Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи повышения долговечности карданных шарниров в эксплуатации 11
1.1 Развитие парка тракторов в Российской Федерации 11
1.2 Особенности конструкции и применения карданных валов в зарубежной сельскохозяйственной технике и их эксплуатационная надежность 15
1.3 Основные факторы, оказывающие влияние на долговечность карданных шарниров
1.3.1 Конструктивно-технологические факторы 25
1.3.2 Эксплуатационные факторы 1.4 Методы и технические средства оценки технического состояния 29
1.5 Выводы, цель и задачи исследования 35
2 Теоретические основы повышения долговечности карданных шарниров 37
2.1 Обоснование повышения долговечности при техническом обслуживании 37
2.2 Разработка способа технического обслуживания 39
2.3 Обоснование диагностического воздействия при оценке технического состояния 42
2.4 Разработка метода корректировки периодичности технического обслуживания 45
2.5 Обоснование периодичности технического обслуживания 47
2.6 Выводы 52
3 Программа и методика экспериментальных исследований 53
3.1 Лабораторные исследования 53
3.2 Эксплуатационные исследования 54
3.3 Разработка технических средств для оценки технического состояния
3.4 Апробация установки для измерения радиального зазора 60
3.5 Выводы 64
4 Результаты экспериментальных исследований и их анализ 65
4.1 Результаты лабораторных исследований 65
4.2 Анализ износа шипов крестовин 72
4.3 Результаты эксплуатационной оценки работоспособности карданных шарниров
4.3.1 Результаты анализа данных по наработке 76
4.3.2 Результаты анализа данных по нагруженности 78
4.3.3 Результаты анализа данных по радиальному зазору
4.4 Прогнозирование предельной наработки карданных шарниров в условиях эксплуатации 82
4.5 Выводы 86
5 Производственная апробация и технико-экономическая оценка 88
5.1 Технологический процесс технического обслуживания карданных шарниров 88
5.2 Технико-экономическая оценка эффективности внедрения способа технического обслуживания 91
5.3 Выводы 95
Заключение 96
Список использованной литературы
- Особенности конструкции и применения карданных валов в зарубежной сельскохозяйственной технике и их эксплуатационная надежность
- Разработка метода корректировки периодичности технического обслуживания
- Разработка технических средств для оценки технического состояния
- Прогнозирование предельной наработки карданных шарниров в условиях эксплуатации
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Обеспечение работоспособности зарубежной техники сводится, в основном, к замене изношенных деталей новыми, что приводит к повышенным затратам на ремонт и снижению эффективности ее использования. Затраты на ремонт, сократившегося почти в 2 раза разномарочного парка машин, остаются на уровне 40 млрд. руб. и практически равны затратам на ремонт прежнего (1990-2000 гг.) парка машин. В этой связи Стратегия развития сельского хозяйства России на современном этапе заключается в преобразовании машинно-технологической базы отрасли. Система эффективного использования техники должна разрабатываться на научной базе эффективного технологического агроинженерного менеджмента, способного реализовывать рациональную инженерно-техническую политику.
В механических трансмиссиях 50-70% тракторов применяются карданные
шарниры (КШ), являющиеся одними из ответственных узлов, которые в силу
специфической нагруженности и условий эксплуатации часто выходят из строя.
В кинематических схемах трансмиссий КШ включены последовательно с
другими элементами, и, зачастую передают весь поток мощности. Таким
образом, задача повышения долговечности КШ за счет совершенствования
способов технического обслуживания (ТО) и технических средств
диагностирования, обеспечивающих полное использование ресурса шарниров в эксплуатации, является актуальной.
Степень разработанности темы. Изучению влияния технического обслуживания и ремонта (ТОР) на работоспособность сельскохозяйственных тракторов, посвящены исследования М.Н. Ерохина, В.И. Черноиванова, И.Г. Голубева, В.П. Лялякина, С.М. Гайдара и др. В части исследований технологических процессов ТОР агрегатов механических трансмиссий – карданных валов (КВ) и их шарниров известны работы В.М. Михлина, М.Г. Дегтярева, Э.П. Флика, А.Г. Пастухова и др. Применение способов восстановления и поддержания работоспособного состояния агрегатов и оценки их качества исследовали О.Н. Дидманидзе, С.П. Казанцев, А.С. Дорохов, К.В. Кулаков и др. В результате разработаны мероприятия, позволяющие обеспечивать заданный уровень долговечности агрегатов. Однако в процессе эксплуатации зарубежной техники невозможно применение существующих способов технического обслуживания к КШ зарубежного производства, по причинам конструктивных различий, отсутствия информации об условиях эксплуатации и наработке на отказ, предельного значения радиального зазора и обоснованной периодичности ремонтно-обслуживающих воздействий (РОВ).
