Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 13
1.1 Почвенно-климатические условия эксплуатации уборочных машин 13
1.2 Эксплуатационные показатели и надежность рисозерноуборочных комбайнов 21
1.3 Динамика гусеничной цепи движителя комбайна 29
1.4 Состав гусеничной цепи и обзор типичных дефектов ее деталей 33
1.5 Анализ существующих способов диагностирования втулочно-пальцевых цепей 39
1.6 Анализ существующих способов восстановления работоспособности гусеничной цепи 41
1.7 Анализ существующих измерительных средств и технологической оснастки для размерного контроля межцентрового расстояния и обработки отверстий с его соблюдением 45
1.8 Выводы и задачи исследований 50
2 Теоретические предпосылки технологических методов диагности рования и ремонта гусеничной цепи 52
2.1 Обоснование параметров диагностирования гусеничной цепи 52
2.2 Составление и расчет динамической размерной цепи гусеницы 63
2.3 Анализ напряженно-деформированного состояния щеки гусеничной цепи от действия эксплуатационных нагрузок 68
2.4 Конструкция и принцип действия устройства для измерения межцентровых расстояний отверстий 74
2.5 Аналитическая модель устройства для измерения межцентровых расстояний отверстий 81
2.6 Обоснование параметров измерительного комплекса для определения межцентровых расстояний 97
2.7 Зависимость между межцентровым расстоянием отверстий в щеке под втулку и палец и их ремонтным увеличением 98
2.8 Конструкция и принцип действия двухшпиндельной расточной головки 100
2.9 Расчет основных параметров двухшпиндельной расточной головки 104
2.10 Выводы по теоретическим предпосылкам 107
3 Методика экспериментальных исследований и оборудование 111
3.1 Методика сбора информации о долговечности гусеничных цепей в эксплуатационных условиях 111
3.2 Устройство для контроля технического состояния гусеничных цепей 112
3.3 Методика сбора информации об износном состоянии деталей гусеничной цепи перед ремонтом 113
3.4 Инструменты для лабораторного эксперимента по определению межцентрового расстояния отверстий в щеке 114
3.5 Экспериментальное устройство для измерения межцентровых расстояний отверстий в щеке 118
3.6 Методика испытаний тензорезисторного устройства для измерения межцентровых расстояний отверстий 124
3.7 Методика испытаний двухшпиндельной расточной головки 131
3.8 Методика математической обработки и оценки точности экспериментальных данных 133
4 Анализ результатов экспериментальных исследований 140
4.1 Динамика удлинения гусеничной цепи при эксплуатации 140
4.2 Анализ износного состояния щек 142
4.3 Распределение размеров между центрами отверстий в щеке под втулку и палец 147
4.4 Вероятностный анализ доли деталей, пригодных к расточке в ремонтный размер 149
4.5 Результаты испытаний устройства для измерения межцентровых расстояний отверстий 150
4.6 Оптимизация технологических режимов механической обработки отверстий в щеке под втулку и палец 159
4.7 Выводы по результатам экспериментальных исследований 164
5 Обоснование экономической эффективности технологических процессов 167
5.1 Моделирование оптимизации стоимости ремонта сопряжений цепи 167
5.2 Сравнительный анализ себестоимости различных ремонтных технологий 169
5.3 Расчет экономической эффективности от внедрения результатов исследований 173
5.4 Выводы по разделу 181
Общие выводы и рекомендации 182
Литература
- Почвенно-климатические условия эксплуатации уборочных машин
- Обоснование параметров диагностирования гусеничной цепи
- Методика сбора информации о долговечности гусеничных цепей в эксплуатационных условиях
- Динамика удлинения гусеничной цепи при эксплуатации
Введение к работе
К началу XXI в. сельское хозяйство России имеет весьма низкие показатели по производительности труда, наполовину сократившиеся объемы валового производства продукции растениеводства и животноводства, слабо подготовленные кадры для производства конкурентоспособного продовольствия, крайне недостаточную и к тому же весьма изношенную материально-техническую базу. К 2003 году активные фонды сельского хозяйства оказались на 55 % выведенными из производства, а используемые в настоящее время имеют уровень амортизации более 60 %. Остается не более 3-4 лет, за которыми, по причине снижения усталостной прочности металлов и материалов техники и оборудования, возможно массовое ее выбытие из эксплуатации [68, 75].
