Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ условий функционирования и результатов исследований цепных передач сельскохозяйственного назначения 13
1.1 Общие характеристики цепных передач сельскохозяйственного назначения 13
1.2 Критерии выбраковки роликовых цепей 19
1.3 Смазка цепных передач сельскохозяйственного назначения 24
1.4 Обзор научной информации по теме исследования 30
1.5 Оценка технологичности конструкции стандартных роликовых цепей и их эксплуатационных особенностей 36
1.6 Формулировка темы и задачи исследования 39
2 Теоретические предпосылки повышения долговечности приводных цепей зерноуборочных комбайнов 43
2.1 Анализ работы стандартной роликовой цепи при износе е шарниров 43
2.2. Влияние износов шарниров роликовой цепи на кинематику передачи 55
2.2 Пути совершенствования приводной цепи сельскохозяйственного назначения 58
2.3.1 Основные положения 58
2.3.2 Конструктивное исполнение предлагаемого компоновочного решения 59
2.3.3 Анализ силового взаимодействия деталей шарниров предлагаемой цепи 61
2.3.4 Обоснование размерных параметров шарниров предлагаемых приводных цепей сельскохозяйственного назначения 65
2.3.5 Форма и размеры отверстий в пластинах 69
2.3.6 Взаимозависимые допуски размеров 70
2.4 Анализ износов деталей шарниров предлагаемой цепи 73
2.5 Обоснование дифференцированных критериев замены предлагаемой цепи в различных передачах 89
2.6 Способы и средства смазывания открытых цепных передач 97
2.7 Выводы 101
3 Методика экспериментальных исследований работоспособности цепных передач и их элементов 103
3.1. Общие положения 103
3.2 Цели и задачи экспериментальных исследований 103
3.3 Общие стратегия и методика проведения экспериментальных исследований 104
3.4 Разработка конструкции и изготовление макетного образца предлагаемой цепи и устройства для автоматической непрерывной смазки 108
3.5 Параметры передач, подлежащие контролю, и обоснование длительности экспериментов и количества повторностей опытов 112
3.6 Частные методики по проведению испытаний и оценке контролируемых параметров передачи 114
3.6.1 Методика подготовки макетной цепи и передач к испытаниям 114
3.6.2 Организация и проведение полевых экспериментальных исследований 116
3.6.3 Методика определения удлинения шага серийной и макетной цепей 117
3.6.4 Методика контроля образования площадки износа на наружных поверхностях вкладышей 119
3.6.5 Методика определения наличия проворачивания валиков относительно вкладышей при работе цепи 120
3.6.6 Методика контроля наличия и длительности присутствия смазки на трущихся поверхностях шарниров 122
3.6.7 Методика определения расхода смазывающей жидкости из мкости смазочного устройства 123
4 Анализ результатов экспериментальных исследований 124
4.1 Общая оценка результатов экспериментальных исследований.. 124
4.2 Анализ результатов износных исследований шарниров серийной роликовой цепи, работавшей без смазки 125
4.3 Анализ результатов исследований износа шарниров серийной роликовой цепи, работавшей со смазкой 134
4.4 Результаты производственной проверки предлагаемой цепи, работавшей без смазки 136
4.5 Результаты экспериментов по образованию площадки контакта на наружных поверхностях вкладышей 140
4.6 Сравнительная оценка результатов экспериментальных исследований 142
4.7 Выводы 145
5 Технико-экономическая оценка результатов исследования 147
5.1 Технико-эксплуатационные преимущества предлагаемой цепной передачи в сравнении со стандартным аналогом 147
5.2 Обоснование исходных параметров и расчт экономической эффективности выполненных исследований 149
Заключение 154
Литература 156
Приложение А 180
Приложение Б 181
Приложение В 191
Приложение Г 192
Приложение Д 193
Приложение Е 194
Приложение Ж 195
- Смазка цепных передач сельскохозяйственного назначения
- Обоснование дифференцированных критериев замены предлагаемой цепи в различных передачах
- Анализ результатов износных исследований шарниров серийной роликовой цепи, работавшей без смазки
- Обоснование исходных параметров и расчт экономической эффективности выполненных исследований
Введение к работе
Актуальность темы исследований: В России производится около 8 млн. пог. м цепей различного назначения. Значительную часть из них потребляет сельскохозяйственное производство в приводах сельскохозяйственных машин, орудий и технологического оборудования стационарных предприятий более чем в 270 наименований.
