталей 68
2.5. Расчет размерной цепи с учетом эксплуатационных изменений звеньев 70
2.6. Определение допустимых износов деталей при ремонте 77
III. Износы деталей трансмиссии и факторы, влияющие на них 84
3.1. Экспериментальные исследования в производственных условиях 85
3.2. Результаты статистических исследований 86
3.3. Лабораторные экспериментальные исследования 99
3.4. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на изнашивание деталей трансмиссии 105
3.4.1. Влияние конструктивных параметров 105
3.4.2. Влияние эксплуатационных факторов 108
3.4.3. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов при холостой работе трансмиссии 111
IV. Определение комплексного диагностического парметра трансмиссии 114
4.1. Определение составляющей диагностического параметра малоресурсного узла трансмиссии 114
4.2. Определение эксплуатационных затрат 116
4.3. Определение стоимости смазки 119
4.4. Стоимость простоев и затраченного труда 120
4.5. Решение задачи — теста 121
4.6. Методика определения комплексного окружного зазора 124
4.7. Определение коэффициента работоспособности уплотняющего соединения 131
V. Технологические основы повышения ресурса трансмиссии 135
5.1. Влияние технологических, конструктивных и эксплуатационных фактов на ресурс деталей трансмиссии 135
5.2. Организационно-технологические мероприятия повышения ресурса изношенных деталей трансмиссии 149
5.2.1. Основные предпосылки классификации деталей 154
5.2.2. Общая классификация соединений 158
5.2.3. Классификация деталей по сочетанию дефектов 165
5.2.4. Основные способы устранения дефектов деталей 171
VI. Технико-экономическая эффективность и внедрение результатов исследования 188
6.1. Экономия от внедрения диагностического параметра 188
6.2. Экономия внедрения финишно-упрочняющих операций 189
6.3. Экономия от конструктивных изменений 193
6.4. Технико-экономическая эффективность по восстановлению деталей в МТС 196
6.4.1. Определение дополнительных, капитальных вложений на организацию цеха по восстановлению деталей 198
6.4.2. Определение себестоимости восстановления деталей 199
6.4.3. Определение экономической эффективности 201
6.5. Внедрение и разработка технологии и комплекса оборудования для проведения ТО и ремонта «Кировцев» 204
Основные выводы 209
Литература 214
Приложения 231
- Кинематические схемы моторно-трансмиссионных установок
- Расчет размерной цепи с учетом эксплуатационных изменений звеньев
- Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов при холостой работе трансмиссии
- Определение коэффициента работоспособности уплотняющего соединения
Введение к работе
Актуальность проблемы. Машинно-тракторный парк агропромышленного комплекса последнего поколения имеет технико-экономические показатели в 1,2...1,4 раза выше по сравнению со своими предшественниками. Это достигается тем, что они имеют отдельные узлы и агрегаты, которые не использовались раньше, например, у тракторов типа «Кировец» имеются: турбокомпрессор, гидромеханическая коробка передач, ведущие мосты с дифференциалом свободного хода, шарнирная рама, карданная передача с жестким шарниром и т. д. Использование этих агрегатов, узлов и механизмов в тракторах позволило, с одной стороны, повысить экономические показатели, а с другой - усложнило конструкцию и создало значительные проблемы при техническом обслуживании и ремонте. Практика показывает, что около 60 % отказов в процессе эксплуатации модернизированных машин приходится именно на узлы, впервые используемые в машинах, наработка на отказ иногда не превышала 200 часов. Причинами отказа являются как неудачные конструктивные решения, так и неподготовленность эксплуатационников и ремонтников к использованию таких машин. Они не имеют необходимых научно-обоснованных рекомендаций, диагностических параметров, допустимых износов деталей, технической документации, технологической оснастки и специализированных ремонтных предприятий. В особенности поток отказов возрастает, а ресурс этих агрегатов снижается на 40-50 % после капитального ремонта. Решение всех вопросов в комплексе с целью повышения экономической эффективности тракторов с особыми конструктивными отличиями, в частности наличие шарнирной рамы, позволяющей значительно повысить маневренность и степень использования трактора «Кировец» на многих работах, является сложной проблемой. Поэтому разработка
методологических подходов к вопросам повышения ресурса машин с учетом всех факторов является актуальной. Актуальность проблемы подтверждается и тем, что она является составной частью комплексных целевых программ,
утвержденных ГКНТ СССР, и тематических планов ГОСТНИТИ в период с
-К1
1970 по 1985г. по разработке технической документации, технологической оснастки и проектированию предприятий для ремонта тракторов «Кировец».