Главные положения Стратегии развития технического сервиса как составляющего звена общей Стратегии развития агропромышленного комплекса страны на период до 2010 г. одобрены научной сессией Россельхозакадемии, состоявшейся в октябре 2003 г. Одним из важнейших факторов при формировании основ стратегии сервиса стал учет сложившегося технического состояния МТП и низкого уровня машиностроительной отрасли. Отмечено, что машиностроительный блок промышленности, поставляющий технику для села, уже более 10 лет работает в условиях сокращенного платежеспособного спроса и отсутствия четких перспектив по дальнейшему развитию. Длительное время основные средства производства заводов сельхозмашиностроения не обновлялись, большинство технологий, применяемых на производстве, устарели [75,135].
Прогнозируемый рост объема механизированных работ в 2010 г. по сравнению с 2002 г. должен быть увеличен в 1,6 раза. Для этого требуется коренное улучшение оснащения сельского хозяйства новой современной техникой. Необходим парк машин в составе 800-900 тыс. тракторов и более 250 тыс. комбайнов. Сегодня АПК имеет 480 тыс. тракторов и 129 тыс.
зерноуборочных комбайнов, из которых 85 % - за пределами срока амортизации.
Анализ современного состояния механизации уборки зерновых культур в России выявляет ее низкую эффективность [92, 133]. Статистические данные свидетельствуют о постоянной тенденции сокращения общего числа комбайнов в парке, возрастания доли неисправных машин, старения парка, увеличения средней нагрузки на комбайн. По сравнению с 1990 г. годовой выпуск комбайнов уменьшился в 10 раз, а уменьшение их общего парка лишь в 2,5 раза произошло за счет того, что в эксплуатации остаются машины со средним возрастом 13 лет и более, из которых число исправных машин, постоянно участвующих в уборке составляет менее 70 %. Рост нагрузки на комбайн приводит к нарушению сроков уборки урожая, значительному увеличению продолжительности уборочного сезона и потерь зерна.
Сравнительная технико-экономическая оценка современных отечественных и зарубежных комбайнов показывает, что российская техника по комплексным удельным показателям технического уровня мало чем уступает зарубежной. Значительное отставание наблюдается в надежности, дизайне и комфортности [1, 31]. Наряду с созданием различных классов комбайнов по пропускной способности, наиболее массовое применение находят комбайны класса 5-6 кг/с (типа СК-5М "Нива", "Енисей - 1200", "Руслан - 950"). Среди направлений повышения технического уровня комбайнов наиболее важными считаются: гармонизация конструкций комбайнов по параметрам, снижение материалоемкости, блочно-модульное построение на основе системы стандартизованных комплектующих узлов и агрегатов, совершенствование компоновочных решений, повышение проходимости и маневренности [24]. Для реализации последнего направления происходит внедрение большого разнообразия движителей [31]: колесных полноприводных, широкопрофильных, гусеничных, полугусеничных, резиногусеничных и др.
Реально оценивая состояние дел, отмечено, что в ближайшие годы в сельском хозяйстве будет использована преимущественно техника, которая сейчас находится в эксплуатации и должна обеспечить эффективную работу [135]. Поэтому в основу Стратегии совершенствования технического сервиса на ближайшие годы положены меры по повышению сопротивляемости старению машин. За последнее время основные объемы работ по обеспечению работоспособности техники переместились непосредственно к товаропроизводителям и сводятся в основном к замене деталей и некоторых несложных узлов, что приводит к повышенным издержкам производства. Поэтому, несмотря на почти двукратное сокращение парка машин, затраты на ремонт техники (37...40 млрд руб.) остаются на уровне затрат на ремонт прежнего парка [135].
Важная составляющая Стратегии технического сервиса - организация ремонта техники, повышение качества ремонта узлов и агрегатов как основы повышения надежности отремонтированной машины. При этом основу повышения качества составляют новые технологии и оборудование для ремонта. Стратегией предусмотрена дальнейшая модернизация существующего и проектирование нового ремонтно-технологического оборудования. Большое значение имеет разработка нормативно-технической документации как основы повышения качества услуг. При определении допустимых и предельных размеров деталей учитываются критерии безопасности и экологии, что является обязательным требованием к любой технике. Не менее важной составляющей Стратегии технического сервиса и его экономической составляющей является восстановление деталей, для производства которого предусмотрена трехуровневая система, позволяющая наиболее эффективно использовать имеющиеся ресурсные возможности сельского хозяйства.
При ремонте техники затраты на запасные части составляют 50...70 %
себестоимости. Себестоимость восстановления изношенных
ремонтопригодных деталей не превышает 30...50 % цены новых при сопоставимом ресурсе. Отсюда следует, что при приемлемом уровне рентабельности отпускная цена капитально отремонтированных машин, в которых используются восстановленные детали, может быть на 30..40 % ниже цены новых при сопоставимом ресурсе.