Цель работы – повышение долговечности карданных шарниров тракторов John Deere 7830 в эксплуатации.
Для достижения цели сформулированы следующие задачи:
1) провести анализ мероприятий и технических средств повышения
долговечности КШ и разработать способ технического обслуживания КШ с учетом особенностей конструкции и условий эксплуатации;
-
выполнить теоретические и экспериментальные исследования наработки, нагруженности и радиального зазора КШ и разработать методику прогнозирования их долговечности в постгарантийный период;
-
провести производственную апробацию технологического процесса ТО КШ и оценить его технико-экономическую эффективность.
Научная новизна. Выявлено влияние радиального зазора и износа шипов крестовин на техническое состояние КШ типа CR115 до достижения предельного состояния. Исследовано влияние наработки, нагруженности, радиального зазора на долговечность КШ, в связи с этим уточнена математическая модель долговечности КШ в эксплуатации. Разработана методика прогнозирования долговечности КШ с учетом наработки, нагруженности и радиального зазора.
Теоретическая и практическая значимость работы. На основе
результатов теоретических и экспериментальных исследований: разработан
технологический процесс ТО КШ (RU 2453451) и обоснованы условиях
назначения дифференцированных обслуживающих воздействий;
усовершенствованы технические средства для проведения диагностирования КШ в лабораторных и эксплуатационных условиях; разработан метод оценки эффективности обслуживающих воздействий КШ путем прогнозирования их долговечности с учетом наработки, нагруженности и радиального зазора.
Методология и методы исследования. Поставленные задачи решены
путем проведения теоретических и экспериментальных исследований на основе
анализа достижений в области технического обслуживания КШ транспортных и
технологических машин. Для решения задач применяли системный анализ, теорию
вероятностей, математическую статистику, планирование пассивного
эксперимента, усовершенствованные методики и технические средства.
Положения, выносимые на защиту:
математическая модель долговечности КШ с учетом способа его технического обслуживания;
результаты статистической оценки предельного состояния КШ по наработке, нагруженности, радиальному зазору и износу;
- методика прогнозирования долговечности КШ при ТО с учетом влияния
наработки, нагруженности и радиального зазора в эксплуатации;
- результаты производственной апробации и технико-экономической
оценки способа ТО КШ.
Степень достоверности и апробация результатов. При исследованиях параметров и условий эксплуатации КШ использовались апробированные методики, нормативные документы, штатные метрологическое обеспечение и технические средства, программное обеспечение MS Office Excel 2010. Степень достоверности результатов исследований подтверждена статистическими критериями, а относительная погрешность результатов не превышала 11%.
