Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния систем обеспечения работоспособности агрегатов авто мобилей. Задачи исследования 8
1.1. Анализ основных причин и закономерностей изменения технического состояния агрегатов в процессе эксплуатации 8
1.2. Анализ методов определения межремонтных пробегов агрегатов трансмиссии 13
1.3. Анализ стратегий обеспечения работоспособности и сложившейся структуры эксплуатационно-ремонтного цикла редукторов ведущих мостов 16
1 АОсобенности эксплуатации автомобилей КамАЗ в сельском хозяйстве...21
1.5.Выводы и задачи исследования 24
2. Аналитическое исследование изменения технического состояния и надежности редукторов ведущих мостов в процессе эксплуатации 27
2.1 Анализ конструктивных особенностей и условий работы редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ 27
2.2. Изменение технического состояния редукторов ведущих мостов в процессе эксплуатации 30
2.3. Взаимное влияние технического состояния элементов редукторов ведущих мостов 34
2.4. Технико-экономическая методика формирования структуры ЭРЦ редукторов с учетом взаимного влияния 37
2.5. Выводы 45
3. Методика проведения работы 46
3.1. Общая методика исследования 46
3.2. Методика сбора данных по надежности и техническому состоянию главных передач в опорном хозяйстве 47
3.2.1. Подготовка редукторов для эксплуатационных исследований 47
3.2.2. Получение отремонтированных редукторов и установка их на автомобили 48
3.2.3. Сбор данных по надежности редукторов 48
3.2.4. Изменение показателей технического состояния редукторов в процессе эксплуатации 48
3.3. Методика анализа технического состояния редукторов, снятых для ремонта 49
3.4. Методика опенки эффективности предлагаемого эксплуатационно-ремонтного цикла главной передачи 50
3.5. Устройство для измерения окружных зазоров ведущих мостов автомобиля 50
4. Анализ результатов экспериментальных исследований 58
4.1. Изменение технического состояния редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ в процессе эксплуатации 58
4.2. Разработка системы диагностирования редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ 64
4.1. Обоснование диагностических параметров. 64
4.2.2. Анализ диагностических средств 65
4.2.3. Оценка точности и эффективности диагностирования 67
4.2.4. Разработка диагностических нормативов 72
4.3. Изменение затрат на обеспечение работоспособности редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ в процессе эксплуатации 77
5. Разработка структуры эксплуатационно-ремонтного цикла главных передач 79
5.1. Обоснование сроков и объемов проведения предупредительного ремонтаредукторов ведущих мостов 79
5.1.1. Определение наработки до ремонта редукторов 79
5.1.2. Определение объема, трудоемкости и стоимости предупредительного ремонта главных передач 85
5.1.3. Разработка технологии предупредительного ремонта главных передач с использованием диагностирования 87
5.2. Формирование структуры эксплуатационно-ремонтного цикла редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ 92
5.3. Технико-экономическая оценка эффективности рекомендуемого эксплуатационно-ремонтного цикла главных передач 95
Общие выводы 100
Список литературы
- Анализ основных причин и закономерностей изменения технического состояния агрегатов в процессе эксплуатации
- Анализ конструктивных особенностей и условий работы редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ
- Методика сбора данных по надежности и техническому состоянию главных передач в опорном хозяйстве
- Изменение технического состояния редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ в процессе эксплуатации
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время себестоимость автомобильных перевозок довольно велика и в процессе эксплуатации возрастает в 2-3 раза, а производительность автомобилей снижается в 3-4 раза к пробегу 500 тыс. км. Основными причинами этого является высокие затраты труда, времени и средств на обеспечение работоспособности автомобилей вследствие невысокого уровня технического обслуживания и ремонта автомобилей.
Значительная доля затрат и простоев в ремонте приходится на агрегаты трансмиссии (от 20 до 25 %) и особенно на главную передачу: По автомобилям КамАЗ на них приходится до 31 % всех отказов трансмиссии. Одной из основных причин таких высоких затрат по трансмиссии является сложившаяся структура эксплуатационно-ремонтного цикла, при которой обеспечение работоспособности осуществляется по стратегии ожидания отказов, в результате чего работоспособность обеспечивается в основном за счет капитального ремонта и сложного текущего ремонта с большим расходом запасных частей и простоями в ремонте.