Специфические почвенно-климатические условия Дальнего Востока обуславливают применение на уборочных работах комбайнов на гусеничном ходу. Гусеничный движитель тракторов и комбайнов работает в тяжелых условиях, так как помимо динамических нагрузок ударного характера и высоких удельных давлений в местах сопряжений, постоянно находится в контакте с абразивными частицами. В условиях Приморского края наблюдается также интенсивное коррозионное старение конструктивных элементов гусеничного движителя, и затраты на его ремонт и техническое обслуживание составляют 35...45 % от суммы общих затрат на ремонт машины. Большую долю в общей сумме затрат на ремонт гусеничного движителя занимают затраты на запасные части (до 60...80 %). Организация широкого восстановления изношенных деталей гусеничного движителя комбайнов - одно из наиболее реальных средств снижения себестоимости ремонта [102]. Использование современных способов восстановления деталей, обеспечивающих продление их сроков службы, позволит снизить общий объем затрат на ремонт гусеничных комбайнов, повысит их надежность и работоспособность в условиях эксплуатации. Гусеничная цепь является наименее долговечным узлом движителя, ее износостойкость значительно отстает от износостойкости других агрегатов.
Таким образом, исследования по повышению долговечности гусеничных цепей составного типа путем совершенствования диагностических операций, проведения технических обслуживании и оптимальной организации централизованного ремонта в условиях исследуемого региона имеет актуальность и целесообразность.
Работа выполнена в соответствии с Федеральным законом № 100-ФЗ от 24 мая 1999 г. - "Об инженерно-технической системе агропромышленного комплекса" и программами научно-исследовательских работ Приморской ГСХА "Обоснование способов повышения надежности рисозерноуборочных комбайнов в условиях Дальнего Востока" № ГР 01.920001904 в период с 1987 по 2005 гг.
Целью данной работы является исследование технического состояния и совершенствование технического сервиса гусеничных цепей рисозерноуборочных комбайнов.
Объектом исследования являются технологические параметры процессов диагностирования и ремонта гусеничных цепей рисозерноуборочных комбайнов.
Научная новизна заключается в обосновании рациональных параметров процессов диагностирования и ремонта гусеничных цепей, основанном на математической модели изменения размерного состояния и подтвержденном экспериментальными исследованиями и рекомендациями по комплексному устранению нарушений формы поверхностей и плотности сборочных посадок деталей гусеничных цепей составного типа с разработкой для этих целей средств технологической оснастки.
Практическая значимость состоит в разработке по результатам исследований технологической документации, оборудования и оснастки для выполнения диагностических и ремонтных работ. Технологическая оснастка принята к опытной эксплуатации на ОАО "Уссурийский комбайно-ремонтный завод", ОАО "Аскольд", ОАО "Уссурийский авторемонтный завод", процесс диагностирования гусеничных цепей принят к выполнению при проведении технического обслуживания в ряде сельскохозяйственных предприятий, результаты исследований использованы при изучении дисциплин "Надежность и ремонт машин", "Метрология, стандартизация, сертификация" студентами ФГОУ ВПО Приморская ГСХА (приложение А).
Основные положения работы докладывались и обсуждались на:
международной региональной научной конференции "Перспективы сотрудничества Российских аграрных учебных заведений со странами АТР" (г. Уссурийск, 1999 г),
научно-производственной конференции межрегиональной ассоциации "Агрообразование" (г. Уссурийск, 2000 г),
международной научно-практической конференции "Аграрная политика и технология производства сельскохозяйственной продукции в странах АТР" (г. Уссурийск, 2001 г),
научно-практических конференциях специалистов и молодых ученых аграрных вузов и научных учреждений Дальнего Востока (г. Уссурийск, 2002, 2003, 2004,2005,2006 гг.),
международной научно-практической конференции "Современные проблемы технического сервиса в агропромышленном комплексе" (г. Москва, 2002 г),
совещании-семинаре инженерных кадров АПК "Инженерно-техническая служба в современных условиях" (г. Уссурийск, 2002 г),
XVI межвузовской научно-практической конференции "Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения" (г. Брянск, 2003 г),
VIII международной научно-технической конференции "Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков" (г. Пенза, 2003 г),
всероссийской научно-производственной конференции "Инновационные технологии в аграрном образовании, науке и АПК России" (г. Ульяновск, 2003 г),
II международной научно-технической конференции "Материалы и технологии XXI века" (г. Пенза, 2004 г),
международной научно-технической конференции "Надежность и ремонт машин" (г. Орел, 2004 г),
международной научно-технической конференции "Научные проблемы и перспективы развития ремонта, обслуживания машин и восстановления деталей" (г. Москва, 2003 г),
юбилейной международной научно-практической конференции "Агроинженерная наука - итоги и перспективы" (г. Новосибирск, 2004 г),
II международной научно-практической конференции "Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы" (г. Пенза, 2004 г),
межрегиональной научно-практической конференции "Автомобильный транспорт Дальнего Востока и Сибири (г. Хабаровск, 2004 г),
международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы вузовской агроинженерной науки" (г. Москва, 2005 г),
II международной научно-технической конференции "Надежность и ремонт машин" (г. Орел, 2005 г),
заседании рабочей группы по распределению и совершенствованию сельскохозяйственной техники при департаменте сельского хозяйства и продовольствия Администрации Приморского края (г. Владивосток, 2005 г),
заседаниях Ученого совета ПГСХА (г. Уссурийск, 1996г), Института механизации с.-х. (г. Уссурийск, 1989, 2004 гг), заседаниях кафедр "Надежность и ремонт машин"(г. Уссурийск, 1988,1989 гг), "Эксплуатация и ремонт машин" (г. Уссурийск, 1996,2000,2002,2003,2006 гг).