Основным эксплуатационным показателем для всех типов цепных передач является долговечность, определяемая изменениями шага цепи и размеров зубьев звздочек.
Зерноуборочные комбайны имеют от 5 до 12 цепных приводов, работающих в специфических условиях, отличающихся от условий в других производственных отраслях. Работа цепных передач зерноуборочных комбайнов характеризуется сезонностью, высоким напряжением при запылнности окружающей среды.
Согласно работам В.И. Черноиванова комбайн можно представить как 15-ти компонентную взаимосвязанную систему, состоящую из последовательно соединенных элементов, при отказе одного из которых комбайн находиться в неработоспособном состоянии.
Проведенный предварительный мониторинг показал, что существенная доля отказов зерноуборочных комбайнов приходиться на механические передачи, в частности цепные передачи, кроме того, цепные передачи сельскохозяйственного назначения имеют меньшую долговечность чем их аналоги, применяемые других отраслях.
Несмотря на то, что вопросам исследования работы и износа цепных передач посвящено много научных работ, подавляющее большинство из них относятся к передачам общемашиностроительного назначения и лишь косвенно затрагивают процессы, происходящие при работе цепных передач сельскохозяйственного назначения. Эти обстоятельства указывают на необходимость совершенствования как способов и средств технического обслуживания, так и адаптации приводных цепей к специфическим условиям работы.
Степень разработанности темы. Данному направлению исследования посвящены работы Н.В. Воробьва, Г.А. Глушкова, К.М. Григорьева, Л.Д. Князева, В.А. Тушманова, О.К. Котова, С.П. Обух, Н.А. Фроловцева, , И.П. Котенок, И.Г. Штокмана, А.А. Норовского, В.Л. Попова, Н.И. Цейтлина, С.Б. Бережного, С.А. Метилькова, А.В. Пунтуса В.Н. Трубникова, С.А. Сергеева и др.
В этих работах основное внимание уделено вопросам кинематики и динамики цепной передачи. Изучено влияние натяжения холостой ветви на работу передачи, обоснована работа нормального зацепления цепи в передаче и заложены основы проектирования звз-дочек. Изложены принципы оптимизации параметров элементов цепной передачи. Часть работ посвящена исследованию неравномерности хода и расчтам на долговечность цепных передач промышленного оборудования, где цепни работают в условиях близких к оптимальным в отношении смазки и загрязнения.
Лабораторные методы испытаний цепей на надежность при условиях близких к естественным условиям работы цепи сельскохозяйственного назначения посвящены работы И.Г. Стрижкова, Е.Е Хорькова, С.С. Ханина и других авторов.
Исследованию цепного привода сельскохозяйственного назначения, разработке методик его проектирования и правил эксплуатации посвящены работы С.П. Казанцева, Серегина А.А., Семенцова М.Н., Усовой Е.В. и других авторов. В этих работах отмечено, что цепи сельскохозяйственного назначения изнашиваются с большей интенсивностью, чем цепи промышленных приводов. Это обусловлено тем, что они работают с большими колебаниями нагрузки, подвергаются интенсивному воздействию агрохимикатов и абразивных частиц, содержащихся в пыли. Пылевидные абразивные частицы, попадающие в шарниры цепи, способны долго удерживаться на трущихся поверхностях.
Предлагаемые технические решения по повышению долговечности цепей сельскохозяйственного назначения в основном касаются пластинчатых цепей, которые не нашли широкого распространения в сельском хозяйстве.
Цель работы повышение долговечности приводных цепей зерноуборочных комбайнов
Задачи исследования:
-
Выявить причины снижения долговечности стандартных втулоч-но-роликовых цепей применяемых для привода рабочих органов зерноуборочных комбайнов.
-
Разработать и обосновать пути повышения долговечности цепных передач сельскохозяйственного назначения.
-
Выполнить проверку работоспособности предлагаемых технических решений в условиях реальной эксплуатации и получить данные по долговечности в сравнении со стандартными цепями.
-
Разработать технические решения по оценке степени износа шарниров и обосновать дифференцированные нормы замены предлагаемой цепи в передачах с различными параметрами.
-
Провести технико-экономическую оценку эффективности предложенных технических решений.
Объект исследования процесс работы цепных передач зерноуборочных комбайнов.