Особую актуальность работа имеет по автомобилям, работающем в сельском хозяйстве. В наиболее напряженные периоды сельскохозяйственных работ в агропромышленном комплексе занято до 35% всего подвижного состава автомобильного транспорта. При этом условия работы автомобилей существенно тяжелее, чем при транспортировке грузов по городам и шоссейным дорогам. Часто автомобили работают в поле совместно с сельхозмашинами (комбайны, тракторы) используя понижающие передачи, при которых нагрузки на детали агрегатов существенно выше, чем при установившихся режимах работы. Следует также учитывать более низкий уровень технического сервиса в сельском хозяйстве, особенно таких сложных автомобилей как КамАЗ.
Данная работа выполнена в соответствии с планом НИР и программой по основным научным направлениям Саратовского государственного техни-
ческого университета (СГТУ) 10 В 01 «Разработка научных основ эффективных технологий обеспечения надежности автотранспортных средств» и в соответствии с планом развития Саратовской области по выполнению научного направления 1.2.9 «Комплексная региональная программа научно-технического прогресса в Агропромышленном комплексе Поволжского экономического региона на 20 лет до 2010 года» (№ гос. регистрации 840005200), а также в соответствии с хозяйственными договорами между СГТУ и Научно-техническим центром ОАО «КамАЗ».
Целью работы является снижение затрат на обеспечение работоспособности редукторов ведущих мостов путем разработки структуры эксплуатационно-ремонтного цикла на основе анализа изменения технического состояния в процессе эксплуатации, и системы диагностирования.
Предметом исследования являются процессы диагностирования, ремонта и структуры эксплуатационно-ремонтного цикла.
Объектом исследования являются редукторы ведущих мостов автомобилей КамАЗ.
Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к достижению поставленной цели, учитывающем получение закономерности изменения технического состояния редукторов ведущих мостов в процессе эксплуатации и обоснованное взаимное влияние технического состояния и отказов их основных элементов.
Практическая ценность. Использование разработанной структуры эксплуатационно-ремонтного цикла редукторов ведущих мостов с использованием обоснованной технологии предупредительного ремонта снижает затраты на поддержание их в работоспособном состоянии в процессе эксплуатации не менее, чем на 67 %, по сравнению со сложившейся в настоящее время.
Реализация результатов работы. Разработка структуры эксплуатационно-ремонтного цикла и технология предупредительного ремонта редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ используется в ОАО "Саратовский автокомбинат №2", а также на других предприятиях Саратова.
7 Апробация. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались и были одобрены на научно-технических конференциях и семинарах Саратовского государственного технического университета в 1993-2005 годах. Саратовского государственного аграрного университета им. Н И. Вавилова в 1998, 1999 годах, на юбилейной конференции, посвященной 10-летию Поволжского регионального центра PAT в октябре 2001 г, на международной научно-практической конференции "Совершенствование технологии и организации обеспечения работоспособности машин с использованием восстановительно-упрочняющих процессов", Саратов 2002 г.
На защиту выносятся следующие научные положения:
Зависимости показателей технического состояния редукторов ведущих мостов от наработки.
Взаимное влияние технического состояния и отказов элементов редукторов ведущих мостов.
Обоснование системы диагностирования редукторов ведущих мостов.
Разработанная структура эксплуатационно-ремонтного цикла редукторов ведущих мостов.
Технология предупредительного ремонта редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ.
Публикации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в восьми печатных работах, в том числе в двух работах без соавторов. Общий объем публикаций составляет 2,38 п.л., из которых 1,49 п.л. принадлежит лично соискателю.
Анализ основных причин и закономерностей изменения технического состояния агрегатов в процессе эксплуатации
Система обеспечения работоспособности агрегатов базируется на закономерностях изменения их технического состояния в процессе эксплуатации. Эти закономерности обусловлены действием различных факторов конструктивно-технологического, эксплуатационного и организационно-технического характера [30] (рис.1.1).Работники, использующие автомобили, влияют на конструктивно-технологические факторы только через систему требований к автомобильной промышленности для повышения конкурентоспособности автомобилей. Эксплуатационные факторы практически работниками технической эксплуатации не управляются, а только учитываются при планировании профилактики и ремонта агрегатов автомобилей.