Результаты исследований демонстрировались на:
краевой выставке научно-технических достижений АПК (г. Владивосток, 2003 г) (приложение Б),
выставке "Наукоемкие технологии и техника" в рамках инновационного форума "Роль науки, новой техники и технологий в экономической развитии регионов" (г. Хабаровск, 2003 г) (приложение В).
Измерительное устройство по патенту № 41857 представлено в конкурсе журнала КИПиС "Лучший отечественный измерительный прибор 2005 года".
Результаты работы отражены в 37 публикациях общим объемом 14 п. л., в том числе 11 п. л. являются индивидуальным вкладом соискателя, получены патенты на полезные модели №№ 33886, 41857, 43064, 46845 (приложения Г, Д, Е, Ж). Материалы исследований включены в отчеты о научной работе № ГР 01.920001904.
Диссертация изложена на 204 страницах, включает пять глав, выводы и 11 приложений. Основной текст сопровождается 24 таблицами, 111 рисунками. Список литературы содержит 160 наименований.
На защиту выносится:
математическая модель гусеничной цепи как объекта диагностирования и направленности ремонтных воздействий;
рекомендации по технологическим методам проведения диагностических работ;
- обоснование рациональной технологии ремонта гусеничных цепей в
условиях регионального специализированного предприятия;
результаты исследования износостойкости элементов гусеничных цепей в заданных почвенно-климатических условиях эксплуатации;
оценка экономической эффективности результатов исследований.
Пути реализации работы. Результаты исследований могут быть использованы на сельскохозяйственных ремонтно-технических и эксплуатирующих предприятиях.
Автор отдает дань светлой памяти к.т.н. профессора |ПивовароваА. Д, становление научных взглядов, помощь и поддержку, оказанные при работе над диссертацией.
1 Состояние вопроса и задачи исследований
Почвенно-климатические условия эксплуатации уборочных машин
Возделывание зерновых культур, риса и сои - одно из приоритетных направлений деятельности сельского хозяйства Дальневосточного региона России. Приморский край занимает ведущую позицию в производстве с.-х. продукции среди Дальневосточных субъектов России [13, 93], основные показатели которого за 2003 год приведены в таблице 1.
По состоянию на 1 января 2004 года площадь сельскохозяйственных угодий в крае составила 1637,1 тыс.га. [111]. Анализ состава посевных площадей показывает устойчивую тенденцию их сокращения под зерновыми и зернобобовыми культурами, возделывание которых требует использования значительных машинных средств. Приморский край с 1970 по 1990 гг. увеличивал площадь, занимаемую рисом с 19 тыс. га до 50 тыс. га [56], но к настоящему времени эти площади сократились до 5тыс. га. Резко падающий уровень посевов сои в последние годы стабилизировался и даже поднялся до уровня 1990 г (рисунок 1). Очевидно, оба из перечисленных фактов являются следствием экономической стратегии: Россия фактически перестала составлять конкуренцию своим зарубежным партнерам по региону и закупает рис. Соя, наоборот, пользуется экспортным спросом, к тому же в регионе имеются средства для ее переработки.
Вышеназванные культуры имеют различные сроки созревания, поэтому разрыв во времени начала их уборки составляет более двух месяцев. Ранние зерновые начинают убирать после 20 июля - в начале августа, рис - в конце сентября - начале октября, сою - в первой половине октября. Фактические среднегодовые сроки начала и окончания уборочных работ (рисунок 2) колеблются для зерновых от 38 до 60 дней (при оптимальном агросроке - 20 дней), риса - от 52 до 80 дней (агросрок 25 дней), сои - от 41 до 70 дней (агросрок - 25 дней). Общая продолжительность уборочного периода растягивается на 110 ... 130 дней.