Основные положения и результаты исследований доложены, обсуждены и
одобрены на: международных научно-производственных конференциях
«Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» п. Майский, БелГСХА им. В.Я. Горина (2010-2014 гг.); «Научные
проблемы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей» г. Москва, ГНУ ГОСНИТИ (2009 г., 2013 г.); «Наука и молодежь: новые идеи и решения» г. Волгоград, Волгоградская ГСХА (2010 г.); «Энергосберегающие технологии и техника в сфере АПК» г. Орел, Орловский ГАУ (2011 г.); «Ремонт. Восстановление. Реновация» г. Уфа, Башкирский ГАУ (2012 г.); «Проблемы надежность машин и средств сельскохозяйственного производства» г. Харьков, ХНТУСХ им. П. Василенко (2012 г.); «Инновационные технологии в метрологии, стандартизации и управлении качеством» г. Москва, МГАУ им. В.П. Горячкина (2012 г.); «Перспективы развития технического сервиса в агропромышленном комплексе», г. Москва, МГАУ им. В.П. Горячкина (2012 г.); научном симпозиуме «Энергоэффективность», Высшая техническая школа в Белграде и Общество технической диагностики в Сербии, Белград, Республика Сербия (2013 г.); «Особенности технического и технологического оснащения современного сельскохозяйственного производства», г. Орел, Орловский ГАУ, 2012-2013; «Проблемы механизации и электрификации сельского хозяйства», г. Краснодар, Кубанский ГАУ, 2014; международном молодежном форуме «Молодежь и сельскохозяйственная техника в ХХI веке», г. Харьков, ХНТУСХ им. П. Василенко (2011-2012 г.); на заседаниях кафедры общетехнических дисциплин и технической механики и конструирования машин, п. Майский, БелГСХА им. В.Я. Горина (2010-2014 гг.); Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу аспирантов среди ВУЗов Минсельхоза России по программе «УМНИК» г. Белгород (2011-2012 гг.); выставке инновационных разработок и технологических стартапов молодых ученых в рамках XVII Российской агропромышленной выставки «Золотая осень – 2015» Минсельхоза РФ.
По результатам исследований опубликовано 21 печатная работа, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ и патент РФ на изобретение. Общий объем публикаций составляет 4,41 п.л., из них 3,26 принадлежит автору. Результаты исследований внедрены на сервисном предприятии тракторов John Deere ООО «Юпитер 9» и в аграрных предприятиях Белгородской области ЗАО «Краснояружская зерновая компания», ООО «Русагро-Инвест» и ИП Поплавский.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержание диссертации изложено на 111 страницах машинописного текста, включая 39 рисунков, 19 таблиц, библиографию из 134 наименования.
Особенности конструкции и применения карданных валов в зарубежной сельскохозяйственной технике и их эксплуатационная надежность
По результатам указанных исследований расчет долговечности Lh0, ч, карданных подшипников основанный на критерии предельного состояния в виде усталости материала дорожек и тел качения выполняется по следующей формуле [35] где Lh0 - расчетная долговечность, ч; С - динамическая грузоподъемность подшипника, Н; Н - высота крестовины по шипам, м; Lw - рабочая длинна ролика, м; m - эмпирическая постоянная для роликовых подшипников (т=\0/3); п - частота вращения, мин1; р - угол излома карданного шарнира, град; Кд - коэффициент динамичности, определяемый по данным анализа нагруженности в эксплуатации; Ткш – крутящий момент в шарнире, Нм; а} - коэффициент надежности; а2 - коэффициент материала; а3 - коэффициент условий эксплуатации.
Формула (1.1) справедлива при суммарном межигольном зазоре в подшипнике не более 0,5 мм, разноразмерности роликов не более ±3 мкм, твердости дорожек качения 62±2 HRC, рабочей температуре менее 100 С, 90 % уровне надежности и минимальном угле излома не более 3.
Анализируя полученную формулу, можно сделать вывод о том, что долговечность карданных подшипников определяется конструктивными (Я, Lw, ah а2, m), технологическими (С) и эксплуатационными (и, , ГКШ, КД, аъ) факторами.
При режиме работы карданного шарнира (КШ) с малой амплитудой качания, когда угол поворота одного кольца подшипника относительно другого из среднего положения в крайнее меньше, чем угол между соседними телами качения, возникают специфические условия смазки контакта тел и дорожек качения, которые приводят к образованию отпечатков тел качения в виде канавок от роликов, поэтому расчет долговечности L10h, ч, производят по методике ВНИИМЕТМАШ при постоянной частоте вращения по коэффициенту долговечности [35] 2,6CR N (1.2) L10h =500(//!)m =500 KT maxd f nPJ где fh - коэффициент долговечности, ч; Tmax - максимальный крутящий момент, Нм; R - расстояние от оси шарнира до среднего сечения подшипника, м; fa - динамический коэффициент;/ - коэффициент произведения и# п - частота вращения шарнира, мин-1; /? - угол излома КШ, град; С - динамическая грузоподъемность подшипника, Н;т- эмпирическая постоянная для роликовых подшипников 10/3. Учет радиального зазора в карданных подшипниковых узлах позволил получить математическую модель долговечности КШ по результатам стендовых испытаний, что отражено в исследованиях А.М. Сигаева [114]. В результате чего долговечность КШ Lh, ч, определяется по формуле [35, 114] п где - начальный радиальный зазор в подшипниковых узлах, мкм. Специфичность условий работы автотракторной и сельскохозяйственной техники влияет на структуру построения математической модели долговечности КШ, определяющую основные факторы влияния.