Цель работы - повышение надежности трансмиссии колесных тракторов с шарнирной рамой.
Задачи исследования:
-исследовать и разработать теоретические основы диагностики трансмиссии трактора;
- обосновать факторы, влияющие на диагностический параметр и составить модель его изменения;
-исследовать влияние различных факторов на изнашивание деталей трансмиссии тракторов с шарнирной рамой;
-разработать методику определения предельных износов поверхностей деталей с учетом состояния поверхности уплотняющего соединения;
-разработать технологические основы модернизации серийно выпускаемых машин;
-обосновать системный подход в классификации соединений и
организационно-технологические мероприятия по восстановлению деталей в
рыночных условиях.
л Объект и предмет исследования.
Объектом исследования являются процессы изнашивания деталей трансмиссии трактора с шарнирной рамой «Кировца», работающие в специфических условиях.
7 Предметом исследования является изменение величины окружного зазора от
износа деталей трансмиссии и различных факторов, влияющих на
колебательную систему с целью определения его допустимого
;т диагностического параметра.
Методы исследования.
Определение диагностического параметра проводилось на основе установления закономерностей изнашивания деталей трансмиссии, размерных целей, математической теорией упругости, удара и динамического программирования. Экспериментальные исследования проводили с применением теории планирования экспериментов, использования современных приборов и оборудования, теории вероятности и математической статистики с разработкой и использованием компьютерных программ.
Научную новизну работы составляет:
- оптимизация и применение комплексного диагностического параметра
трансмиссии трактора, определенного с учетом разноресурсности деталей и
факторов, действующих на колебательную систему, а также новый
методический подход к прогнозированию и установлению функциональной
зависимости изменения замыкающего звена размерной цепи.
Практическая значимость исследования и реализация результатов:
- комплексный диагностический параметр и оптимально допустимые
величины износа деталей трансмиссии определены с учетом всех факторов,
действующих на колебательную систему и разноресурсности их деталей;
j\ - новый подход к оценке динамики колебательной системы трактора с
шарнирной рамой с учетом износа и нарушения сбалансированности деталей шасси;
- определены, систематизированы и установлены количественные значения
всех факторов, действующих на износ деталей силовой передачи тракторов с шарнирной рамой;
методика испытания узлов трансмиссии, учитывающая конструктивные особенности трактора;
методика определения предельных узлов деталей, учитывающая состояние ее рабочих поверхностей и зависимость ресурса одного соединения от работоспособности другого;
функциональная зависимость изменения замыкающего звена и величин допусков в соединениях, составляющих размерную цепь;
новый методический подход при прогнозировании и профилактических работах с учетом динамики изменения замыкающего звена размерной цепи.
Диагностический параметр силовой передачи определяется с учетом комплекса факторов, действующих на колебательную систему методом динамического программирования.
Разграничены и установлены соединения, влияющие на увеличение скорости изнашивания других поверхностей деталей. Обоснована необходимость повышать износостойкости поверхностей уплотняющих соединений в 3-4 раза.
Разработка технологических процессов и проектирование технологической оснастки для ремонта деталей трансмиссии тракторов с шарнирной рамой базировались на полученных результатах.
Оптимизация допустимых износов деталей позволила значительно повысить ресурс трансмиссии колесных тракторов с шарнирной рамой и сократить затраты на ремонт.
Результаты проведенных автором исследований явились основой для разработки и внедрения в производство:
9 -основ технологической модернизации выпускаемых машин и постановки их
на серийное производство;
- системы организационно-технологических мероприятий по восстановлению
деталей и повышению их ресурса;
- методологических основ проектирования ремонто-технологической
оснастки и разработки ремонтно-технической нормативной документации для
ремонта тракторов с шарнирной рамой;
При непосредственном участии автора разработана, испытана и внедрена в производство вся необходимая техническая документация и технологическая оснастка на ремонт шасси трактора «Кировец». Эта документация содержит большое количество различных параметров, допусков, размерных величин, определенных расчетным путем и оптимизированных на основе исследований и методик разработанных автором.
Реализация работы. В результате выполненных исследований разработаны, изданы и внедрены на ремонтных предприятиях комплект технологической документации и рекомендаций на ремонт шасси трактора «Кировец» общим объемом более 200 условных печатных листов и технологической оснастки около 80 наименований.
На ремонтных предприятиях Казахстана, Омской, Саратовской, Курганской областей и Алтайского края, а также в других регионах России и странах СНГ организован ремонт деталей и узлов шасси тракторов «Кировец» с использованием работ автора.