Предмет исследования закономерности взаимодействия элементов цепной передачи сельскохозяйственного назначения. Научная новизна работы заключается в следующем:
получены зависимости описывающие влияние разношаговости приводной цепи на износ е шарниров;
получены зависимости изменения усилий в шарнирах предлагаемой цепи от их износа;
обоснованны дифференцированные нормы выбраковки предлагаемой цепи от параметров конкретной передачи. Теоретическая и практическая значимость заключается в
разработке и обосновании новых технических решений, обеспечивающих повышение долговечности на 70% по сравнению с роликовой цепью, разработке дифференцированных норм выбраковки предлагаемой цепи, способа и устройств для их смазывания и контроля годности.
Методы исследования. В теоретических и экспериментальных исследованиях применены методы математического анализа, компьютерного моделирования, сопротивления материалов, логического синтеза, теория трения и износа деталей машин и математической статистики.
Положения, выносимые на защиту:
зависимости, описывающие влияние разношаговости приводной цепи на износ е шарниров;
технические решения, обеспечивающие повышение долговечности приводной цепи;
зависимости, описывающие взаимодействие элементов предлагаемой цепи;
способ и устройство для смазывания цепей с учетом условий эксплуатации;
дифференцированные нормы выбраковки цепей предложенного технического решения.
Степень достоверности основных положений и выводов по работоспособности и эффективности предложенных решений подтверждена полевыми экспериментами на наиболее нагруженных цепных передачах зерноуборочного комбайна «Дон-1500Б».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции (г. Санкт-Петербург, 2010 г.), на международной научно-практической конференции «Техническое и кадровое обеспечение инновационных технологий в сельском хозяйстве» (г. Минск, 2014 г.) и на научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО АЧГАА в 20102014 г.г., АЧИИ ФГБОУ ВО «Донской ГАУ» в 20152017 гг. По итогам конкурса «УМНИК-2016» «Фонд содействия инновациям», работа признана победителем конкурса.
Публикации. Результаты исследований отражены в 12 научных работах, в том числе 6 публикаций в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, в 5 патентах на изобретение. Общий объем публикаций составляет 3,1 печатных листа, из них личный вклад автора – 1,2 печатных листа.
Структура и объм диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и списка литературы из 205 наименований. Основное содержание диссертации изложено на 147 страницах машинописного текста, включает 55 рисунков, 16 таблиц и 7 приложений.
Смазка цепных передач сельскохозяйственного назначения
О необходимости смазывания цепных передач, как правило работающих в условиях абразивного загрязнения, имеются противоречивые сведения. При этом на уровне суждений превалирует мнение, что применение смазочных материалов для цепей при наличии абразива увеличивает интенсивность изнашивания их шарниров.
В зарубежной практике существует однозначное положение о необходимости смазывания цепей при наличии абразивного загрязнения. Так В. Клот [202] установил, что даже при загрязнении цепи песком силы трения в шарнире с применением смазочных материалов в 4-5 раз меньше, чем при их отсутствии. В методиках стандартов DIN и ASA [178] не учитывается наличие абразива как фактора, исключающего применение смазочных материалов. Зато предусматривается более чем шестикратное уменьшение долговечности несмазанных передач в сравнении с теми, которые смазываются стабильно и хорошо.
Между тем, Ф. И. Пичак [174] приводит данные, что в условиях абразивного загрязнения смазываемые цепи изнашиваются в 2–4 раза интенсивнее несмазываемых. Однако проводимые им эксперименты выполнялись лабораторно с применением карьерного песка, что не имеет ничего общего с реальными условиями загрязнения цепных передач сельскохозяйственного назначения.
Примечателен факт, что руководства по эксплуатации машин, даже таких сложных как зерновые комбайны, вообще не содержат указаний по техническому обслуживанию цепных передач в период их работы. В лучшем случае в них излагаются требования о смазывании снятых с машин цепей перед их хранением. Это можно объяснить тем, что отсутствуют простые и удобные в эксплуатации способы нанесения смазочного материла. Это обстоятельство и распространнное бездоказательное мнение служат основанием к тому, что цепи во время работы смазывать не следует. Между тем, давно известно [93-97], что цепные передачи в отсутствие абразива непременно подлежат смазыванию. И смазывать их нужно довольно часто. В тяжело нагруженных передачах периодичность смазывания составляет 8…10 часов. При испытаниях тяговых цепей в условиях интенсивного загрязнения различными видами абразивных веществ и при разных удельных давлениях И.И. Ивашков [129] пришл к компромиссному результату. По его данным при давлениях в шарнире менее 15 Н/мм2 и наличии абразива меньше изнашиваются несмазанные тяговые цепи, а при повышении давления сверх этой величины меньше изнашиваются смазанные.