Известны также зависимости, определяющие долговечность КШ для различных видов техники и различных условий нагружения и эксплуатации. В частности, работы Я.Э. Малаховского, В.Я. Аниловича, Э.П. Флика, [2, 74, 129] и другие посвящены определению долговечности КВ с учетом основных конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов влияния на их работоспособность. Логическим продолжением упомянутых работ являются исследования М.Н. Ерохина и А.Г. Пастухова [35], в которых представлены основные методы и результаты расчетной оценки долговечности отечественных КШ в различных усло 23 виях работы КВ. Например, для расчета КВ в автомобильной промышленности применяется зависимость, описанная в работе М.С. Высоцкого и Ю.Ю. Беленького [13], где дополнительно учитывается влияние повышения уровня требуемой надежности КШ и увеличения твердости рабочих поверхностей шипов свыше нормируемой.
С целью проверки работоспособности формул (1.1) и (1.2) проведем расчетную оценку долговечности КШ на примере параметров CR 115 для нагрузочных режимов трактора ГО 7830.
Основные геометрические параметры КШ для расчета долговечности определим на основе технической характеристики КШ [108]: 1) высота крестовины по шипам Н=104,25 мм; 2) расстояние от оси шарнира до среднего сечения подшипника в крестовине в сборе і?=0,08895 м; 3) рабочая длина игольчатого ролика ит=15,3 мм; 4) диаметр ролика Й =2,32 мм; 5) число игольчатых роликов в подшипнике Zr=31 шт.; 6) радиальный зазор в подшипниковых узлах =17 мкм.
Нагрузочные параметры работы КШ принимаем по паспортным данным двигателя трактора ГО 7830 [108]: 1) максимальный крутящий момент Г=980 Нм; 2) средняя частота вращения ига=1850 мин-1; 3) угол контакта подшипника =3.
Для расчета долговечности КШ необходимо определить динамическую грузоподъемность их игольчатого подшипника по формуле [35] C=40Z2/3dwLw, (1.4) где Lw- рабочая длина игольчатого ролика, мм; Dw - диаметр игольчатого ролика, мм; - угол контакта подшипника, град; Z - число роликов в подшипнике, принимающих нагрузку. После подстановки значений в формулу (1.3) получаем С=40152/32,32 15,3=8644 Н. Данный результат можно сравнить с параметрами отечественных КШ, например V типоразмера, совпадающего с исследуемым по параметрам Я, t/w, Lw и Z Отмечаем, что передаваемый максимальный крутящий момент и динамическая грузоподъемность подшипника более чем в 4 раза ниже в импортном КШ по сравнению с отечественным, а также аналогичным КШ фирмы GWB [13]. При расчете долговечности КШ по формулам (1.1) - (1.3) принимаем вспомогательные величины [13, 35]: коэффициент динамичности Kd=fd=1,5; коэффициенты, учитывающие уровень надежности (90%) #1=1,0, материал крестовины а2=0,80 и условия эксплуатации а3=0,33; произведение n=18503=5550, откуда коэффициент /n=3,33.
Таким образом, полученные результаты показывают, что математические модели долговечности КШ дают заниженную расчетную оценку, так как в эксплуатации ресурс КШ исследуемого вала трактора JD 7830 более 5000 час, и поэтому не могут являться критерием оценки разрабатываемых мероприятий. В этой связи для оценки величины долговечности КШ Lho, ч, следует принимать значения, установленные на основе эксплуатационных наблюдений. В исследованиях Тимашова Е.П. приводится уточненная математическая модель суммарной долговечности ремонтопригодного КШ Lh, ч, приспособленного к ремонту и техническому обслуживанию, которая имеет вид [35] LHL = Lho tip + к2то (1.5) где kip - коэффициент увеличения долговечности за счет установки ремонтных втулок; к2то - коэффициент увеличения долговечности за счет поворота втулок.