За результаты исследования, разработки, внедрение технической документации различных рекомендаций, разработку и доведения до серийного выпуска комплекса оборудования для проведения ТО и ремонта тракторов «Кировец» автор неоднократно являлся участником ВДНХ СССР (свидетельство №.№, 271373; 50509), признавался лауреатом Всесоюзного
10 смотра технического творчества, награжден медалью. Неоднократно поощрялся
и награждался памятными знаками правительства.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены,
обсуждены и одобрены:
на международных научных конференциях г.Москва, 2004; г. Гагры, 2004; г. Орел 2004 г.
на научно-практических конференциях Орел ГАУ,2004 г., 2003 г., 2000 г., 1998 г.; ГОСНИТИ, 2004 г., 2003 г., 1974 г.; Брянской ГСХА 2003 г.; МГАУ,2003 г., 1998 г.; Пензенского ГАУ, 1998 г., ЧИМЭСХА, 1973 г., 1972 г.
на республиканских и областных семинарах, посвященных использованию, ремонту и восстановлению деталей тракторов "Кировец", Ленинград "Кировский завод" 1975 г., 1974 г.; Москва, ГОСНИТИ, 1974 г., 1973 г.; Курган, 1973 г.; Омск, 1974 г.; Алма-Ата, 1975 г., 1974 г.; Целиноград, 1971 г., - 1975 г.;
на научно-технических советах и семинарах Госкомсельхозтехники СССР, 1975 г., "Казсельхозтехники", 1971 г.,-1974 г.;
на ученых Советах и секциях Целинного филиала ГОСНИТИ, 1970 г., 1972 г., 1973.; технических Советах Атбасарского и Пескинского РМЗ, 1973 г., 1974 г.; Лебяжевской и Нововаршавской специализированных ремонтных мастерских, 1972 г., 1973 г.; в головной лаборатории шасси тракторов ГОСНИТИ, 1974 г.;
на Всесоюзном совещании в/о "Сельхозтехника" и "Казсельхозтехника" Алма-Ата-Целиноград 1969 г.-1970 г.
Публикация. Основное содержание выполненных работ отражено в 58 печатных работах общим объемом 393 условных печатных листов (из них 122 авторских), в том числе в 8 монографиях, брошюрах, книгах, 7 альбомах и авторских свидетельствах на изобретения.
Автор защищает:
методику определения комплексного диагностического параметра
колесных тракторов с шарнирной рамой;
методику и результаты исследования колебательной системы трансмиссии и обоснование диагностического параметра технического состояния силовой передачи тракторов с шарнирной рамой;
результаты исследования влияния различных факторов, а также их количественные значения на изнашивание деталей трансмиссии;
методику определения допустимых и предельных износов поверхностей деталей соединений с учетом взаимосвязи и изменения скоростей изнашивания от их состояния;
рекомендации и предложения по внесению конструктивных изменений в узлы силовой передачи тракторов с шарнирной рамой;
технологические основы модернизации серийно выпускаемых машин;
системный подход в классификации соединений для организации цехов
по восстановлению деталей;
организационно-технологические мероприятия по восстановлению
деталей в условиях реформирования АПК.
Кинематические схемы моторно-трансмиссионных установок
Теоретические основы кинематики трансмиссии разработаны отечественными 4, 17, 19, 28, 37, 101, 102, 115, 124, 130, 147, 148, 186, 196 , и рядом зарубежных ученых 201, 202, 204, 208 , результаты исследований которых явились основой для расчета и проектирования трансмиссий. Были получены уравнения для многошарнирных трансмиссий, а также установлено, что при отклонении вилок карданной передачи относительно общей плоскости, возникают угловые смещения в результате разного угла поворота ведущего и ведомого валов. Установлено, что неравномерность вращения ведомого вала приводит к возникновению ускорения, которое увеличивает инерционный момент. Зарубежными авторами установлено, что в трансмиссии возникают переменные изгибающие моменты, действующие на валы в плоскости вилок. На ведомый вал, кроме переменного изгибающего момента, действует переменный крутящий момент. Уравновешивание сил происходит в плоскостях соединений. Значительные угловые смещения валов приводят к появлению дополнительных нагрузок, которые суммируются с основными и увеличивают общее напряженное состояние деталей. На основании исследований предлагается графо-аналитический метод определения численных значений нагрузок и реактивных моментов, возникающих в трансмиссии.