Применимость к передачам сельскохозяйственного назначения, работающим в условиях абразивного загрязнения, выводов упомянутых авторов о нежелательности нанесения смазочных материалов сомнительна, так как все испытания проводились ими в лабораторных условиях при интенсивном посыпании цепей либо кварцевым песком [174], либо формовочной землй и другими весьма активными абразивными материалами [129].
Можно выделить две группы сельскохозяйственных машин: мобильные машины и орудия, работающие в условиях запылнного воздуха, и стационарные устройства в перерабатывающих цехах, где по большей части абразивное загрязнение отсутствует.
Для приводных цепей сельскохозяйственных мобильных машин характерно загрязнение пылью. Фракционный и структурный состав полевой пыли, по данным [90, 121], зависит от почвенно-климатических условий. В среднем же, по данным упомянутых источников, пыль по составу состоит из компонентов, представленных в таблице 1.6.
Наиболее агрессивным в части износа является кремнезм и менее агрессивны упомянутые окислы и соединения. В 1 м3 воздуха вокруг работающих сельскохозяйственных машин в среднем может находиться около 0,1 г пыли с максимумом (при культивации) около 0,6 г. Структурный состав пыли представлен в таблице 1.7. Как следует из данных таблицы 1.7, 88% абразивных частиц пыли не превышают 5 мкм, что может свидетельствовать о невысокой их агрессивности даже при проникновении внутрь шарнира. Они в большинстве оказываются меньше продуктов износа деталей шарниров от сухого трения.
Шарниры загрязняются абразивом по мере его постепенного накопления в смазочном материале на поверхностях цепи и поступления в шарниры вместе с ним. Однако для существенного воздействия абразива пыли, проникающего в шарниры цепей сельскохозяйственного назначения этим путм, требуется значительный временной промежуток.
Прежде всего, должна быть создана достаточно высокая концентрация абразива на поверхности цепи и в смазочном материале.
Между тем имеет место внутреннее загрязнение шарниров продуктами износа (окислами железа), которые, по сведениям исследователей в области трения и износа [135], обладают абразивными свойствами. Можно полагать, что при отсутствии смазочных материалов в шарнире многократно усиливается этот процесс.
При наличии смазки коэффициент трения стали по стали оценивается величиной 0,03…0,05, а при е отсутствии в - 0,1…0,2, что в 3-4 раза больше. Соответственно увеличивается и работа трения в шарнире и его износ, с соответствующим образованием абразивных продуктов износа. Их интенсивному образованию и окислению будет способствовать и высокая температура нагрева шарнира, особенно в зоне контакта валика и втулки. Несомненно, что абразивное загрязнение шарниров цепи пылью имеет место, но по совокупности имеющейся информации его значимость на величину износа их деталей оценить не представляется возможным. Для решения данной проблемы необходимы сравнительные испытания цепных передач, работающих в сопоставимых условиях, как с регулярной смазкой, так и без не непосредственно в полевых условиях
Отсутствие смазочных материалов на трущихся поверхностях шарниров приводит к большим потерям мощности. В работах [92–94, 95, 103–105, 130, 131] отмечается, что при смазывании поливом цепь оказывается сухой через 8…12 часов работы и сильно нагревается. То же самое наблюдается и при работе цепных передач сельскохозяйственных машин. Факт общего нагрева цепи дает основания полагать, что в точках контакта валиков с втулками мгновенные температуры нагрева будут достигать температуры отпуска, что неизбежно приведт к потере микротвердости поверхностного слоя деталей и резкому падению износостойкости.
Кроме того, уровень точности расположения звздочек в цепном контуре весьма низок, что вызывает неизбежное нарушение полноты контакта деталей шарнира по его длине в моменты перегиба цепи на звздочке. При этом контакт смещается к краям шарнира с резким возрастанием давлений против расчтных. Это приводит к большим износам валиков и втулок по краям шарниров. Такое явление наблюдается практически у всех выбракованных цепей.
