Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ работы дисков фрикционных передач
1.1. Особенности работы фрикционных дисков гидромеханических коробок передач, как поверхностей трения 7
1.1. Способы восстановления и повышения ресурса дисков фрикционных передач 17
1.2. Задачи исследований 21
2. Теоретические предпосылки восстановления фрикционных дисков методом газодетонационного напыления
2.1. Классификация дефектов фрикционных дисков и определение предельных параметров 23
2.2. Физические основы связи в покрытии при газодетонационном напылении 28
2.2.1. Сущность и общие характеристики метода 28
2.2.2. Порошки для газодетонационного напыления 32
2.2.3. Теоретические предпосылки применения метода газодетонационного напыления для восстановления фрикционных дисков 34
2.2.4. Оборудование для газодетонационного напыления 35
2.2.5. Режимы газодетонационного наращивания 38
2.3. Материалы рабочих поверхностей фрикционных дисков 46
2.4. Влияние термомеханических напряжений на ресурс дисков 50
2.5. Теоретические предпосылки прогнозирования ресурса дисков фрикционных передач 61
3. Методические вопросы исследований
3.1. Общая методика исследований 67
3.2. Методика исследования параметров и дефектов дисков 67
3.3. Методика наращивания фрикционных покрытий при восстановлении дисков 69
3.4. Методика планирования эксперимента по исследованию износостойкости фрикционных покрытий 72
3.5. Методика испытаний образцов на износостойкость 76
3.6. Методика установления экспериментальной зависимости ресурса дисков от запаса выносливости материала 79
4. Результаты экспериментальных исследований
4.1. Результаты исследования износостойкости газодетонационных покрытий фрикционных материалов 82
4.2. Показатели ресурса фрикционных дисков 90
4.3. Методика прогнозирования ресурса фрикционных дисков 95
4.4. Результаты экспериментально-производственной проверки 98
5. Эффективность разработанной технологии восстановления 100
5.1. Технология восстановления 100
5.2. Экономическая эффективность результатов исследований 104
Общие выводы 108
Литература
- Способы восстановления и повышения ресурса дисков фрикционных передач
- Физические основы связи в покрытии при газодетонационном напылении
- Методика наращивания фрикционных покрытий при восстановлении дисков
- Методика прогнозирования ресурса фрикционных дисков
Введение к работе
В настоящее время необходимым условием успешной работы агропромышленного комплекса является эффективное использование высокопроизводительной энергонасыщенной техники. Проведение своевременного, качественного технического обслуживания и ремонта, их совершенствование, применение новых прогрессивных технологий поддержания техники в работоспособном состоянии обеспечивают максимальную эффективность использования сельскохозяйственной техники [68,106,41,42].
При этом добиваются снижения затрат на ремонт и эксплуатацию сельскохозяйственной техники. Известно, что 40-50% стоимости ремонта приходится на сменные узлы и запасные части [107]. Поэтому важное место в решении задачи ремонта принадлежит восстановлению изношенных и повреждённых деталей [95, 96, 61]. Себестоимость восстановления большинства деталей не превышает, как правило, 60-75% стоимости новых, а расход материалов в 15-20 раз [107] ниже, чем при их изготовлении.
Разработки отечественных и зарубежных институтов в области восстановления и упрочнения деталей позволяют получить рабочие поверхности, которые по своим физико-механическим свойствам и ресурсу не только не уступают новым, но в ряде случаев превосходят их. Важный резерв экономии материальных, трудовых и энергетических ресурсов заключается в обоснованном выборе способа восстановления, учитывающем условия работы, состояние поверхности, износостойкость и экономичность способа.
В настоящее время в сельском хозяйстве в качестве тормозных устройств и устройств для передачи энергии к исполнительным органам машин широко используются фрикционные механизмы, основные фрикционные элементы которых конструктивно выполнены в виде стальных дисков с покрытием рабочих поверхностей специальными фрикционными материалами. Геометрические параметры таких фрикционных дисков определяются величиной передаваемой мощности и рассчитаны из условий их минимальных габаритов с
максимальным использованием физико-механических свойств фрикционных материалов.
От ресурса фрикционных дисков гидромеханических коробок передач (ГМП) существенно зависят технико-экономические показатели работы энергонасыщенных тракторов типа "Кировец" и автотракторной техники оснащенной ГМП. По мере износа рабочих поверхностей фрикционных дисков увеличивается расход топлива, ухудшаются динамические характеристики автотракторной техники, а при достижении предельного износа происходит аварийный отказ ГМП.