Полученные теоретические уравнения в работах 114, 115, 195, 196 явились основой для исследования работоспособности трансмиссии. Одним из недостатков этих исследований является то, что рассматривался частный случай расположения передач в одной плоскости, однако, передачи из-за невозможности практически фиксировать валы соединяемых узлов в одной плоскости располагаются в пространстве. Это приводит к неравномерности вращения ведомых и ведущих деталей, которая ухудшает условия работы узлов, кинематически связанных с ней, и вызывает дополнительные напряжения.
Следует отметить, если кинематика трансмиссии практически определяется конструктивными особенностями самого механизма, то динамика их работы зависит еще и от назначения и конструктивных особенностей машины, на которой они устанавливаются, а также условия работы машин.
В этой связи имеется ряд исследований по определению нагрузок, возникающих в трансмиссии различных машин.
Методом тензометрирования определялись величины изгибающих крутящих и инерционных моментов, возникающих в трансмиссии. На основании полученных исследований доказана необходимость корректировки формул для расчета крутящих моментов, передаваемых трансмиссиями, поправочным коэффициентом динамичности, этот коэффициент позволяет судить о неравномерности момента, передаваемого трансмиссией. Установлено, что коэффициент динамичности изменяется при изменении угла передачи, величина коэффициента увеличивается с ростом угла и уменьшается с увеличением нагрузки при постоянных углах.
В ряде работ ] 34, 37, ИЗ, 126, 143, 209 рассматривался вопрос об осевых нагрузках, возникающих в шлицевом соединении от сил трения. Установлено, что при движении автомобиля в шлицевом соединении возникают, осевые усилия большой величины. При крутящем моменте 1950 Ым осевое усилие может достигнуть 20 кн. Поэтому автор рекомендует расчет осевых нагрузок производить с учетом коэффициента трения. С целью уменьшения этих нагрузок предлагается заменить трение скольжения трением качения. Подобные исследования даются в других работах, где изложены результаты экспериментальных исследований осевых сил в шлицевом соединении троллейбуса ТБУ-1.
В работах Кугеля Р.В. и других авторов приведены результаты исследований нагрузочного режима при движении автомобиля в различных дорожных условиях, в также предложена классификация нагрузок, возникающих в трансмиссии 20, 29, 38, 72, 73 .Установлено, что в трансмиссии автомобиля возникают "всплески" крутящего момента, превышающие расчетный крутящий момент первой передачи. Количество "всплесков" зависит от условий эксплуатации и достигает большой величины циклов, которая может изменяться в широких пределах. Так резкое включение сцепления при трогании с места для автомобиля вызывает величину "всплеска" в пределах 1100...3150 Нм при длительности действия 0,5 с. Динамические нагрузки возникают в трансмиссии вследствие прерывистого буксования колес при торможении двигателя и при появлении износа в деталях. Однако указанные исследователи и другие специалисты не дают допустимые и предельные величины износа деталей и соответственно допустимые величины нагрузок в трансмиссии, возникающие вследствие износа деталей. Величинами нагрузок в трансмиссии машин от буксования колес и торможения двигателем можно управлять в процессе эксплуатации. Что же касается динамических нагрузок, возникающих от износа деталей трансмиссии, снизить их в условиях эксплуатации очень трудно. Поскольку при износе деталей увеличивается суммарный зазор, способствующий росту динамических нагрузок, что подтверждается результатами исследований Р.В .Кугеля. С износом деталей эти нагрузки увеличиваются и достигают такой величины, которая способнавызвать отказ наиболее слабого звена или элемента трансмиссии. При постоянных приведенных массах для каждого типа машин нагрузки в трансмиссии от сил инерции зависят от суммарного зазора. Увеличение этого зазора допускается до определенного значения, т.е. до такой величины, при которой приведенные к ведущим колесам поступательно движущиеся массы автомобиля или трактора вызовут отказ наиболее слабого звена или элемента трансмиссии. Поэтому вопрос о допустимых износах деталей трансмиссии является очень важным и требует решения не только для автомобилей, но и тракторов. Движущиеся массы трактора с прицепом, в частности К-701, достигают 50 Т. Поэтому даже небольшие ускорения будут вызывать дополнительно нагрузки трансмиссии. К сожалению, эти вопросы исследованы мало.
Цитович И.О. исследовал крутильные колебания в трансмиссии автомобилей. Установлено, что главный вал карданной передачи колеблется с частотой более 30 Гц. На основании исследований предлагает уравнения для расчета частоты собственных крутильных колебаний, а также определения частот, величин и амплитуд, возбуждающих моментов вынужденных колебаний.