Географическое положение Приморского края обуславливает влияние на его климат как бассейна Тихого океана, так и азиатских антициклонов. Горный хребет Сихоте-Алинь, пересекающий Приморье с севера на юг, со своими отрогами занимает 50 % территории и только 20 % приходится на низменные впадины и долины рек. Самая большая из них - Ханкайско-Уссурийская равнина, где и расположены основные сельскохозяйственные угодья.
Климат Приморского края носит муссонный характер с ярко выраженной континентальностью. Весной, летом и осенью господствуют южные ветры с океана. Весенние муссоны определяют затяжной характер весны с низкой относительной влажностью воздуха. Термические ресурсы вегетативного периода растений значительны. Продолжительность безморозного периода по многолетним данным - 143-157 дней. Сумма среднесуточный температур за период с температурой выше 10С составляет от 2020 С в северных сельскохозяйственных районах и до 2080С в Спасском, Кировском, Черниговском и Хорольском районах края.
Хотя общее годовое количество осадков невелико (570 мм), однако их выпадение крайне неравномерно по сезонам: зимой выпадает от 5 до 47 мм (1 - 9 %), весной - от 6 до 24 %, осенью — 30 — 56 %. Особенно обильны осадки во второй половине августа и начале сентября. Такое распределение осадков, как правило, приводит к недостатку влаги в почве в весенний период. В связи с незначительными осадками в зимний период высота снежного покрова в основных земледельческих районах не превышает обычно 10 - 15 см, а в отдельные годы снега нет в течение всей зимы. Это ведет к глубокому промерзанию почвы (в безлесых районах до 2-х метров). Затяжной характер весны обуславливает медленное прогревание пахотного слоя. К концу первой декады апреля почва оттаивает на 10 - 15 см. только со второй половины апреля температура почвы устойчиво поднимается выше 5С, со второй половины мая - выше 10С и лишь к концу июня достигает 20С на глубине 20 см. В течение мая на территории края возможны заморозки, наносящие вместе с суховеями существенный вред теплолюбивым культурам. Вторая половина лета характеризуется высокой относительной влажностью воздуха (70 - 90 %). В августе и сентябре муссоны с юга приносят субтропические тайфуны, с особой силой проявляемые в прибрежных районах.
Процессы почвообразования на юге Дальнего Востока обусловлены свойственными данному региону природными явлениями, что сказывается на некоторых общих чертах, характерных для всех почв данной территории. Наличие влажно-тропической погоды в летние месяцы способствует активному разложению поступающих в почву растительных остатков и интенсивному выветриванию первичных минералов. Резкий переход к
низким температурам в осеннее время, сильное промерзание почв зимой и последующая сухая прохладная весна вызывает консервацию продуктов биогенного распада и выветривания. В результате многие формирующиеся почвы характеризуются оглиниванием почвенного профиля, высокой степенью гумусированности поверхностных горизонтов, нередко при малой их мощности, аккумуляцией поглощенных оснований. Источником образования ила в почвах, а также многих подвижных элементов в них служат крупные фракции (1,0 - 0,001 мм), представленные преимущественно первичными минералами.
Почвообразующие породы на территории Приморского края представлены в основном элювием, элюво-делювием различных плотных пород и аллювиальными озеро-речными отложениями. В строении гор Приморья принимают участие плотные породы самого различного возраста, состава и происхождения. Наиболее распространены граниты, гнейсы, базальты, кварцевые порфиты, песчаники, сланцы. Большие площади в Приморском крае заняты обширным базальтовым плато, сложенным излившимися магматическими породами - андезито-базальтами. Базальтовое плато имеет относительно ровную поверхность, очень полого (0,5 - 1) наклоненную к морю или в сторону гидрографической сети. В центральных частях плато расположены куполовидные возвышения, являющиеся центрами излияния лав. Местами среди плато поднимаются возвышенности древнего добазальтового рельефа, сложенные гранитами, андезитами или осадочными породами.
Обоснование параметров диагностирования гусеничной цепи
Для оценки наиболее значимых физико-механических свойств деталей, узлов или изделия в целом, а также при решении вопросов выбора способа ремонта вышеназванных объектов, назначении технологического маршрута, подбора средств технологической оснастки лидирующим методом численного решения стал метод конечных элементов (МКЭ).