В связи со сказанным применение смазочных материалов для цепных передач сельскохозяйственных машин в отсутствие запылнности воздуха однозначно представляется необходимым, но требуются поиски и разработка новых технических решений по обеспечению цепей смазочным материалом более рациональными способами, обеспечивающими устойчивое его присутствие в шарнирах.
Обоснование дифференцированных критериев замены предлагаемой цепи в различных передачах
На рисунке 2.6 представлен график возможных и нормативных предельных удлинений шага основных приводных цепей в зависимости от числа зубьев наибольшей звздочки передачи, и ниже приведена полученная нами зависимость (2.13) по расчту возможных значений.
При анализе графика подчркивалось большое несоответствие между возможной и нормативной величиной удлинения роликовых цепей и указывались причины этого несоответствия. В качестве основной причины была названа малая толщина стенок втулок стандартных роликовых цепей.
Этот параметр препятствует большему, чем принято, износу стенок до значений, соответствующих возможностям звздочек по удлинению шага цепи.
Толщина вкладышей предлагаемой цепи более чем в два раза превосходит толщину стенок втулок роликовых аналогов. Но поскольку при перегибах на ведомой и ведущей звздочках предлагаемой цепи попеременно участвуют и изнашиваются два его вкладыша, то суммарный предельный износ каждого шарнира, а следовательно, и ограничиваемое им удлинение шага цепи составляет 9% от е шага.
Эти числовые ограничения обоснованы нами и приняты для минимального числа зубьев звздочки равным девяти, предписанного ГОСТ 591-69. Они обеспечиваются углом перегиба цепи на этой звздочке, равным 400, и смещением вершины угла в 140 0, образующего продольные грани вкладышей, относительно оси шарнира на 4,5 % от шага цепи.
Но тем же стандартом рекомендовано принимать наименьшую звздочку передачи с числом зубьев не менее 13. То есть максимальный угол перегиба цепи в передачах будет преимущественно меньше 400.
Эта ситуация схематично показана на рисунке 2.26. На схеме штриховыми линиями и отрезками п тип - т обозначено положение продольных граней вкладышей шарнира в начале его работы, то есть когда износ деталей отсутствует. Символом И обозначен планируемый предельный суммарный износ деталей пары вкладыш валик применительно к передаче, одна из звздочек которой имеет девять зубьев. Символом ЛИ обозначено возможное увеличение этого износа, если минимальное число зубьев одной из звздочек передачи больше девяти.
Линиями о - а и о - а и их продолжениями показано положение продольных граней вкладышей, когда износ достигнет предельно планируемой величины для звздочки с девятью зубьями, то есть при угле перегиба, равном 40.
Линиями о - Ъ и о - Ъ и их продолжениями показано положение продольных граней вкладышей, когда износ имеет возможность превысить на ЛИ планируемую величину для звздочки с девятью зубьями, то есть при угле перегиба цепи а, меньшем чем 40.
Чтобы определить величину ЛИ, воспользуемся построениями схемы рисунка 2.26, последовательно определив значения промежуточных отрезков схемы
Из выражения (2.48) следует, что при базовом числе зубьев наименьшей звздочки в предлагаемой передаче равном девяти, предельно допустимое удлинение шага при иных зубьях может быть различным. Оно зависит от шага цепи, диаметра валика и числа зубьев наименьшей звздочки передачи, увеличиваясь в миллиметровом выражении с увеличением этих параметров.
Так как диаметры валиков приводных цепей составляют примерно 0,31 их шага, то предельное удлинение цепи от износа деталей шарниров в процентном же выражении будет практически одинаковым для цепи любого шага, будет зависеть только от числа зубьев наименьшей звздочки и определяться выражением
Тем не менее рассмотренное удлинение шага от износа деталей шарниров не может охватывать весь диапазон чисел зубьев звздочек по двум обстоятельствам. Во-первых, оно ограничивается механической прочностью изнашиваемых деталей. И во вторых, что наиболее существенно, высотой зубьев.
Последнее обстоятельство было подробно рассмотрено и проиллюстрировано графиком рисунка 2.6.
На графике рисунка 2.27 кривыми 1 и 2 вновь представлена эта зависимость, причм кривая 1 относится к звздочкам с прямолинейным профилем зубьев, а кривая 2 - с выпуклым профилем.
Кривая 3 на том же графике отражает выражение (2.50) в процентном отношении к шагу, как и первые две.