ВНИТИ совместно с Калужским машиностроительным заводом проведено исследование работоспособности трансмиссии тепловозов ТГК и ТГМЗ. Программа испытаний предусматривала исследование крутящих моментов и сил, возникающих в приводе при движении локомотива с различными скоростями, прохождении местных неровностей пути, переключении ступеней гидропередачи и буксовании. Было установлено, что при трогании с пробуксовкой движущихся колес, в приводе возникает динамический крутящий момент, величина которого в 2-3 раза превышает расчетный момент, высокий уровень концентрации напряжений по переходным галтелям цапф крестовин и недостаточная прочность. Заедание шлицевых соединений вызывает значительное увеличение осевых сил. Результаты проведенных исследований позволили разработать рекомендации, которые были взяты за основу при проектировании унифицированного привода для магистральных и маневренных тепловозов.
Для выяснения характера нагружения и сил, вызывающих разрушение деталей, в НАТИ проведено тензометрирование карданных передач трактора К-700. В результате установлено, что условия работы трансмиссии на тракторах существенно отличаются от условий работы на автомобилях 64, 74, 83 .
Наиболее характерными особенностями процесса нагружения являются отсутствие резких затухающих колебаний крутящего момента в периоды трогания с места и переключения передач, также наличие высокочастотных колебаний крутящего момента практически во всем диапазоне рабочих оборотов. Частота этих колебаний, равная coz/бОГц, обуславливается пересопряжением зубьев ведущей шестерни главной передачи.
Наибольшее разрушающее воздействие оказывают высокочастотные колебания, что подтверждается наличием усталостного выкрашивания, кинематическое несоответствие, возникающее вследствие неравномерности распределения веса между осями и разницы в динамическом радиусе качения передних и задних колес, приводит к перегрузке карданной передачи заднего моста «Кировца».
Расчет размерной цепи с учетом эксплуатационных изменений звеньев
От машины, агрегата и узла, прошедших ремонт, можно ожидать, что они отработают установленный ресурс только в том случае, если их соединениям созданы определенные условия работы, предусмотренные конструктивными особенностями. Нарушение этих условий, например, смазки, величины зазора, удельных давлений и т. д., незамедлительно изменяет интенсивность изнашивания соединения, а в отдельных случаях создают аварийную ситуацию, в результате чего наступает отказ соединения. Заданные условия работы соединений нарушаются как при эксплуатации, так и при ремонте. Стабильность определенных условий в межремонтный период для соединений в отремонтированных узлах зависит от того, какие допуски имеют детали, составляющие соединения, а также, какова чистота и твердость их поверхностей, насколько полно обеспечивают необходимые условия работы им другие соединения ] 69, 139 .
В агрегатах машин и механизмов имеется значительное количество узлов, в которых скорость изнашивания одного соединения зависит от состояния другого, т. е. работоспособность и ресурс одного соединения зависит от работоспособности другого соединения, рис. 2.7. Так, например, ресурс соединения цапфа крестовины — игольчатый подшипник зависит от того, насколько полно уплотняющее соединение сальник-цапфа крестовины удерживает смазку в период между техническими уходами.
Если уплотняющее соединение удерживает смазку в промежутке между очередными техническими уходами в таком количестве, в каком ее необходимо для нормальной работы соединения цапфа-подшипник, то оно отработает заданный ресурс.
При наличии утечек смазки через уплотняющее соединение, являющихся следствием износа сальника или поверхности, оно не сможет удержать смазку в таком количестве, в котором ее необходимо для нормальной работы соединения цапфа-подшипник на всем промежутке между очередными техническими уходами. Поэтому это соединение будет работать какое-то время без смазки или при недостаточном ее количестве до следующего технического ухода, интенсивно при этом изнашиваясь. Такие же зависимости имеют место и в других узлах трансмиссии.
По технической документации, разработанной ГОСНИТИ, допускается износ поверхности под сальники до 0,1-0,8 мм для дальнейшей работы на межремонтный период без восстановления. В то же время остаточный ресурс, допустимые при ремонте размеры деталей, срок службы которых зависит от работы уплотняющих соединений, определены по методике ГОСНИТИ без учета того, что уплотняющие соединения не смогут, из-за износа поверхностей под сальник, обеспечить необходимые условия на протяжении межремонтного периода. Это является одной из причин того, что после ремонта наиболее частым отказом машин является течь смазки через уплотняющее соединение.