По статистическим данным надежность тракторов семейства "Кировец" во многом зависит от надежности ГМП, на долю которых приходится более 55% отказов, при этом до 80% нарушение работоспособности ГМП вызвано отказом фрикционов вследствие износа и нарушения пространственной геометрии фрикционных дисков [30,55].
Низкая надежность применяемых в настоящее время конструктивно-технологических исполнений новых дисков и восстановленных на ремонтно-технических предприятиях АПК фрикционных дисков приводит к простоям энергонасыщенной техники и большим затратам на ремонт ГМП, так трудоемкость ремонта ГМП связанная с заменой фрикционных дисков составляет не менее 55 нормачасов, а затраты на запасные части более 15 тыс. рублей.
В связи с этим совершенствование технологий восстановления фрикционных дисков и повышения их эксплуатационной надёжности является важной и актуальной задачей современного ремонтного производства.
Цель исследования заключается в сокращение трудовых и материальных затрат при ремонте сельскохозяйственной техники на основе совершенствования технологии восстановления геометрических параметров дисков гидромеханических коробок передач.
Объект исследования - процесс изнашивания восстановленных фрикционных дисков гидромеханических коробок передач.
Научная новизна заключается в том, что:
теоретически обоснованы закономерности изменения износостойкости фрикционных дисков в зависимости от свойств фрикционных материалов по ширине рабочих поверхностей дисков;
установлены зависимости между основными физико-химическими свойствами детонационных покрытий на основе меди и ресурсом дисков;
разработана методика прогнозирования ресурса фрикционных дисков на основе диаграммы предельных напряжений и экспериментального установленных параметров циклического термомеханического нагружения;
разработана комбинированная технология восстановления фрикционных дисков с использованием операций пластической деформации основы дисков и газодетонационным наращиванием материалов с разными физико-механическими свойствами.
Новизна решений защищена патентом Российской Федерации.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработана технология восстановления фрикционных дисков ГМП, до нормального размера, которая может быть реализована на специализированных ремонтных предприятиях и разработана методика прогнозирования ресурса фрикционных дисков, позволяющая производить выбор конструктивно-технологических параметров и материалов при восстановлении фрикционных дисков ГМП, с учетом термомеханического циклического характера нагружения.
Результаты исследований доведены до реализации в виде опытных партий на ремонтно-технических предприятиях АПК Новосибирской области ОАО «Сузунекое РШ» и ОАО «Ордынское РТП».
Общие положения диссертации были доложены и одобрены на ежегодных научно-практических конференциях Инженерного Института Новосибирского ГАУ (1997-2007 г.г.).
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР Новосибирского государственного аграрного университета, номер государственной регистрации № 01.200.201119.
Способы восстановления и повышения ресурса дисков фрикционных передач
Анализ состояния вопроса показал, что фрикционные диски гидромеханических коробок передач играют определяющую роль в надежности ГМП. По мере износа рабочих поверхностей фрикционных дисков нарушается нормальная работа зацепления, а следовательно, и всех деталей коробки передач, увеличивается расход топлива, ухудшаются динамические характеристики. При большем износе дисков работа зацепления полностью нарушается и требуется замена их новыми, при достижении предельного износа происходит разрушение металлической структуры основы диска.
На сегодняшний день существует достаточно большая потребность ремонтных предприятий страны в дисках трения трактора «Кировец», при этом цена только одного нового диска (изготовляемых из легированной стали 65Г и 40ХЗМ2ФА) составляет до 300 рублей, при общем их количестве в коробке передач 48 шт.
Вопросами восстановления дисков трения ГМП тракторов К-700 и его модификаций занимались: Борисенко В.А., Елизаров С.А., Пестунов М.А., Тарасов Ю.С., Шаронов Г.П., Рабовецкий Н.А., Осипов К.Г., Дысин Ю.Б., Муравьев Г.С. и др.
Применяемые в настоящее время на ремонтных предприятиях АПК способы восстановления фрикционных дисков, таблица 1.2, не обеспечивают достаточный ресурс дисков и гидромеханических трансмиссий после ремонта в целом, и имеют большую трудоемкость и энергоемкость.