Суть метода конечных элементов, используемого в T-FLEX Анализе [130], заключается в замене исходной пространственной конструкции сложной геометрической формы на дискретную математическую модель, должным образом отражающую физическую сущность и свойства исходного изделия. Важнейшим элементом этой модели является конечно-элементная дискредитация изделия, т. е. построение совокупности элементарных объемов заданной формы, объединенных в единую систему, так называемую конечно-элементную сетку.
T-FLEX Анализ ориентирован на решение физических задач в объемной постановке. Для математической аппроксимации изделия используется ее эквивалентная замена сеткой из тетраэдральных элементов. Тетраэдральный конечный элемент удобен для автоматической генерации расчетной сетки, так как с помощью тетраэдра можно с очень высокой точностью аппроксимировать сколь угодно сложную форму изделия.
Конечные элементы, аппроксимирующие исходную конструкцию, считаются связанными между собой в граничных точках - узлах, в каждом из которых вводится по три поступательных степени свободы. Действующие на конструкцию внешние нагрузки приводятся к эквивалентным силам, прикладываемым в узлах конечных элементов. Ограничения на перемещение конструкции также переносятся на конечные элементы, которыми моделируется исходный объект. Таким образом, конечная математическая модель физического тела, находящегося под нагружением представляет собой систему линейных алгебраических уравнений, определяющих смещение узлов конечных элементов под действием приложенных в эти узлы сил. Порядок этой системы уравнений равен произведению количества подвижных узлов конструкции на число введенных степеней свободы в одном узле.
Погрешность получаемого в результате конечно-элементной аппроксимации решения обычно равномерно уменьшается с увеличением степени дискредитации моделируемой системы, т. е. чем на большее количество тетраэдральных элементов разбита исходная конструкция, тем точнее полученное решение.
Создание трехмерной модели происходит заданием чертежа детали в параметрическом виде. Далее в программу закладывается материал, соответствующий действительному применению в конструкции. Для исследуемой детали "щека", выполненной из стали Ст 45 при статическом анализе приняты следующие свойства: модуль упругости - 2,1Е+0,11 Па, коэффициент Пуассона - 0,28, плотность 7800 кг/м , теплопроводность -0,043 Вт/(м К), коэффициент линейного расширения - 1,ЗЕ-005 м/К, допустимое напряжение - 3,99826Е+008 Па.
Создание расчетной сетки из тетраэдральных элементов происходит по умолчанию при инициировании автоматического создания задачи. Имея возможность назначения параметров дискредитации твердотельного объекта, для анализа щеки была принята сетка из линейных тетраэдров с количеством элементов равным 56481 и количеством узлов 12703 (рисунок 33).
В качестве граничных условий были назначены условия закрепления и приложения нагрузки. Полное закрепление было установлено для радиальной поверхности отверстия под палец, удерживающее деталь в пространстве при приложении растягивающего усилия к внешней радиальной поверхности отверстия под втулку. Частичное закрепление плоскости крепления опорных плит создавало упор при приложении нагрузки, имитирующей давление опорных катков движителя, вместе с тем давало свободу перемещения в оставшихся двух координатных направлениях [50]. Температурные эффекты нами в статическом анализе не учитывались.
Выполнение расчета программой соответствует процессу формирования и решения систем линейных алгебраических уравнений. При этом достигнутая в результате решения уравнений относительная погрешность в нашем случае составила 0,000980.
Наиболее значимыми для оценки напряженного состояния щеки были приняты следующие результаты: "перемещения (модуль)" - как значения абсолютных перемещений модели в узлах, "деформации (эквивалентные)" и "напряжения (эквивалентные)" - как относительные эквивалентные величины, вычисляемые из компонентов тензора деформаций, "коэффициент запаса по напряжениям" - как отношение эквивалентных напряжений к допускаемому напряжению для материала детали. Результаты анализа представлены на рисунках 34, 35, 36, 37.