Разработка метода корректировки периодичности технического обслуживания
В настоящее время восстановление крестовин отечественного производства на ремонтных предприятиях АПК не получило развития из-за очень низкого эффективности восстановления, а крестовины импортного производства просто заменяют новыми, поэтому КВ ремонтируют путем замены дорогостоящих КШ. Если учесть громадный парк тракторов зарубежного производства, используемый в системе АПК, то становится понятна возможность экономии затрат при ТО.
В зарубежных тракторах марки JD 7030 применяют КШ (рисунок 1.7) [74], состоящий из вилки, которая представлена в виде фланца со срезанными боками, крестовины и четырех игольчатых подшипников, устанавливаемых на шипы крестовины и закрепляемых на фланце. Корпус игольчатых подшипников снабжен выступом, который входит в паз вилки, формируя шпоночное соединение, служащее для передачи крутящего момента. Наружная цилиндрическая поверхность корпуса игольчатого подшипника центрируется по пояску вилки, а сам корпус закреплен двумя винтами. Игольчатые подшипники смазывают через пресс-масленку по внутренним каналам крестовины. Отмечаем, что задача ТО по зарубежным аналогам КШ в гарантийный и постгарантийный период не решена.
В практике восстановления и технического обслуживания КШ отечественного производства известны различные способы, например, введением внутреннего кольца игольчатого подшипника, иными словами, установкой на шипе крестовины тонкостенной втулки, как изложено в работе Е.П. Тимашова [123].
Известен способ ТО КШ, разработанный Удовидчик П.А. [84], при котором осуществляют разворот крестовины вокруг ее центральной оси на 90, и поворотом карданных подшипников на 180 вокруг их центральной оси. Существенным недостатком указанного способа является высокая трудоемкость проведения ТО и нарушение сопряжения «шип крестовины – подшипниковый узел – вилка КП».
Известен способ ТО КШ, предложенный Н.Ф. Тавлыбаевым [120], заключающийся в том, что перед разборкой на крестовину и одну из вилок наносят метки, указывающие положение крестовины до разборки. Затем разбирают шарнир, очищают крестовину и подшипник от грязи, остатков масла и промывают в бензине. Помечают на наружном торце (днище) обойм подшипников расположение участка с вмятинами от роликов. На внутреннюю поверхность обоймы наносят тонкий слой смазки и укладывают ролики, далее замеряют с помощью измерительного щупа суммарный межроликовый зазор. По величине зазора подбирают из выбракованных игольчатых подшипников ролик меньшего диаметра или изготавливают из пружинной проволоки дополнительный игольчатый ролик и устанавливают его в зазор для компенсации зазора и исключения перекоса роликов относительно образующих шипа крестовины и обоймы подшипника. При сборке шарнира крестовину устанавливают так, чтобы метка на ней была на противоположной стороне от метки на вилке – для этого поворот крестовины осуществляют вокруг общей оси противоположных шипов. Существенным недостатком данного способа является высокая трудоемкость проведения ТО и нарушение сопряжения «шип крестовины – подшипниковый узел – вилка КП».
Известен способ повышения надежности КШ, разработанный А.М. Сигае-вым и А.Г. Пастуховым [90], заключающийся в том, что перед проведением поворота крестовины и подшипников, для восстановления радиального зазора в сопряжениях КШ выполняют восстановление изношенной части рабочей поверхности элементов сопряжений «шип крестовины – игольчатый подшипник» до номинального размера. Существенным недостатком данного способа является высокая трудоемкость проведения ТО.
Наиболее близким техническим решением является способ ТО КШ, исследованный А.М. Сигаевым [114], содержащий замену рабочих поверхностей сопряжения, а также проведение одноразовой промывки сопряжения с заменой смазки. Замена рабочих поверхностей сопряжения заключается в повороте крестовины на 90 по оси ее вращения относительно вилок и повороте каждого игольчатого подшипника на 180 относительно шипа крестовины, причем поворот упомянутых элементов сопряжений осуществляют при наработке 0,8–0,9 от предполагаемой. Существенным недостатком этого способа является высокая трудоемкость обслуживания и нарушение сопряжения «щип крестовины – подшипниковый узел».