Следует отметить, что это справедливо, если не учитывать зависимость ресурса одних сопряжений от работоспособности других. Однако если работа соединений находится во взаимной связи, например, соединения шарнира карданной передачи, то удельная износостойкость соединения цапфа-подшипник зависит от работоспособности соединения и определится выражением. где Т - удельная износостойкость основного соединения, зависящая от работоспособности уплотняющего соединения; Тс - удельная износостойкость основного соединения, не зависящая от работоспособности уплотняющего соединения; у/ — коэффициент, определяющий работоспособность уплотняющего соединения.
Поскольку уплотняющее сопряжение может иметь различное техническое состояние, т. е. комплектоваться из новых деталей и из деталей с незначительным и большим износом, то величина коэффициента может находиться в промежутке интервала 0 у 1 при величине коэффициента, приближающегося к единице, уплотняющее сопряжение полностью обеспечивает нормальную работу основного сопряжения, или другими словами, оно состоит из деталей с номинальными допусками. При величине коэффициента, приближающегося к нулю, уплотняющее сопряжение не обеспечивает нормальную работу основного сопряжения, и в нем идет процесс форсированного износа. Например, уплотняющее сопряжение шарнира карданного вала имеет значительный износ и не удерживает смазку, случай, при котором у/ максимально приближается к нулю. Смазка в течение первых 8-10 часов работы вытекает, и цапфа-игольчатый подшипник работают при граничном трении и при наличии большого числа абразивных частиц, проникающих внутрь извне. После очередного технического ухода пополненная смазка после непродолжительной работы вытекает, и основное сопряжение продолжает работать без смазки при форсированном износе до следующего технического ухода. В другом крайнем случае, когда через уплотняющее сопряжение отсутствует течь смазки, случай, при котором коэффициент максимально приближается к единице, основное сопряжение работает при обилии смазки в периоде между техническими уходами, к нему меньше проникает абразивных частиц извне, то, естественно, и износ его идет постепенно, ясно отработает установленный ресурс. Поэтому удельная износостойкость основного соединения должна определяться с учетом состояния уплотняющего соединения.
Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов при холостой работе трансмиссии
Современные сельскохозяйственные машины по своим эксплуатационным показателям соответствуют существующим технологическим процессам возделывания культур, однако, по технико-экономическим показателям ресурс их сравнительно невысокий.
Основное требование, предъявляемое к сельскохозяйственным машинам -безотказная их работа в течение длительного времени. На срок службы влияет множество факторов субъективного и объективного характера. Многими авторами отмечена низкая наработка на отказ, а также невысокие ресурсы узлов и соединений. Анализ литературных данных и практический опыт показывают, что главные причины заключаются в конструктивной недоработанности узла или агрегата, несовершенной технологии изготовления или ремонта данного соединения, неправильной эксплуатации, отсутствии опыта использования 22, 63, 167,169,190.
С учетом рекомендаций НИИ, передового опыта, материальной базы товаропроизводителей можно значительно повысить уровень изготовления, использования и ремонта сельскохозяйственных машин, то есть в конечном счете — их ресурс. Разрабатываются рекомендации, исследуется надежность и работоспособность отдельных узлов, агрегатов и т.д., а это приводит к большим материальным затратам и незначительному эффекту. J 123, 158 .
Одна из причин недостаточного ресурса заключается в том, что при изготовлении и ремонте сельскохозяйственных машин мало внимания уделяют вопросам технологии совершенствования обработки их деталей и подбора материалов. Основной упор делается на конструктивное совершенствование.
Прослеживая путь становления сельскохозяйственных машин, замечаем следующие закономерности. После того как машина спроектирована, изготавливаются опытные образцы, которые направляются на заводские и эксплуатационные испытания для определения слабых соединений, не вписывающихся в расчетный ресурс. При доведении ресурса слабых звеньев до необходимого машина считается конструктивно доработанной и ставится на серийное производство. Однако в условиях рядовой эксплуатации она фактически не отрабатывает расчетный ресурс, поэтому новая машина, которую ждут эксплуатационники, становится объектом исследования: изучают надежность отдельных узлов, устанавливается ресурс и факторы, влияющие на него. При этом учитываются зональные особенности и т. д. j 129, 133, 136, 177 . Современное сельскохозяйственное машиностроение идет по пути бесконечного конструктивного совершенствования с множеством модификаций тракторов, комбайнов, автомобилей (тракторы МТЗ, двигатели СМД, модификации тракторов ДТ-75, "Кировцев", комбайнов СК, автомобилей ГАЗ, ЗИЛ и т.д.). По данным НИИМЭСКа, в хозяйствах эксплуатируются тракторы 24 марок 42 модификаций. Возникает вопрос; зачем столько модификаций одной и той же марки машин. С появлением новой машины и началом эксплуатации сразу приступают к ее модернизированию, которое зачастую начинают, когда основная модель еще серийно не выпускается. На освоение новой модели машины, например, тракторов К-701, ТД-75, комбайнов «Нива», «Колос» затрачивается 3-5 лет. Причем этот период техника используется неэффективно, хозяйства несут большие потери от несвоевременного выполнения полевых работ. После того, как научатся ее эксплуатировать и ремонтировать, положение исправляется, машиностроители в это время ее модернизируют и дают в эксплуатацию, кроме основной марки и модернизированную, и начинается освоение уже модернизированной машины: переучиваются механизаторы, ремонтники пересматривают технологию ремонта; ученые изучают надежность узлов, определяют ресурс, а машина, как основная модель, так и модернизированная, не дают ожидаемых результатов 168, 188, 189 .