Так для дисков, износ которых не превышает предельного размера, как правило, применяется шлифование на ремонтный размер [32, 6] с последующим сульфоцианированием [70,18] или сульфидированием в твердых средах [99,72,98,77,97,3]. Уменьшение толщины дисков в этом случае снижает способность дисков к поглощению теплоты, выделяемой в момент срабатывания фрикциона, и приводит к их перегреву, короблению и существенному снижению ресурса трансмиссии после ремонта.
Для восстановления фрикционных свойств стальных дисков также предложено наносить на рабочих поверхностях системы впадин [26], применять импульсную правку [4]. Кроме того, существуют предельные значения толщины дисков: для ведущих - 2,8 мм (номинальный размер нового - 3,6 мм), для ведомых - 2 мм (новый - 3,0 мм).
Для дисков, износ которых превышает предельный размер по толщине, возможным является способ восстановления методом электроконтактной сварки двух изношенных дисков (после шлифования и сварки с последующей химико-термической обработкой из двух изношенных получается один восстановленный диск) [97,20,58,59,60]. К недостаткам этого способа следует отнести то, что он сокращает объем ремонтного фонда.
Восстановление изношенных до предельного состояния дисков возможно также методами порошковой металлургии, включающей следующие основные технологические операции: прессование фрикционных накладок или напрессовывание порошкового материала непосредственно на диск; припека-ние фрикционных накладок или порошка к диску в шахтных печах электросопротивления под давлением в течение 3...4 часов [47,64] или индукционным способом [84,81,63]. При внедрении этих способов в массовое производство возникают определенные трудности. Так, процесс спекания протекает сравнительно медленно и поэтому его рекомендуется проводить для большой партии деталей одновременно. Следовательно, для этих целей необходимо иметь громоздкие прессы с большими усилиями, а также крупногабаритные печи с контролируемой атмосферой, что в свою очередь увеличивает время разогрева и остывания. Индукционный способ позволяет повысить производительность на операции спекания в 8... 10 раз по сравнению со спеканием в шахтных печах сопротивления, однако указанные способы не получили широкого применения в условиях ремонтно-технических предприятий АПК.
В свете выше изложенного большое значение имеет решение вопросов совершенствования процессов восстановления фрикционного покрытия дисков и повышения их эксплуатационной надежности.
В настоящее время одним из наиболее перспективных и эффективных способов восстановления дисков трения гидромеханических коробок передач до нормального размера является способ наращивания на изношенные подготовленные диски металлических фрикционных материалов методом газодетонационного напыления (ГДН). Технологический процесс восстановления дисков включает: мойку, дефектацию, шлифование, пескоструйную обработку, напыление [51].
В работе Муравьева Г.С. [51] теоретически обосновано и доказана применимость способа ГДН для восстановления рабочих поверхностей фрикционных дисков, из результатов работы следует, что восстановление фрикционных дисков наращиванием методом ГДН позволяет обеспечить ресурс восстановленных фрикционных дисков не ниже серийных, а технологический процесс восстановления применим в условиях специализированных ремонтных предприятий АПК.
Высокие показатели качества восстановления обеспечиваются за счет: обеспечения при ГДН высокой прочности сцепления (адгезии) напыляемого материала с восстанавливаемой поверхностью (прочность сцепления 70 Н/мм2); плотности до 95-98 % от монолитного материала; незначительного нагрева напыляемой детали (не более 200С) не влияющего на физико-технические свойства основного металла и не приводящего к изменению первоначальной геометрии; высокому качеству поверхности напыленного материала (высота микронеровностей напыленной поверхности до 3-5 мкм).
Вместе с тем, процессы восстановления и работоспособности восстановленных данным методом дисков недостаточно исследованы. В частности не решены следующие вопросы: не исследованы фрикционные свойства газодетонационных покрытий различных материалов, и закономерности напряженного состояния напыленных дисков и влияние напряжений на их стойкость к короблению. Кроме того, известно, что оптимальной парой трения является пара сталь-медь, соответственно при восстановлении дисков только одни поверхности (одни диски - ведомые или ведущие) могут быть восста новлены наращиванием по данной технологии, следовательно необходимы исследования контструктивно-технологических параметров восстановления, обеспечивающие работу фрикционных дисков с парами трения сталь-медь при восстановлении ведомых и ведущих дисков.
Физические основы связи в покрытии при газодетонационном напылении
Газодетонационный метод нанесения покрытий основан на использовании для разгона и разогрева мелкодисперсных твёрдых частиц явления газовой детонации. При взрыве газовой смеси в протяжённом канале формируется высокотемпературный (до 3000...5500 К) газовый поток (скорость до 4000 м/с) в котором частицы размером порядка нескольких десятков микрон могут быть разогнаны до скорости 1000 м/с и разогреты до температуры 2000-4000 К [5, 94, 93, 90,102].