Как видно на графике рисунка 2.27, нормы предельных удлинений шага предлагаемой цепи определяются совокупным влиянием двух факторов, отображаемых совместными ограничениями кривой 3 и кривых 1 или 2. При этом в заштрихованной зоне графика предельное удлинение цепи в той или иной передаче определяется сочетанием наименьшего и наибольшего чисел зубьев.
Так, если наименьшая звздочка имеет 9 зубьев, то при наличии в передаче звздочек прямолинейного профиля с числом зубьев не более 22 предельное удлинение цепи для этих передач будет равно 9% от шага цепи. При этом предельное удлинение шага цепи в передаче с числом зубьев наибольшей звздочки более 22 будет определяться кривой 1 и, например, для звздочки с 27 зубьями (на рисунке 2.27 обозначено штриховой линией) оно будет равно 7,4% .
Таким образом, для определения предельного удлинения шага предлагаемой цепи в конкретной передаче необходимо руководствоваться не одним действующим нормативом в 3% от шага цепи, а сочетанием чисел зубьев наибольшей и наименьшей звздочек в ней. Это открывает возможности по установлению дифференцированных норм выбраковки или только замены предлагаемой цепи в зависимости от числа зубьев наименьшей и наибольшей звздочек передачи.
Полагаем, что в руководствах по эксплуатации машин, на схемах цепных передач с предлагаемой цепью должны быть указаны по каждой передаче не только шаг цепи и число зубьев звздочек в ней, что практикуется в настоящее время для роликовых цепей, но и величина предельного удлинения цепи до выбраковки или замены. Это обеспечит оптимальные сроки эксплуатации цепей.
В качестве практического пособия для назначения предельных удлинений цепи для конкретных цепных передач с различным сочетанием наименьшей и наибольшей звздочек в них нами разработана соответствующая таблица (см. ниже).
Дифференцированные нормы удлинения шага предлагаемой цепи для е замены в той или иной передаче не всегда означает е окончательную выбраковку. Они будут справедлива лишь для передач с числом зубьев наибольшей звздочки 23 и менее. Во всех остальных случаях цепь может повторно использоваться в других передачах, где число зубьев наибольшей звздочки существенно меньше, чем у той, у которой происходит е замена.
Например, если удлинение предлагаемой цепи в передаче с числом зубьев наибольшей звздочки 43 достигло 4,2 % и цепь подлежит замене, то она, при отсутствии других повреждений, может с успехом применяться примерно с той же длительностью работы в передаче с числом зубьев наибольшей звздочки в 13…23 зуба.
Анализ результатов износных исследований шарниров серийной роликовой цепи, работавшей без смазки
В соответствии с методикой полевых испытаний отрезок серийной роликовой цепи работал в едином цепном контуре вместе с отрезком макетного образца цепи. Он являлся базой (стандартом) для сравнительной оценки долговечности предлагаемой цепи. Цепной контур работал без смазки по двум соображениям. Во-первых, чтобы получить максимальные износы деталей шарниров за сравнительно непродолжительное время испытаний. Во-вторых, чтобы исключить неопределнность влияния смазки, загрязннной абразивом пыли, на темпы износа.
Испытаниями было установлено, что валики серийной цепи в шарнирах, работающих без смазки, при значительной нагрузке и высоких температурах окружающей среды, подвержены сложному виду износа. Наблюдаются химико-термические изменения контактирующих поверхностей деталей шарниров с последующими окислительными процессами продуктов механически разрушаемого изменнного слоя. На рабочих поверхностях всех демонтированных валиков имеется красновато-бурый налт окислов. Это видно на рисунке 4.1 (тмные участки на обращнных друг к другу поверхностях валиков, отмеченные стрелками).
Продукты разрушения были обнаружены внутри каждого шарнира в виде порошка также красно-бурого цвета. Согласно литературным источникам он также является своеобразным абразивом.
Первичные результаты измерений величины износов каждой пары валиков одного и того же звена приведены в приложении Д. Ранжирование результатов многократных измерений приведено в таблице 4.1
Так как все опытные значения, полученные в результате многократных измерений, не выпадают за границы достоверности, то данные по величине износа серийной несмазываемой цепи являются достоверными.
Информация на выпадающие точки была проверена по критерию Ирвина
Полученные значения меньше К = 1,22 при количестве измерений N 25 и доверительной вероятности 0,95, следовательно, крайние значения величины износа не выпадают из ряда опытной информации.