При анализе технологических процессов на изготовление деталей выявляется, что они в большинстве остаются одинаковыми как для основной марки машины, так и ее модификации. Модифицируется машина, как правило, с целью повышения ее показателей за счет скоростных и нагрузочных режимов. Но основная часть соединений, которая рассчитывались на работу базовой модели, работает в перегрузочных режимах с повышенными скоростями, что приводит к преждевременным отказам узлов.
При модификации машин в первую очередь необходимо обращать внимание на совершенствование технологий изготовления деталей, не изменяющих конструктивно по форме и размерам, но на которых скажется проводимая модификация. Они должны быть готовы к другим условиям работы. Совершенствовать основную модель необходимо в процессе изготовления деталей. Это позволит значительно повысить их надежность.
Известно, что определяющим фактором срока службы детали является качество обработанной поверхности. Однако окончательным операциям в технологических процессах изготовления, а также ремонта пока уделяется мало внимания, стараются получить только нужный класс шероховатости поверхности. Тем самым используются не все возможности металла и технологии, принятых для данной детали или соединения. Финишные операции должны быть упрочняющими, т.е. такими, чтобы улучшать и качество поверхностного слоя. Такая постановка вопроса приведет к тому, что машина будет иметь в первую очередь базовую модель, детали которой усовершенствованы технологически без изменения их размеров, и 1-2 модификаций.
Эксплуатационники практически не будут испытывать затруднений при работе с ней, а технологически усовершенствованная машина при высокой износостойкости деталей и минимальном качестве отказов будет отрабатывать ресурс больше. В настоящее время машины основных марок выполняют работы с максимальными скоростями, допускаемыми агротехникой, однако стоимость их высокая, а относительно низкая надежность и наибольший ресурс сильно сказываются на себестоимости сельскохозяйственной продукции, поэтому необходимо технологически совершенствовать уже разработанные и серийно выпускаемые машины.
Определение коэффициента работоспособности уплотняющего соединения
Для деталей, работающих в условиях высокоабразивного износа (лемехи плугов, лапы культиваторов, сегменты режущих аппаратов и косилок и др), наиболее эффективным методом обеспечения высокой долговечности является упрочнение, обеспечивающее этим деталям самозатачиваемость в процессе их эксплуатации 175 .
Так, на заводе "Красный Авсай" (г. Ростов-на-Дону) с применением наплавки ежегодно изготовляется около 1 млн. стрельчатых и бритвенных лап культиваторов. Этот способ используется также при изготовлении лемехов и сменных долот плугов на "Алтайсельмаше" и Одесском заводе сельхозмашин 6 . Для термообработки деталей ходовой части различных тракторов (ведущие колеса, катки, ролики, ободы) Волгоградским НИИТМАШем разработана и широко внедрена серия высокопроизводительных одно- и многопозиционных станков для закалки ТВЧ, которые позволяют осуществлять регулируемое охлаждения деталей в заданных интервалах и получить твердость, например, литых колес из сталей 45, 50 до HRC60 и глубину закаленного слоя до 10 м. Станки, внедренные на Волгоградском, Онежском и Челябинском тракторных заводах, Чебоксарском заводе промышленных тракторов, дали большой экономический эффект.
Анализ современного состояния развития методов повышения долговечности деталей показывает, что весьма перспективным направлением является нанесение на их поверхность износостойких упрочняющих покрытий (нитридов, карбидов и др.). Одним из таких направлений является новый метод получения покрытий осаждением из плазменной фазы в вакууме в условиях ионной бомбардировки, разработанный Харьковским физико-техническим институтом АН УССР и сокращено названный КИБ. НИИтракторосельхозмашем совместно с этим институтом проводят исследования по выбору наиболее эффективных составов и изучению физико-механических свойств покрытий, получаемых методом КИБ, который позволяет повысить износостойкость пар трения до 10 раз. Опробование метода КИБ, как упрочняющего метода, обработки осуществляется на опытных партиях поршневых колец, клапанов, деталей топливной аппаратуры. Упрочняющий метод КИБ уже применяется на ряде заводов, пока с целью упрочнения режущего инструмента, для чего разработаны несколько модификаций установок типа "Булат" 172, 134, 135 .