Методика сбора информации о долговечности гусеничных цепей в эксплуатационных условиях
Сбор информации о надежности гусеничных цепей в условиях рядовой эксплуатации осуществлялся по РД 50-204-87 (взамен ГОСТ 17526-72) [78]. Для охвата характерных для региона условий эксплуатации были выделены типичные рисосеющие хозяйства Приморского края, использующие уборочную технику СКД-бр и Енисей-1200 на гусеничном движителе. Количество объектов наблюдений определялось в зависимости от наперед заданной относительной ошибки и предполагаемых параметров распределения по ГОСТ 15895-77. В каждом из типичных хозяйств под наблюдения принимался каждый 7"й комбайн из общего списочного состава (приложение Н). Для испытаний гусениц на долговечность были выбраны из комбайнов, находящихся под наблюдением, машины, оснащенные новыми гусеничными цепями и прошедшими капитальный ремонт на региональном специализированном предприятии. Наблюдения за надежностью велись по плану NRT [118] согласно РД 50-690-89 (взамен ГОСТ 17510-72) [79] с периодичностью регистрации показателей не реже двух раз в месяц, как для объекта, имеющего продолжительность работы в сезон более одного месяца. Наработка комбайнов отмечалась в часах основной работы по ГОСТ 24059-88 [159] и в гектарах убранной площади. Эксплуатационные испытания гусениц на долговечность по плану NUN основаны на методике ОН 13-122-61 [53]. Однако измерение контролируемого параметра цепи произведено без демонтажа последней. Необходимое усилие растягивания цепи обеспечивалось домкратным устройством, совмещенным динамометром. В протокол испытаний заносились данные о сроке постановки гусеничной цепи на комбайн, ее наработке и наличии ремонтных воздействий до начала наблюдений, текущие отметки длины и наработки.
Целью предлагаемого устройства является повышение точности и производительности оценки технического состояния гусеничных цепей втулочно-пальцевого типа за счет измерения 10-ти звеньев.
Рекомендуется для диагностирования цепей гусеничного движителя промышленных, дорожно-строительных и сельскохозяйственных самоходных машин
Устройство состоит из двух шарнирно соединенных полурам, жесткость которых достигается за счет их треугольной формы. На одной из полурам установлена неподвижная измерительная губка и эксцентриковое устройство для ее удерживания в контакте с поверхностью втулки гусеничной цепи. Ко второй полураме присоединена штанга с нанесенной линейной шкалой. На штанге устанавливается с возможностью перемещения и стопорения подвижная измерительная губка.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Состояние гусеничной цепи оценивается без ее демонтажа с остова машины. Для обеспечения возможности измерения участка цепи достаточной длины и прямолинейности, верхняя ветвь цепи поднимается над рамой при помощи дополнительно устанавливаемого домкратного устройства. Для перевода в рабочее положение устройство раскладывается в длину путем вращения полурам вокруг шарниров и стопорится в таком положении винтом. Устройство подводится снизу к диагностируемой ветви цепи. Неподвижная измерительная губка устанавливается до соприкосновения с /-ой втулкой цепи. Для удержания всего устройства и обеспечения стабильного контакта втулки цепи с измерительной губкой запирающий рычаг путем проворачивания эксцентрика переводится в положение, обеспечивающее стабильный контакт с соседней втулкой. Подвижная измерительная губка приводится в соприкосновение с поверхностью /+10-ой втулки цепи. Длина контролируемого участка цепи определяется по показаниям основной и нониусной шкал, нанесенных на штанге и рамке подвижной губки. Заключение о техническом состоянии гусеничной цепи производится путем сопоставления измеренных значений с параметрами технических требований.
Диапазон измерений предлагаемого устройства должен учитывать 10-ти кратное значение шага цепи с возможностью ее 10 %-ного удлинения. Для диагностирования гусеничной цепи комбайна с шагом 174 мм устанавливается диапазон измерений 1700 ... 1950 мм. Диапазон показаний шкалы на штанге 0...250 мм. Точность отсчета по основной шкале - 1 мм, точность отсчета по шкале нониуса - 0,1 мм.
Преимуществами разработанного устройства являются обеспечение возможности определения технического состояния цепи в период эксплуатации машины, не требует демонтажа гусеницы с обвода и применения специализированных стендов.
Динамика удлинения гусеничной цепи при эксплуатации
На момент наблюдений было выделено 12 рисо- и зерносеющих хозяйств Приморского края с общей численностью комбайнов 446 (приложение Н). В соответствии с принятой методикой опытная выборка машин под наблюдением за их надежностью составила 65 штук. При этом было выявлено по учетной документации и техническому состоянию 60 гусеничных цепей, имеющих доремонтное состояние и 60 гусеничных цепей после капитального ремонта.