Основная сфера управления работниками технической эксплуатации автомобилей - это организационно-технические факторы, определяющие эффективность функционирования производства по обеспечению работоспособности автомобилей в эксплуатации. По данным [30] на долю организационно-технических факторов приходится 66% простоев в техническом обслуживании и ремонте автомобилей. Это свидетельствует о больших резервах совершенствования систем и технологий обеспечения работоспособности агрегатов в процессе эксплуатации автомобилей.
Исследованию изменения технического состояния и нагрузочных режимов в работах агрегатов трансмиссии автомобилей и других машин посвящены работы таких ученых как: Ф.Н. Авдонькина, Н.А. Бухарина, Д.Н. Гарку-нова, Б.В.Гольда, Н.Я. Говорущенко, А.С. Денисова, В.Н. Казарцева, Б.И. Костецкого, И.В. Крагельского, Г.В.Крамаренко, Р.В. Кугеля, Е.С.Кузнецова. B.C. Лукинского, Л.В. Мирошникова, В.М. Михлина, А.И.Петрусевича, А.С. Проникова, Р.В. Ротенберга, А.И.Селиванова, СВ. Серенсена, А.В.Серова, А.М.Шейнина, B.C. Шуплякова, С.Ф. Щетинина и других.
В результате использования рекомендаций этих исследований в производстве и эксплуатации значительно повысилась надежность агрегатов трансмиссии автомобилей, тракторов и других машин, снижены затраты на обеспечение их работоспособности в эксплуатации.
Техническое состояния сопряжений агрегатов трансмиссии автомобилей характеризуется следующими показателями [1-5, 10, 11, 18, 26, 30, 31, 49, 54, 72, 77, 82]: износ, неравномерность изнашивания, зазоры (люфты), площадь усталостного выкрашивания рабочих поверхностей деталей, натяг под шипников. В работах [5,18,30,72], как правило, показано на повышение интенсивности изменения технического состояния сопряжений агрегатов трансмиссии (особенно зубчатых) в процессе эксплуатации. Судя по приведенным данным, изменение технического состояния сопряжений в процессе эксплуатации характеризуется значительным рассеиванием (вариацией), о чем можно судить по величине коэффициента корреляции, который по указанным показателям находится в пределах 0,6 - 0,75 [72]. Это говорит об умеренной тесноте связи экспериментальных данных и аналитически экспоненциальных зависимостей. При таком рассеивании трудно определить наработку до ремонта и при этом целесообразно использование способов и средств диагностирования.
Для эффективного использования диагностирования необходимы диагностические нормативы: начальное (номинальное), предельное, допустимое значение диагностического параметра, периодичность, трудоемкость, стоимость диагностирования. Для разработки системы диагностирования необходимы конкретные зависимости показателей технического состояния (структурных параметров) и диагностических параметров от наработки и их связь с возникающими в процессе эксплуатации отказами с учетом вероятностного характера отказов.
Проведенный в работе [30] анализ причин возникновения отказов и способов их устранения показал, что по агрегатам трансмиссии 67,2% отказов обусловлены изнашиванием деталей; 21,4% их усталостью; 8,9% пластическими деформациями; 1,9% отказов — внезапные. По сложности устранения отказов афегатов трансмиссии 22,1% отказов относится к первой фуппе сложности, к которой относятся отказы, устраняемые ремонтом или заменой деталей, расположенных снаружи сборочных единиц без их разборки [33]; 66,7% отказов относится ко второй фуппе сложности - устраняемых ремонтом или заменой легко доступных сборочных единиц с раскрытием внутренних полостей афегатов без их разборки; 11,2% - к третьей фуппе сложности - устранение с разборкой афегатов и узлов.