Процесс протекает следующим образом: ствол детонационной установки заполняется взрывчатой смесью, состоящей из кислорода (ГОСТ 6331-78), азота (ГОСТ 9423-74), горючего газа пропан-бутана (ГОСТ 20448-80), ацетилена (ГОСТ 5447-78)], в ствол вводится определённая доза напыляемого порошка и производится поджиг смеси. В потоке продуктов детонации частицы порошка разгоняются, нагреваются в результате конвективного теплообмена между частицами порошка и выделяемой энергией высокотемпературного газового потока, а также излучением и при столкновении с подложкой, установленной перед выходом из ствола, соединяются с ней, образуя покрытие толщиной до 20 мкм. На поверхности закрепляются только частицы, обладающие к моменту удара о поверхность необходимыми энергетическими характеристиками. Остальные частицы рикошетируют. Коэффициент использования порошка 0,3...0,7. Покрытие требуемой толщины на заданных участках обрабатываемых деталей формируется за счёт циклического повторения процесса при соответствующем перемещении детали или рабочего органа детонационной установки. Процесс газодетонационного напыления характеризуется чрезвычайно малой длительностью цикла. Так, взрыв газовой смеси завершается примерно через 5 мс после инициирования. Продолжительность теплового и динамического воздействия на частицы порошка не превышает 3 мс. Время существования газового импульса продуктов детонации составляет 4...5 мс, время ударной деформации напыляемых частиц примерно 100 мкс. Увеличение интенсивности процесса (числа циклов) до 5...10 выстрелов в секунду повышает производительность напыления. Так же для увеличения производительности используются многоствольные пушки.
Газодетонационный метод позволяет, изменяя состав взрывчатой смеси и степень заполнения ствола, дисперсность, дозу и место ввода порошка, конфигурацию ствола и расположение обрабатываемой поверхности, в широком диапазоне варьировать скорость и температуру напыляемых частиц, т.е. получать из различных материалов, например пластмасс, металлов, сплавов, оксидов, нитридов, боридов, карбидов и других, покрытия - износостойкие, теплозащитные, электрозащитные, антифрикционные и другие.
Детонационные покрытия отличаются высокой прочностью и низкой (менее 1%) пористостью, исключительными защитными свойствами и долговечностью, вследствие высокой кинетической энергии разогретых частиц прочность сцепления напыленного слоя достигает 10...160 МПа. Благодаря относительно малому термическому воздействию на обрабатываемою деталь при газодетонационном методе практически исключены поводки и коробление основы [91]. Процесс и технология ГДН легко поддаются автоматизации.
Размеры и форма деталей при детонационно-газовом напылении покрытий определяются размерами звукоизоляционной камеры, в которой проходит процесс, а также возможностями приспособлений для взаимного перемещения детали и пушки.
Детонационно-газовое напыление является наиболее эффективным способом увеличения ресурса работы деталей машин и механизмов, работающих в условиях повышенных нагрузок, интенсивного изнашивания, воздействия высоких температур и агрессивных сред. Применение детонационно-газового способа напыления обеспечивает экономию материальных средств за счет увеличения срока службы узлов и механизмов, замены дорогостоящих конструкционных материалов более дешевыми.
Этот способ позволяет получать высококачественные, практически беспористые покрытия с высоким уровнем адгезии с материалом основы. С его помощью можно улучшить и даже полностью изменить поверхностные свойства деталей, получить заранее прогнозируемые свойства поверхности, с тем, чтобы наилучшим образом удовлетворить условиям эксплуатации деталей машин, приборов и механизмов.
Детонационно-газовый способ позволяет наносить покрытия из металлов, окислов тугоплавких соединений, из механических смесей плакированных и композиционных порошков. Применение различных порошков дает возможность получать износостойкие, коррозионностойкие, электроизоляционные, фрикционные, антифрикционные, жаростойкие, со специальными свойствами, электропроводящие покрытия, а также покрытия, работающие в условиях агрессивных сред. Во многих случаях покрытия могут обладать несколькими из перечисленных свойств. В настоящее время детонационные покрытия -это лучшие покрытия из всех известных газотермических покрытий.