Предлагаемый способ ТО КШ (RU 2453451) заключается в том, что в процессе обслуживания выкручиваем болты 8 (рисунок 1.6) крепления съемных подшипниковых узлов крестовины 7 и отсоединяем их от фланцев 3. Затем крестовину 2 в сборе с подшипниковыми узлами 3 поворачиваем относительно оси вращения 4 на 90 вправо или влево (рисунок 2.2, а). Далее с целью закрепления крестовины 7 с подшипниковыми узлами на фланцах 3 осуществляем разворот крестовины относительно вертикальной оси пары шипов на 180 (рисунок 2.2, б) (приложение А) [47, 92].
В результате описанных действий, обеспечивается такое положение крестовины и подшипников, при котором неизношенные поверхности шипов и подшипников станут ведущими, т.е. будут воспринимать нагрузку при движении трактора передним ходом или в рабочем направлении вращения механизма машины, а изношенные поверхности шипов и подшипников – ведомыми.
Разработка технических средств для оценки технического состояния
Программа лабораторных исследований КШ включает изучение следующих вопросов: 1) постановка цели и задач, составление методики; 2) выбор КШ, обоснование количества и общая характеристика; 3) условия проведения исследований; 4) номенклатура показателей для сбора информации; 5) количество и территориальное расположение объектов исследований; 6) подготовка прибора и приспособлений; 7) измерение радиального зазора и оценка износа КШ; 8) запись результатов наблюдений; 9) статистическая обработка результатов; 10) составление протокола результатов и акта лабораторных исследований.
Методика оценки радиального зазора КШ снятых с эксплуатации включает проведение измерений на лабораторной установке. Техническая сущность методики оценки технического состояния КШ с помощью установки заключается в следующем [78, 134]: 1) проведение подготовительных операций (выясняем модель и заводской номер трактора, условия работы, наработку с начала эксплуатации; производим внешний осмотр и очистку крестовин; обозначаем положение карданных подшипников); 2) измеряем радиальный зазор усовершенствованным прибором с помощью динамометрического ключа и записываем результаты в таблицу по РД 50-204-87; 3) выполняем статистическую обработку результатов (построение графиков зависимости, сравнение двух выборок лабораторных и эксплуатационных).
Результаты измерений представляем в таблице Б.1 приложения Б. Статистическую обработку информации проводим в пакете анализа MS Excel.
Дальнейшие лабораторные исследования представим износной оценкой шипов КШ микрометрическим способом. Целью анализа износа шипов КШ является определение количественного показателя износа, а также деление КШ снятых с эксплуатации на группы: годные и негодные. К годным деталям относим детали с допустимым износом, к негодным относим крестовины, которые не имеют остаточного ресурса и их нецелесообразно восстанавливать. Состояние будем оценивать по износу цилиндрических поверхностей шипов крестовин. Мето дика оценки износа крестовин состоит из следующих операций: приемка КШ, наружная мойка, разборка шарнира на детали, очистка, измерение по схеме (рисунок 4.1), запись и обработка данных.
Приемка КШ включает запись названия предприятия, наработки и нагруженно-сти. После приемки КШ осуществляем наружную мойку и снятие игольчатых подшипников, а далее промываем крестовину и игольчатые подшипники и проводим их измерение посредством электронного микрометра, записываем полученные показания прибора ЧИЗ IP54 в таблицу В.1 приложение В, проводим статистическую обработку.
На схеме стрелками показана последовательность измерений поверхности шипа крестовины КШ в двух зонах шипа троекратно, т.е. промеряем диаметр шипа в рабочей зоне — изношенная поверхность, а далее измеряем диаметр в неизношенной зоне шипа крестовины, разность данных замеров определяет износ.
Программа и методика измерения радиального зазора на лабораторной установке представлена в приложении Б, а программа и методика оценки износа шипов крестовин, снятых с эксплуатации, приведена в приложении В.