Применительно к редукторам ведущих мостов автомобилей КамАЗ данные отказы устраняются при текущем и капитальном ремонтах. При текущем ремонте, как правило, производят регулировочные работы (пятно контакта), замену подшипников, прокладок, сальников и других деталей относительно невысокой стоимости. При капитальном ремонте производится мойка, полная разборка, дефектовка всех деталей, замена негодных, восстановление деталей, сборка, регулировка, обкатка.
При этом по ряду деталей редукторов нет обоснованных значений предельного состояния, поэтому при деффектовке проявляются субъективные факторы. Это приводит или к преждевременной замене деталей с недоиспользованным ресурсом, или к постановке в эксплуатацию негодных деталей, снижающих послеремонтный ресурс агрегатов в целом. И то и другое приводит к существенному росту затрат труда, времени и средств на обеспечение их работоспособности в процессе эксплуатации. Это также ведет к снижению производительности автомобиля в процессе эксплуатации из-за повышения простоев в ремонте.
Анализ конструктивных особенностей и условий работы редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ
Для смазывания деталей редукторов используется трансмиссионное масло ТСп-15К по ТУ 38-101-753-78. Уровень масла ограничивается контрольным отверстием. Нормальное давление в редукторе поддерживает сапун. При нарушении работоспособности сапуна из-за повышающегося давления могут разрушиться сальники. Перечень операций и технология технического обслуживания обеспечивают нормальное выполнение всех функций редукторов до пробега 250-300 тыс. км. Однако, в эксплуатации зачастую выполняется не весь перечень профилактических воздействий, что приводит к большим затратам на ремонт и простоям автомобилей.
В процессе эксплуатации при передаче переменного крутящего момента меняются условия сопряжения деталей (посадка, зазоры). Наибольшему изнашиванию подвергаются детали шлицевых сопряжений, фланец, ведущий вал, ведущая коническая шестерня. Это повышает окружный зазор фланца, что приводит к ослаблению резьбового соединения фланца и вала. В результате окружного скольжения появляются торцовой износ таких деталей, как фланец, шайба, подшипники, коническая ведущая шестерня.
Торцовый износ этих деталей приводит к потере преднатяга подшипников и к нарушению пятна контакта в конической паре. Указанные процессы постоянно интенсифицируются в процессе эксплуатации. Снизить их интенсивность можно проведением профилактики.
Сопряжения трансмиссии в большинстве своем можно отнести к динамически нагруженным по классификации профессора Ф.Н. Авдонькина [1,2,3]. В таких сопряжениях интенсивность изнашивания деталей по мере изнашивания увеличивается по линейной зависимости [1,2,3]
a = ап + bAS, 0 (2.1.) где а0 — интенсивность изнашивания детали в конце приработки, приведенная к началу эксплуатации (рис. 2.3.); Ъ - изменение интенсивности изнашивания на единицу износа; AS - износ детали.
В соответствии с уравнением (2.1.), величина износа деталей и зазоров между ними возрастает по экспоненциальной зависимости [1,2,3] S=Soebl, (2.2.) где So - износ (зазор) в конце приработки, приведенный к началу эксплуатации (рис. 2.3.6).
С учетом зависимостей (2.1.) и (2.2.) интенсивность изнашивания с ростом наработки / возрастает также по экспоненциальной зависимости [1,2,3] а=аоеы. (2.3.)
Вследствие неравномерности приложения нагрузки по поверхности трения (контакта) многие детали изнашиваются неравномерно. В первую очередь это относится к зубьям шестерен, особенно конических. Неравномерность изнашивания деталей динамически нагруженных сопряжений в процессе эксплуатации, как это было указанно в работах [4,5,30,72], возрастает также по экспоненциальной зависимости Н = Ноеы (2.4.) где н0- неравномерность изнашивания в конце приработки, и приведенная к началу эксплуатации. Неравномерность изнашивания зубьев шестерен наблюдается как по высоте зуба (рис.2. 4.а), так и по длине зуба (рис.2.4.б)
Методика сбора данных по надежности и техническому состоянию главных передач в опорном хозяйстве
По подобранным в центре управления производством автомобилям КамАЗ, редуктора которых не подвергались ремонту (см. номера автомобилей подконтрольной партии, Приложения 1,2) принудительно в интервале пробега 90-120 тыс. км снимаются редуктора для проведения экспериментального ремонта (не менее 20 редукторов). Для этого в опорном хозяйстве был создан оборотный фонд в количестве 4 средних и 4 задних. Основу снимаемых для ремонта редукторов составляют редукторы из указанной подконтрольной партии, по которым произошли отказы, а также рекомендованные по результатам измерений показателей технического состояния редуктора.