Этот способ применяют при производстве и ремонте лопаток и других деталей авиационных двигателей, при восстановительном ремонте коленчатых и распределительных валов ДВС, торцевых уплотнений валов, роликов валков в металлообработке и металлургическом производстве, арматуры в химическом машиностроении, ножей и фрез для резки пластмасс, кожи, дерева, асбоцементных плит, медицинского инструмента, измерительного инструмента, подающих роликов в сварочном производстве, форм для литья под давлением, электродов различного назначения и т.д.[85].
Детонационно-газовые установки для напыления впервые были разработаны и запатентованы в США фирмой Union Carbide Corp в 1955 г. и независимо в 1969 г. - в ИПМ АН УССР (Киев). До сих пор, поддерживая монополию на уникальную технологию, американцы не продают свое оборудование, а лишь оказывают услуги по нанесению защитных порошковых покрытий в сервисных центрах компании в Америке, Европе и Азии.
Многие преимущества детонационно-газового напыления были очевидны для специалистов сразу же после появления первой информации о новой технологии. Никому не удалось достичь такого уровня свойств другими способами, хотя такие попытки предпринимали исследователи во многих странах мира. В 1970-1980-х гг. ряд организаций бывшего СССР приступили к разработке технологического оборудования для детонационно-газового способа нанесения порошковых покрытий. В их числе Институт проблем материаловедения, Институт электросварки им. Е. О. Патона, Институт гидродинамики СО Академии наук СССР, НИАТ, ЦНИИ "Прометей", НИИТавто-пром и др.
В конце 1970-х гг. появляются вначале опытные образцы детонационно-газовых установок ("Союз", "Молния" и др.), а затем и первые промышленные ДГУ: "Днепр", "Катунь", "Обь", "Азов", "Корунд", "Прометей", "Керам".
В настоящее время качество наносимых покрытий серийно выпускаемыми отечественными установками для ГДН находится на уровне лучших мировых.
Основные материалы при детонационно-газовом напылении - это порошки из чистых однородных металлов и их соединений, плакированные частицы и конгломерированные порошковые материалы. Они используются для напыления в основном износостойких, антикоррозионных и электропроводящих покрытий из алюминия, меди, хрома, молибдена. Никелевые и молибденовые порошки широко применяются для нанесения промежуточных слоев, обеспечивающих повышенную прочность сцепления других покрытий с основным металлом [93,102].
Методика наращивания фрикционных покрытий при восстановлении дисков
Восстановление фрикционных свойств рабочих поверхностей дисков осуществляется посредством газодетонационного наращивания материала установкой "Обь" с длиной ствола 1,8 м, диаметром 20 мм, отношение О2/С2Н2 р=1,22. Полученное детонационное покрытие должно соответствовать ГОСТ 27953-88. В качестве рабочих газов применяют: азот газообразный по ГОСТ 9293, кислород газообразный по ГОСТ 5583, ацетилен технический по ГОСТ 5457, сжатый воздух по ГОСТ 9.010. Сжатый воздух, применяемый для подготовки поверхности и напыления покрытия, должен быть очищен от масла, влаги и быть не ниже 7, 9 классов загрязнённости по ГОСТ 17433. Оборудование для очистки воздуха выбирают в зависимости от требуемой степени очистки. Методы измерения загрязнённости сжатого воздуха - по ГОСТ 24484.
На поверхностях дисков, подлежащих напылению, не допускаются заусенцы, окалина, раковины, трещины и другие неоднородности, видимые без применения увеличительных средств. Подготовку поверхности, хранение и транспортирование подготовленных деталей следует проводить в помещении при температуре воздуха не ниже 18С и относительной влажности не выше 75%. При этом не допускается наличие в окружающей среде веществ, способствующих коррозии поверхности деталей.
Обезжиривание деталей проводят моющими средствами или органическими растворителями, уайт-спиритом по ГОСТ 3134 или бензином по ГОСТ 1012. Степень обезжиривания поверхности должна соответствовать первой по ГОСТ 9.402. Перед напылением покрытий поверхность дисков необходимо подвергнуть струйно-абразивной обработке. Степень очистки поверхности от окислов должна соответствовать второй по ГОСТ 9.402. Поверхности диска, не подлежащая нанесению покрытия, должна быть защищена от воздействия струйно-абразивной обработки экранами. Зона струйно-абразивной обработки должна быть больше зоны напыления. Струйно-абразивную обработку проводят при давлении сжатого воздуха 0,4МПа. Расстояние от среза сопла струйно-абразивного пистолета до поверхности детали должно быть 100...150 мм, угол наклона 60...90. Для струйно-абразивной обработки применяют сухие, не загрязнённые маслом, ржавчиной или другими веществами острогранные абразивные материалы с размерами зерна 0,5...1,5 мм. После струйно-абразивной обработки поверхность диска должна быть обдута сжатым воздухом не ниже первого класса загрязнённости по ГОСТ 17433. Шероховатость поверхности деталей после струйно-абразивной обработки должна соответствовать Rz=20...40 мкм.