Процесс хромирования является одним из самых надежных и экономических способов повышения работоспособности узлов. Так, хромирование плунжеров насосов топливной аппаратуры повышает их износостойкость в 2-3 раза, верхних компрессорных колец - в 2 раза. Объем износостойкого хромирования в отрасли составляет около 8% покрываемых поверхностей деталей машин.
Для обеспечения работоспособности и износостойкости деталей из алюминиевых сплавов представляет интерес упрочняющее покрытие типа никель - окись кремния, обладающие высокой износостойкостью, в 27 раз превышающей износостойкость азотированной стали, и в 12 раз -износостойкость высоколегированной стали 16 . В НИИтракторосельхозмаше впервые в отечественной промышленности разработан прогрессивный технологический процесс, на базе которого совместно с Тамбовский заводом подшипников скольжения создан и внедрен комплекс оборудования для нанесения упрочняющего мерного трехкомпонентного приработочного покрытия на сталеалюминиевые вкладыши подшипников скольжения со сплавами АО-6 и АМСТ двигателя СМД-60. Прежде чем принять окончательное решение по обязательному включению в технологические процессы на изготовление и восстановление деталей дополнительных упрочняющих финишных операций необходимо самым тщательным образом проанализировать все факторы, с учетом условий работы сопряжения. Например, авторы работы 155 отмечают, что в связи с повышающими требованиями к упрочняемой поверхности деталей, особенно работающих, на трение (скольжение и качение), а также в связи с различными технико-экономическими показателями способов упрочнения стало небезразлично, какие детали и каким способом упрочнять [ 137, 160, 194 . При составлении номенклатуры деталей, подлежащих обязательному упрочнению, необходимо обосновать целесообразность упрочнения обеих деталей. Причем известно, что не все детали в машинах одинаково нагружены, долговечность их различна, поэтому для повышения срока службы машин вовсе не потребуется упрочнять все детали, достаточно бывает упрочнить десяток деталей, чтобы повысить ресурс всей машины минимум в два раза. 4 . Эффективность поверхностного упрочнения в повышении усталостной прочности особенно велика при наличии концентрации напряжений. Если изготовленные детали не все имеют напряжения, а только отдельные, то отремонтированные детали, независимо от способа восстановления практически все имеют напряжения. Однако технологические процессы на их восстановление не предусматривают операции по снятию или уменьшению этих напряжений. Внедрение операций по упрочнению деталей различными методами сдерживается отсутствием оптимальных режимов и отсутствием контроля в процессе упрочнения и после него. Практически рекомендовать технологию упрочнения в данный момент невозможно из-за отсутствия методики контроля выбранных режимов процесса упрочнения. Предварительные эксперименты показали, что упрочнение восстановленных наплавкой поверхностей приводит к тому, что вследствие неоднородности наплавляемого слоя поверхность получается пятнистая и начинается скалывание отдельных частиц. Естественно, обязательное включение финишных операций в технологические процессы вызывает необходимость более тщательно выбрать режимы при восстановлении. Поэтому даже при обработке одной и той же детали потребуется различные режимы упрочнения при изготовлении и при восстановлении. Поверхностное упрочнение не только упрочняет, но и способствует улучшению диффузии газов в поверхностные слои. Установлено, что коэффициент диффузии углерода в условиях цементации трением почти в 1000 раз больше, чем при цементации в условиях изотермического отжига. Опытами установлено значительное повышение скорости диффузии в предварительно деформированном металле. Это увеличение скорости объясняется наличием значительного количества микродефектов кристаллической решетки металла в виде микротрещин, микропор, границ зерн, границ блоков, плоскостей сдвига, которые образовались при пластической деформации. Определенный интерес вызывает нагрев упрочняемых деталей для повышения их усталостной прочности. Причем установлено, что существует температурный барьер, при котором поверхностный наклеп изменяет свое влияние и вместо увеличения снижается прочность. Данное направление исследования интересно тем, что многие детали в процессе работы нагреваются, причем зачастую до значительных температур и неизвестно, как ведут себя упрочненные поверхности, так как они обрабатываются при нормальной температуре окружающей среды.