Проверка на соответствие нормальному закону распределения опытной величины износа валиков серийной несмазываемой цепи выполнялась по двум критериям.
а) Критерий Колмогорова.
В каждом интервале статистического ряда мы определяли разность накопленной опытной вероятности и интегрального значения функции (таблица 4.3) и для максимального значения разности Dmax определяли критерий Колмогорова по формуле [90]
Вероятность соответствия полученных данных по износу валиков нормальному закону распределения по критерию Колмогорова составила Р(Г) = 0,982.
б) Критерий Пирсона.
Критерий Пирсона определялся по формуле [90]
Вероятность соответствия полученных данных по износу валиков нормальному закону распределения по критерию Пирсона Р( )« 88%.
Далее, были определены доверительные границы рассеивания среднего значения величины износа. Верхняя доверительная граница
Средняя величина износов валиков при доверительной вероятности а = 0,95 находится в пределах 0,092-0,08 мм. Относительная ошибка вычислений составила 14%, что меньше предельно допустимой 20%.
Кривые нормального закона распределения и опытных данных многократных измерений валиков представлены на рисунке 4.2.
В результате математической обработки по стандартным зависимостям получены следующие характеристики величины износа валиков серийной несмазываемой цепи:
- среднее значение величины износа И ср = 0,086 мм;
- среднее квадратическое отклонение сг= 0,0138 мм;
- коэффициент вариации V = 0,32.
Представленные результаты измерений дают основание судить о величине среднего удлинения среднего шага цепи. Оно, согласно принятой методике испытаний, составило At ср = 2 И ср = 0,172 мм.
Однако внимательный анализ попарных данных приложения Д показывает, что износ валиков каждой пары, принадлежащих одному и тому же звену, во всех случаях разный. Причм один из валиков пары имеет больший износ, а второй - меньший. Средняя величина большего износа составила Иб = 0,1 мм, а меньшего - Им = 0,075 мм. Различие составляет 25%.
Этим явно подтверждается теоретическое положение, изложенное в главе 2, о том, что в связи с образованием разношаговости роликовой цепи, по мере удлинения среднего е шага, шарниры одного и того же внутреннего звена изнашиваются на разную величину. При этом разница непрерывно возрастает, и к моменту достижения предельного износа, например, втулки одного шарнира, как наиболее критичной детали, втулка второго - изнашивается лишь частично. Этим сокращаются потенциальные возможности долговечности роликовых цепей.
Данным фактом косвенно подтверждаются и другие теоретические положения о том, что с образованием разношаговости изменяется величина углов перегиба в шарнирах одного и того же звена цепи. В определнных условиях цепь может работать через зуб, то есть с удвоенным шагом или близким к этому состоянию.
Полученные данные, позволяют определить значения углов перегиба шарниров исследуемой цепи к моменту окончания эксперимента. Т.к. износы пропорциональны углам перегибов, то значения углов перегиба внутреннего и наружного звена составят 20,250 и 15,750 соответственно. С использованием полученных значений, а также зависимостей (2.18, 2.19) был построен график изменения скорости движения шарниров цепи (рисунок 4.3).
В данном случае различие в скоростях внутреннего и звена составляет 0,15 м/с. Это сопровождается дополнительными возмущениями в динамике цепного контура и неблагоприятно сказывается на его работе.
Обоснование исходных параметров и расчт экономической эффективности выполненных исследований
Исходными данными к расчту экономической эффективности выполненных исследований являются:
- уровень повышения долговечности предлагаемой цепи в сравнении с серийными аналогами;
- стоимость единицы длины серийных цепей на момент составления документа;
- объмы потребления цепей в некотором регионе или его части; стоимость изготовления предложенной цепи;
- уровень повышения долговечности звздочек и передач в целом в сравнении со стандартными образцами;
- средняя стоимость стандартных звздочек на дату составления документа.
Выполняемый ниже расчт не обеспечивает коммерческую информацию, так как используемые исходные параметры не носят точных показателей и подвержены значительным изменениям в зависимости от текущей ситуации в сфере потребления. Поэтому последующие расчты и сделанные по ним выводы носят лишь ориентировочный характер, хотя по большинству параметров они основаны на реальной коммерческой информации на дату составления документа и научно обоснованных (в том числе литературными источниками) возможностях предлагаемой передачи, проверенных экспериментами.