Промежуток времени после подготовки поверхности до напыления покрытия не должен превышать Зч. Диски жёстко закрепляют в приспособлении, обеспечивающим необходимую свободу перемещения относительно ствола установки таким образом, чтобы исключить препятствия на пути потока напыляемых частиц. Поток напыляемых частиц должен быть направлен к поверхности детали под углом не менее 45, скорость полёта частиц 1000 м/с, температура частиц 4000 К. Адгезия получаемого покрытия не менее 180 МПа. Необходимую толщину покрытия и плотность 97-98 % получают путём циклического напыления единичных пятен покрытия со смещением одного пятна относительно другого на расстояние, не превышающее половину внутреннего диаметра ствола, что при скорострельности 10 ц/с. соответствует частоте вращения манипулятора 3 об/мин. Базовые значения глубины загрузки порошка 13=300 мм, дистанции напыления L=180 мм. Для получения покрытий большей пористости изменять режимы пушки в соответствии с известными зависимостями [раздел 2.2] путем увеличения 13 величины заглубления подачи порошка в ствол и р отношения количества кислорода к горючему газу в детонирующей смеси.
В качестве порошковых материалов для формирования фрикционного покрытия использовать порошковые материалы на основе меди плотностью 7,50...7,85 г/см3 с известным химическим составом полученные путем распыления монолитного материала, размером частиц порошка 20-60 мкм. Порошковый материал должен пройти входной контроль на соответствие паспортным данным по гранулометрическому составу, физико-химическим свойствам и условиям хранения. Перед использованием порошки металлов и их смеси, металлических сплавов, композиционные порошки необходимо просушить, а порошки оксидов и их смеси прокалить. Сушку порошков необходимо проводить при температуре 120 - 150 С в течении не менее 1,5 часа на противнях из коррозионно-стойкой стали, периодически перемешивая. Толщина слоя порошка должна быть не более 15 мм. Прокаливание порошков оксидов необходимо проводить при температуре 300 - 1100 С в зависимости от состава в течении не менее 1 часа на противнях из коррозионно-стойкой стали. Толщина слоя должна быть не более 30 мм. Смеси порошков приготовляют в смесителях. Качество смешивания определяют путём химического анализа проб, взятых не менее чем из трёх мест.
При заполнении кольцевых впадин на поверхности дисков толщина наращенного слоя должна быть больше глубины впадины на 0,1..0,18 мм. Контроль внешнего вида покрытий проводят визуально на всех дисках, Покрытие должно быть однородным по цвету, равномерным, без трещин, раковин, сколов, отслоений (вздутий).
Микротвёрдость покрытий определяют по ГОСТ 9450, твёрдость покрытий по Виккерсу - по ГОСТ 2999. Пористость покрытий устанавливают методом гидростатического взвешивания по ГОСТ 18898.
Методика прогнозирования ресурса фрикционных дисков
Для прогнозирования технического ресурса восстановленных фрикционных дисков, работающих в тяжелых условиях циклического термомеханического нагружения, необходимо первоначально определить максимальное термомеханическое напряжение атах, значение максимальных напряжений может быть определено экспериментально или с использованием известных зависимостей, по формуле (2.16). Минимальное напряжение определяется исходя из конструкции и режимов работы ГМП с учетом температурного режима эксплуатации трансмиссии, при котором после срабатывания фрикциона его температура понижается до температуры масла, т.е. определяются напряжения соответствующие заданному коэффициента асимметрии г или при испытаниях задается параметрами моделирования нагружения.
Построение диаграммы предельных напряжений (ДПН) осуществляется согласно методике, изложенной в разделе 2.5. При этом строятся точки К и С с координатами К (0; о.]) и С(со/2; с0), через которые проводится линия предельных напряжений для фрикционного материала рабочей поверхности КС, КОТОраЯ СООТВеТСТВуеТ ЦИКЛУ НагружеНИЯ 0-max=amjn=Gm, г=1, т.е. постоянной статической нагрузке в режиме непрерывного буксования.