К снятым для ремонта редукторам прилагается ведомость, в которой указывается: тип автомобиля, государственный номер, пробег с начала эксплуатации, условия эксплуатации, характер неисправностей. Эти редукторы для удобства помечаются как экспериментальные (голубой или синей краской) во избежание смешивания с другими ремонтом.
На участке замены редукторов на снятые редуктора вешается бирка с номером. После мойки на редукторе пишется мелом номер автомобиля (или бирка). Начальник комплекса подготовки производства отбирает из поступивших с мойки редукторов необходимые для экспериментального ремонта (по номерам подконтрольной партии автомобилей).
После проведения экспериментального ремонта редукторов, отмеченных краской, как экспериментальные, они складываются на промежуточном складе и устанавливаются на автомобили только по распоряжению главного инженера. При установке редуктора на автомобиль составляется акт, в котором указывается номер автомобиля, проведенные замены и регулировки по редуктору. В ходе контрольной эксплуатации производятся измерения показателей технического состояния при проведении ТО-2 в диагностическом комплексе.
По редукторам подконтрольной партии в центре управления производства опорного хозяйства ведутся карты наблюдений, в которых указываются проведенные технические обслуживания регулировки, неисправности, заменяемые детали, затраты на устранение неисправностей, трудоёмкость ремонта, простой в ремонте.
Центр управления производством ежеквартально представляет сводку о ходе эксплуатационных испытаний экспериментальных редукторов. Используя эту информацию и информацию диагностического комплекса по техническому состоянию редукторов определяются редуктора, целесообразные для снятия в экспериментальный ремонт.
По редукторам подконтрольной партии регулярно, с периодичностью в 10-12 тыс. км, ведутся измерения показателей технического состояния: суммарный угловой зазор в редукторе; радиальный зазор фланца ведущего вяла; осевой зазор фланца ведущего вала; натяг подшипников главной передачи.
Измерения производятся приборами, подробное описание которых и порядок проведения измерений приведены в п. 3.5, а также на основе индикаторов часового типа, устанавливаемых в кронштейны с магнитным креплением. Момент силы (натяг) измеряли динамометрическим ключом при непрерывном вращении фланца в одну сторону после полного оборота вала.
Снятые с эксплуатации редуктора из подконтрольной партии на участке ремонта устанавливаются на стенд. Производится внешний осмотр редуктора, предремонтное диагностирование по следующим параметрам: суммарный угловой зазор фланца ведущего вала при заторможенных полуосях и включенной блокировке межосевого дифференциала; суммарный угловой зазор фланца ведущего вала при заторможенной ведомой цилиндрической шестерне и включенной блокировке межосевого дифференциала; суммарный угловой зазор фланца ведущего вала при заторможенной ведущей конической шестерне и включенной блокировке межосевого дифференциала; осевой зазор в конических подшипниках узла ведущей конической шестерни; осевой зазор в конических подшипниках узла ведущей цилиндрической шестерни; осевой зазор в конических подшипниках опор межколесного дифференциала. Указанные параметры заносятся в диагностические карты.
Затем производится разборка редукторов, микрометраж деталей, анализ состояния рабочих поверхностей деталей. Результаты заносятся в микромет-ражные карты (Приложения 9) , по результатам обработки которых определяются значения износа и изменения геометрической формы деталей.