Программа эксплуатационных исследований КШ тракторов JD [44] включает изучение следующих вопросов: 1) постановка цели и задач эксплуатационных исследований, составление методики; 2) выбор трактора, учет заводского номера, обоснование количества и общая характеристика КШ; 3) условия проведения исследований; 4) номенклатура показателей для сбора информации; 5) периодичность обследований; 6) количество и территориальное расположение мест проведения исследований; 7) требования к методам сбора и обработки информации: подготовка прибора и приспособлений; 8) измерение радиального зазора, снятие показаний нагружености и наработки; 9) наблюдение за радиальным зазором в различных режимах работы трактора; 10) запись результатов наблюдений; 11) наблюдение и выявление причин отказов КШ; 12) статистическая обработка результатов; 13) составление протокола результатов и акта эксплуатационных исследований.
Сбор информации проводим в соответствии с РД 50-204-87 и ОСТ 70.2.8-82. Методика проведения эксплуатационных наблюдений КШ тракторов JD включает следующие мероприятия: 1) подготовка объекта: перед измерением радиального зазора необходимо: выяснить модель и заводской номер трактора, на котором установлена крестовина, условия е работы, наработку от начала эксплуатации; произвести внешний осмотр и очисть крестовину; обозначить положение подшипников на КВ; 2) измерение радиального зазора: средство измерения — усовершенствованный прибор для проведения диагностирования; порядок измерения: зафиксировать двигатель трактора с помощью приспособления, установить крепление кронштейна и прибор на один из подшипников шарнира, при этом индикатор ввести в соприкосновение с поверхностью подшипникового узла крестовины, установить нагрузочную вилку на противоположный фланец карданного вала, с помощью динамометрического ключа нагрузить; записать результаты в таблицу Г.1, составленную по РД 50-204-87; 3) статистическая обработка результатов; 4) выводы и обобщения.
При оценке технического состояния элементов КП тракторов и сельскохозяйственных машин измеряют и контролируют (рисунок 1.10) различные параметры (силовые, кинематические, тепловые и др.) [8], например, крутящий момент, передаваемый шарниром; частоту вращения вала; условия нагруженности и величину наработки, также необходимо контролировать продолжительность наблюдений, износ подшипниковых узлов путем измерения их радиального зазора и другие параметры.
Выбор средств контроля и методик измерений целесообразно осуществлять исходя из необходимости достижения поставленной цели, возможно более простыми средствами, с учетом точности, достоверности и сопоставимости получаемых результатов испытаний, учитывая их погрешность, градуировочную характеристику, чувствительность, пределы и диапазон измерений, нормальные условия применения.
Для измерения нагрузки наиболее целесообразным является применение современных тестеров с обработкой информации с помощью ЭВМ. Радиальный зазор измеряют специализированными приборами [2, 53, 121, 122, 132].
Проанализировав, существующие средства оценки радиального зазора КШ установили, что наиболее перспективным является лабораторная установка для проведения комплекса экспериментальных исследований по изучению конструкции КП, принципов их функционирования и режимов работы, определению характеристик [124]. Однако установка имеет ряд недостатков, в частности, сложность конструкции рамы и большие габаритные размеры, поэтому, необходимо разработать установку, в конструкции которой будут устранены приведенные недостатки.
Прогнозирование предельной наработки карданных шарниров в условиях эксплуатации
Проведем анализ данных полученных в результате проверки основных параметров, контролируемых КШ в эксплуатации. Это необходимо для установления параметров ПС по радиальному зазору, нагруженности и наработке КШ, поэтому объединим выборки результатов полученных в эксплуатации с выборками, полученными в лабораторных условиях.
В данной работе исследования проводились на 34 тракторах в различных хозяйствах Белгородской области, как в эксплуатации, так и в лабораторных условиях (приложение Г). Получены количественные параметры радиального зазора КШ от запуска в эксплуатацию до снятия с эксплуатации. Снятие происходило по достижению предельной наработки регламентированной в руководстве по эксплуатации [108]. В ходе обработки информации были исключены трактора с наработкой менее 4500 часов. Проверка параметров показала, в этот период не происходит существенного износа КШ. В связи с этим нет необходимости производить какие-либо ремонтно-обслуживающие воздействия, и поэтому не вызывает для данного исследования особый интерес.
Согласно составленной методике обработки описанной в главе 4 проводим анализ данных по наработке, нагруженности и радиальному зазору, приведенных в таблицах 4.9, 4.10 и 4.11, а результаты представляем на рисунках 4.5 - 4.10.