Далее в этом же масштабе строится точка М с координатами (ст; атах), соответствующая прогнозируемому режиму нагружения.
Из начала координат через точку М проводится луч ОМ до пересечения с линией предельных напряжений KD. Ордината точки пересечения N и соответствует пределу выносливости материала рабочей поверхности аг при установленных режимах обработки. В соответствии с зависимостью (4.1) отношение ог и отах при известном значении технологического коэффициента kt, определяют величину запаса выносливости па. Имея значение п (для дисков 2,75), определим прогнозируемый ресурс дисков по критерию прочности (достижения предельного состояния) - количество циклов нагружения до предельного состояния: N= Nb № amaxf = Nb (na)n = (na)2 75104 = 104 (ktor/ amax)2 75 (4.5) Далее необходимо установить соответствие прогнозируемого ресурса по прочности - ресурсу по износостойкости L, т.е. проверить условие: L N/f (4.6)
Если условие не удовлетворяется, то при разработке технологии ремонта ГМП устанавливать в наиболее нагруженные фрикционы диски с увеличенным запасом выносливости фрикционного материала, а при восстановлении дисков материалы с большим пределом текучести и температурой схватывания пар трения, или изменять конструктивно-технологические параметры дисков, обеспечивающие повышение запаса выносливости рабочих поверхностей дисков.
В этом случае, а также при разработке фрикционных узлов, для предотвращения разрушения дисков необходимо соблюдать условие, при котором предельное напряжение в материале при установленной долговечности должно соответствовать уравнению: omax arkt(fL/Nb)-,/n (4.7)
Данная методика позволяет прогнозировать ресурс фрикционных дисков по критериям их износостойкости и прочности с учетом физико-механических свойств материала, режимов нагружения и конструктивно-технологических параметров фрикционов. Это дает возможность оптимизировать процесс восстановления дисков за счет оснащения дисков наиболее износостойкими, в данных условиях работы, фрикционными материалами и гарантировать их прочность в течение всего периода эксплуатации, а также оценивать влияние конструктивно-технологических факторов на работоспособность дисков.
По результатам исследований параметров термомеханического циклического нагружения дисков при работе фрикциона и зависимости наработки восстановленных дисков до предельного состояния - схватывания, прижогов и недопустимого коробления от запаса выносливости дисков рис. 4, расчетов по диаграмме предельных напряжений, подтверждена применимость формулы (4.4) для прогнозирования ресурса дисков. Расхождение значений ресурса рассчитанного и данными испытаний составляют не более 10 %.
Производственную проверку результатов исследований проводили в условиях ремонтно-технических предприятий АПК Новосибирской области. Восстановленные фрикционные диски гидромеханических передач трактора «К-701» испытывались путем установки их на трактора находящиеся в производственной эксплуатации в условиях сельскохозяйственных и промышленных предприятий. Производственной проверке подвергались партии восстановленных комбинированным способом дисков количеством по 12 шт., которые устанавливались в наиболее нагруженный при эксплуатации фрикцион первой передачи КПП трактора «К-700» и «К-701». Комбинированный способ восстановления дисков предусматривал их пластическое деформирование - получение кольцевых впадин с последующим из заполнением различным фрикционным материалом на медной основе (разной износостойкости) в зависимости от степени удаленности центра дисков, а именно материалом БрАНЖ - 4-2-5 с пористостью 18 % и БрАНЖ - 6-2-5 пористостью менее 2 %, с целью обеспечения равноизносности диска по ширине.
При эксплуатации опытных партий аварийных отказов дисков, связанных с разрушением покрытия, свариваемости, недопустимого коробления, катастрофического износа или отделением фрикционного материала, в результате испытаний не установлено. В настоящее время наработка отдельных восстановленных дисков достигает более 10000 мото-ч.
Результатами эксплуатационных испытаний дисков восстановленных по разработанной технологии установлено, что ресурс восстановленных дисков в 1,6 раза больше ресурса серийных (стальных) дисков.
Таким образом, производственные испытания показывают, что разработанная технология восстановления фрикционных дисков позволяет повысить эксплуатационную надежность ГМП, что приводит к снижению затрат на ремонт и повышению эффективности использования энергонасыщенных тракторов «Кировец».