Изменение технического состояния редукторов ведущих мостов автомобилей КамАЗ в процессе эксплуатации
Анализ технического состояния деталей редукторов, проведенный в цехе по ремонту в Автокомбинате №2 г. Саратова по приведенной методике позволил определить параметры распределения износа и отклонения микрометрии деталей при средней наработке до ремонта 108 тыс. км (табл. 4.1)
Анализ распределений показателей технического состояния деталей редукторов показал, что они наиболее часто подчиняются нормальному и экспоненциальному закону распределения, о чем свидетельствует величина V (табл.4.1). Измерения показали, что износ зубьев шестерен по высоте зуба неодинаков и для разных шестерен имеет свою закономерность. Так, у боковой конической шестерни колесного дифференциала среднего моста наибо лее сильно изнашивается ножка зуба, а у сателлитов - головка (табл.4.1). Сателлиты межосевого дифференциала также имеют повышенный износ головки зуба (табл.4.1). Неравномерность изнашивания наблюдается у втулок сателлитов и колесного и межосевого дифференциалов, однако величина неравномерности невелика (табл.4.1). Сопряжения деталей редукторов являются динамически нагруженными - износ деталей в процессе возрастает по экспоненциальной зависимости (2.5) [4]. Параметры зависимости получены на основании обработки данных по износу деталей (на компьютере). Зависимости приведены на рис.4.1 — 4.3, а параметры этих зависимостей для средних показателей в табл.4.2.
Из приведенных зависимостей (рис.4.1 - 4.3, табл.4.2) видно, что наибольшая интенсивность изменения технического состояния наблюдается у ведущей цилиндрической, ведущей конической шестерен лавной передачи и втулок сателлитов колесного дифференциала.
Результаты измерения показали, что изнашивание рабочего профиля зубьев шестерен происходит неравномерно, что отрицательно сказывается на дальнейшей работе шестерен и других, связанных с ними деталей. Неравномерность изнашивания зубьев по профилю обусловлена различием в давлении и скорости скольжения поверхности зубьев. В процессе эксплуатации неравномерность изнашивания зубьев возрастает по экспоненциальной зависимости (2.4). Эта зависимость подтверждается и собранными, статистическими данными (рис.4.1, 4.2, табл.4.2) с коэффициентом корреляции выше 0,6, свидетельствующим о высокой и умеренной тесноте связи экспериментальных данных и аналитической зависимости (2.4). Неравномерность изнашивания наблюдается и на втулках шестерен, например сателлитов колесного межосевого дифференциала. Однако, величина неравномерности изнашивания втулок сателлитов, измеряемая как разница измерений диаметров втулки во взаимоперпендикулярных плоскостях, значительно ниже.
Как показал анализ износов и геометрической формы деталей главных передач автомобилей, в процессе эксплуатации автомобиля изнашиваются зубья шестерен, втулки и крестовины сателлитов, опорные шайбы, шлицы, В результате изменения этих структурных параметров в процессе эксплуатации изменяются и диагностические параметры.
В результате изнашивания зубьев шестерен, шлицев по окружности, втулок и крестовин сателлитов увеличиваются зазоры в этих сопряжениях, которые суммируются и в целом отражаются таким интегральным параметром технического состояния главной передачи как суммарный угловой зазор фланца ведущего вала при заторможенных ведущих колесах.
В процессе эксплуатации вследствие изнашивания шлицев ведущего вала по радиусу появляется радиальный зазор фланца ведущего вала, который также является диагностическим параметром этого сопряжения. Его увеличение приводит к росту динамических нагрузок в главной передаче. Вследствие изнашивания шпицевого сопряжения появляется и увеличивается торцовый износ ведущей конической шестерни в месте упора в бурт вала. Кроме того, ослабляется крепление гайки фланца. Это приводит к увеличению осевого зазора фланца ведущего вала.
Торцовый износ ведущей конической шестерни и ослабление крепления фланца приводят к снижению натяга конических подшипников ведущего вала, что способствует повышению в них зазоров и динамических нагрузок, а, следовательно, повышает вероятность их разрушения после потери натяга.
Таким образом, диагностическими параметрами главных передач, достаточно полно отражающими их техническое состояние, целесообразно принять: суммарный угловой зазор фланца ведущего вала при заторможенных колесах; радиальный и осевой зазоры фланца ведущего вала; натяг конических подшипников шестерни ведущего вала, измеряемого или как крутящий момент сопротивления, или как усилие на проворачивание.
Похожие диссертации на Разработка рациональной структуры эксплуатационно-ремонтного цикла редукторов ведущих мостов автомобилей КАМАЗ в АПК