Накопленные результаты исследований размерного состояния гусеничных цепей были обработаны методами математической статистики. Распределение начальной длины Lo контролируемого участка (10"ти звеньев) новой цепи (приложение П) близко к нормальному закону распределения со средним значением Lo= 1747,6 мм и среднеквадратическим отклонением а = 2,79 мм. Дифференциальная функция плотности вероятности имеет вид (Z.Q-1747.66)2 f(L0) = 0,\2\5-е 15-5682 . (107) Зависимость длины цепи L от наработки t с достаточной степенью соответствия (R = 0,98) апроксимируется формулой полинома 3-й степени L=0,0259t3-0,792t2+ll,267t+1747,6. (108)
Начальная длина контролируемого участка цепи, прошедшей капитальный ремонт на специализированном ремонтном предприятии традиционным способом имеет больший размах распределения по сравнению с новой цепью и характеризуется параметрами 1о= 1751,4 мм и а = 4,396 мм. Дифференциальная функция плотности вероятности имеет вид („-1751,4)г ДЬ) = 0,077 -е 38 65 . (109)
Динамика удлинения такой цепи аппроксимирована (R = 0,985) логарифмической функцией L = 22,823ln(t) + 1752,5. (110)
Характеристики начальной длины гусеничных цепей соответствуют расчетным значениям размерной цепи с относительной ошибкой 2,8%. При этом для решения размерной цепи использовались средние статистические значения расстояния между центрами отверстий в щеке под втулку и палец и среднее значение зазора в шарнирном соединении цепи.
Дефектация бывших в эксплуатации щек на соответствие техническим требованиям выявила следующие результаты. В случайной выборке деталей распределение размера беговой дорожки по высоте (рисунок 77) близко к теоретическому закону распределения Вейбулла и имеет следующие характеристики: /= 91,7455 мм, с = 1,02 мм, v = 0,386. Распределение размеров ширины беговой дорожки щеки над пальцем (рисунок 78) имеет лучшее согласование с теоретическим законом нормального распределения с характеристиками: /= 26,88 мм, а = 1,05 мм, v = 0,335. Распределение размеров ширины беговой дорожки над втулкой (рисунок 79) близко к теоретическому закону нормального распределения с характеристиками: /= 15,078 мм, с = 0,652 мм, v = 0,287. Распределение диаметров отверстий под болты крепления опорных плит (рисунок 80) имеет лучшее согласование с теоретическим законом распределения Вейбулла с характеристиками: t= 16,655 мм, с = 0,272 мм, v = 0,656. Распределение диаметров отверстий под палец (рисунок 81) имеет лучшее согласование с теоретическим законом нормального распределения с характеристиками: /= 27,502 мм, а = 0,055 мм, v = 0,433. Распределение диаметров отверстий под втулку (рисунок 82) близко к теоретическому закону нормального распределения с характеристиками: t= 44,953 мм, о = 0,068 мм, v = 0,251.
Сопоставление размеров позволяет отметить большую жесткость щеки в районе сопряжения с пальцем (рисунки 83, 84), где распределение размеров отверстия, измеренных в направлении параллельном (/= 27,491 мм, о = 0,054 мм, v = 0,471) и перпендикулярном (/= 27,479 мм, о = 0,054 мм, v = 0,415) оси щеки не имеет существенных различий. Распределение размеров отверстий под втулку (рисунки 85, 86), измеренных в направлении параллельном (/= 44,9525 мм, с = 0,084 мм, v = 0,310) и перпендикулярном (/= 44,903 мм, а = 0,0618 мм, v = 0,238) оси щеки имеет существенные различия.
Сопоставление износного состояния щеки относительно допустимых при ремонте значений [19] дает основания к выявлению вероятностных долей деталей, нуждающихся в восстановлении [83, 118]. Доля деталей, требующих восстановления по критерию несоответствия значений высоты беговой дорожки составляет 25 %. Несоответствие ширины беговой дорожки на участках над пальцем и втулкой наблюдается у 4 и 7 % деталей соответственно. Отверстия под болты крепления опорных плит требуют восстановления у 6,5 % деталей. Доли деталей, требующих восстановления по критерию несоответствия значений диаметров отверстий под палец и втулку составляют 84 и 80 % соответственно. Таким образом наибольшая доля деталей признана требующей восстановления поверхности отверстий под палец и втулку.
Распределение размеров между центрами отверстий в щеке под втулку и палец в новых деталях (рисунок 87а) близко к нормальному закону распределения со средним значением В= 174,22 мм и среднеквадратическим отклонением с = 0,131 мм. В деталях, поступивших в ремонт (рисунок 876) наблюдается увеличение этих показателей: В= 174,676 мм, а = 0,499 мм, что объясняется напряжениями в щеке от упруго-пластических деформаций, накопленных во время эксплуатации. Если упомянутые детали проходят лишь обработку отверстий в ремонтный размер путем зенкерования, разброс размеров и их среднее статистическое значение вырастают: В= 174,882 мм, с = 0,541 мм (рисунок 87в). Попадающие в дальнейшем на сборку щеки со значительным рассеиванием межцентрового расстояния способствуют появлению перекосов в сборочных сопряжениях, что увеличивает рабочие контактные напряжения и повышает скорость изнашивания шарнирных сопряжений.