Оценка статистического ряда на выпадающие точки по правилу «трех сигм» показала наличие 9 выпадающих точек с максимальным значением наработки. Уточненная выборка составила 25 элементов и имеет следующие статистические характеристики: среднее значение Z=6661 ч, стандартное отклонение о-=1697 ч, наименьшее значение „,„=1568 ч, наибольшее значение Lma=11753 ч. По полученным данным наработки (таблица 4.9) строим накопленную опытную вероятность и гистограмму частот (рисунок 4.5).
Оценка выборки по коэффициенту вариации показывает, что v=0,66 и так как коэффициент вариации больше 0,5, то данная выборка принадлежит закону распределения Вейбулла. Параметры закона распределения: а=2858; 6=1,55 [115]. Согласно формуле (4.5) приведем математическую запись закона распределения наработки по Вейбуллу
Эмпирическое распределение наработки L, ч По полученным данным строим дифференциальную и интегральную функцию распределения, показанную на рисунке 4.6. В результате обработки данных получили: доверительные границы рассеивания одиночных показателей с вероятностью 0,9 верхнее 4346 ч и нижнее 6804 ч отклонения; доверительные границы рассеивания среднего значения наработки - нижняя 6316 ч и верхняя 7105 ч; относительная ошибка переноса - нижняя 5,2% и верхняя 6,7%.
Результаты исследований представлены для 38 тракторов. Оценка статистического ряда на наличие выпадающих точек по правилу «трех сигм» показала отсутствие выпадающих точек нагруженности, так как крайние точки информации не выходят за пределы N ± За. Проверка крайних точек по критерию Ирвина показала отсутствие выпадающих точек. Выборка составляет 38 элементов (таблица 4.10) и имеет следующие статистические характеристики: среднее значение N=49,7 кВт, стандартное отклонение о-=18,58 кВт, наименьшее значение AU=16,1 кВт, наибольшее значение Nmax=77,3 кВт.
По полученным данным нагруженности строим дифференциальную и интегральную функцию распределения, представленную на рисунке 4.8.
В исследованном массиве данных по нагруженности показано, что КШ по ПС загружены в среднем на 49,7 кВт. Из рисунка 4.8 видно, что доля шарниров с нагруженностью не превышающей 49,7 кВт составляет 73%, а доля с нагруженно-стью выше 49,7 кВт составляет 27%.
В результате обработки данных получаем: доверительные границы рассеивания одиночных показателей с вероятностью 0,9 составляют нижняя 15,6 кВт и верхняя 52,3 кВт; доверительные границы рассеивания среднего значения нагру-женности - нижняя 46,0 кВт и верхняя 54,3 кВт; относительная ошибка переноса -нижняя 7,5% и верхняя 9,3%.
Данные приведены по исследованиям 38 тракторов. Оценка статистического ряда на наличие выпадающих точек по правилу «трех сигм» показала отсутствие выпадающих точек, а по критерию Ирвина потребовалось удаление 10 точек. Уточненная выборка составила 28 элементов (таблица 4.11) и имеет следующие статистические характеристики: среднее значение А =0,37 мм, стандартное отклонение о-=0,118 мм, наименьшее значение Amin=0,11 мм, наибольшее значение Лгаж=0,72 мм.
Коэффициент вариации выборки составляет =0,71, что свидетельствует о принадлежности выборки закону распределения Вейбулла, тогда параметры зако 81 на распределения равны а=0,1846 и =1,425, откуда математическую запись закона распределения Вейбулла имеет вид
По полученным данным строим дифференциальную и интегральную функцию распределения, представленную на рисунке 4.11. В результате обработки данных получаем доверительные границы рассеивания одиночных показателей с вероятностью 0,9 для нижней 0,2 мм и верхней 0,4 мм границ; доверительные границы рассеивания среднего значения зазора по нижней границе 0,3 мм и верхней границе 0,4 мм; относительная ошибка переноса составляет нижняя 6,6% и верхняя 8,7%. Рисунок 4.11 - Теоретическое распределение радиального зазора А, мм
В представленном анализе данных по среднему предельному радиальному зазору =0,274 мм показано процентное соотношение КШ, к которым применим способ ТО - 85% и КШ к которым применим ремонт - 15%.