Как следует из выполненных теоретических и экспериментальных исследований, уровень повышения долговечности предложенного компоновочного решения цепи и передачи в целом складывается из следующих составляющих:
- уменьшение темпов удлинения шага цепи с сравнении с роликовым аналогом и применением дифференцированных норм замены предлагаемых цепей в конкретных передачах, согласованных с возможностями звздочек,
- долговечность цепных передач сельскохозяйственного назначения повышается на 70% ;
- в два раза увеличивается долговечность звздочек в связи с более благоприятным механизмом зацепления. Стоимость одного метра однорядных цепей разного шага, реализуемых сельхозпредприятиям на момент выполнения настоящего расчта, была следующей
Объм продаж приведн только по одной из торгующих организаций Южного региона. Данных по всему региону и по стране в целом получить не представляется возможным. Известно лишь, что, как упоминалось в работе, цепи этих марок используются в сельскохозяйственных машинах более чем 270 наименований. В целом же по стране выпускается около 8 млн. пог. м цепей различных конструкций.
Настоящий расчт экономической эффективности выполнен применительно к одной условной цепной передаче сельскохозяйственного назначения. При этом средневзвешенная стоимость одного метра условной цепи принимается равной (из приведнных выше данных) 338 рублям.
Стоимость изготовления прелагаемой цепи должна быть примерно на 35% ниже серийных аналогов, так как она состоит всего из трх типоразмеров деталей, и в ней отсутствуют соединения с натягом, требующие высокой точности изготовления и качества сопрягаемых деталей. Тем не менее, весовой показатель единицы длины цепи будет примерно одинаков с серийным аналогом. Таким образом. стоимость одного метра условной предлагаемой цепи будет примерно равна 219 руб./м
Звздочки для предлагаемой передачи будут иметь практически такую же стоимость, как и стандартные серийно выпускаемые для однорядных цепных передач. Порядок цены можно представить по стоимости серийной звздочки в 20 зубьев для однорядной передачи привода жатки комбайна «ДОН-1500Б». Она, по ценам торговых организаций на момент настоящего расчта, составляет около 1700 рублей. Таким образом, стоимость звздочек для простейшей серийной передачи (цепь огибает две звздочки) будет примерно 3400 рублей.
Используя приведенные стоимостные показатели, можно прийти к выводу, что ориентировочная стоимость условной серийной однорядной передачи, состоящей из двух звздочек с числом зубьев по 20 каждая и межосевым расстоянием около 700 мм (длина цепного контура около 1500 мм) будет равна 3907 рубля. Стоимость предлагаемой передачи, при прочих равных условиях, будет примерно 3729 рублей.
Согласно методикам Министерства сельского хозяйства РФ [140, 141] экономия эксплуатационных затрат от реализации проектируемой передачи может быть определена из выражения
Используя зависимости (5.1) - (5.5) и нормативы [140, 141], найдм величины, входящие в выражение (5.2) для передачи с серийной втулочно-роликовой цепью (аналог), срок службы которой без смазки, применительно к зерноуборочному комбайну с ежегодной наработкой в 180 часов, составляет в среднем два сезона:
А а = 3907 50 / 100 = 1953,5 руб./ год; Р т = 3907 10 / 100 = 390,7 руб./ год; Г = 0. Прямые эксплуатационные затраты, применительно к передаче роликовой цепью, будут равны:
Иа = (1953,5 + 390,7) 1,05 = 2461,4 руб./год. Прямые затраты при использовании в передаче предлагаемых решений будут соответственно равны:
А а = 3729 х 29 / 100 = 1081,4 руб. / год; Р т = 3729 х 3 / 100 = 111,9 руб / год; Г = 0. Таким образом, согласно выражению (5.2) прямые затраты при эксплуатации проектируемой передачи составят:
Ип = (1081,4 + 111,9) 1,05 = 1193,3 руб./год. Экономия прямых эксплуатационных затрат от реализации одной простой проектируемой передачи, согласно выражению (5.1), будет равна: Э з = 2461,4 - 1193,3 = 1268,1 руб. / год. Если соотнести эти затраты к комбайну «ДОН-1500Б», имеющему четырнадцать цепных передач, то расчтная годовая экономия на одну машину составит 17753,4 руб./год.
С учтом упомянутых выше значимых технических преимуществ предлагаемой передачи в сравнении с аналогом, общий экономический эффект будет существенно выше.