3.2. Методы измерения нагрузок

Сложный характер нагруженности ПТМ затрудняет ее оценку расчетным путем. Более эффективным способом получения достоверной информации о нагруженности машин является сбор ее в условиях эксплуатации. Эту задачу решают различными методами.

Наиболее простые из них — визуальные методы регистрации по стрелочным приборам самой нагрузки (например, массы поднимаемого груза) или связанных с нею косвенных характеристик (например, мощности привода). Эти методы дают удовлетворительные результаты при редких дискретных нагружениях. При плавном изменении нагрузки, например при установившейся работе некоторых машин непрерывного транспорта, приемлем метод непрерывной регистрации нагрузки с использованием самописцев мощности и последующим пересчетом на нагрузку. Эти методы, однако, непригодны для регистрации нагрузок, обусловленных быстропротекающими неустановившимися процессами, имеющими большое значение при формировании режимов нагружения ПТМ циклического действия.

Более универсален тензометрический метод исследования нагруженности машин, обеспечивающий непрерывную запись напряженного состояния отдельных элементов механизмов и металлоконструкций на пленку (бумажную ленту) осциллографа. Он позволяет регистрировать процессы изменения нагрузок, протекающие с большими скоростями и частотами. В результате статистической обработки осциллограмм натурных испытаний машин можно получить кривые распределения или гистограммы нагруженности за длительный период их эксплуатации.

Тензометрический метод позволяет регистрировать нагрузки, действующие как на неподвижные, так и на поступательно-движущиеся или вращающиеся элементы. Однако, он не лишен и существенных недостатков. К ним относятся сложность и громоздкость аппаратуры, что затрудняет проведение опытов без нарушения технологического процесса и требует высокой квалификации исследователей, а самое главное — большая трудоемкость последующей обработки осциллограмм. Стремление избежать этих недостатков привело к созданию счетчиков для регистрации значений и положения подвижной нагрузки, срабатывающих при достижении этими параметрами нагруженности определенных уровней. Для этого весь диапазон измеряемой нагрузки или места ее приложения разбивают на несколько частей (уровней). Для регистрации значений параметров, соответствующих этим уровням, используют датчики разных типов: тензометрические, потенциометрические и дискретные.

3.3. Прочность деталей машин

3.3.1. Виды отказов по критерию прочности

Усталостные разрушения (рис. 1) возникают при переменных напряжениях, уровень которых превышает предельное для данных условий значение.

Обычно существует такой стационарный режим нагружения при котором увеличение числа циклов нагружения N не вызывает снижения предельного значения напряжений σ_-1, называемого пределом выносливости. В некоторых случаях, например при воздействии коррозии и высоких температур, а также при контактных нагружениях закаленных до высокой твердости сталей, предел выносливости в таком понимании может отсутствовать. Наиболее опасным является общее усталостное разрушение деталей. Ему предшествует образование трещины, которая, постепенно развиваясь и ослабляя сечение, вызывает внезапную поломку нередко с тяжелыми последствиями.

Пластические деформации наблюдаются при перегрузке наиболее распространенных в ПТМ деталей из вязких (пластичных) материалов, к которым относятся незакаленные и высокоотпущенные стали.

Ползучесть представляет собой процесс малой непрерывной пластической деформации, возникающей при длительном нагружении.

Хрупкие разрушения, в отличие от усталостных, происходят:

а) при однократном воздействии больших нагрузок (реже — статических, чаще — ударных) на детали из хрупких материалов;

б) в условиях низких температур (низкотемпературное охрупчи-вание некоторых видов конструкционных сталей с примесями азота);

в) при постоянных остаточных напряжениях высокого уровня (замедленное хрупкое разрушение низкоотпущенных сталей — ЗХР);

г) под действием факторов, не связанных с нагружением (тепловое и радиационное охрупчивание).

Нарушение сцепления вызывается нагрузками, превышающими предельные (проворот и осевое смещение в соединениях с натягом, проскальзывание в приводах и передачах трения), или вибрационными воздействиями (самоотвинчивание в резьбовых соединениях).

Как и общее разрушение, оно связано с тяжелыми последствиями. Нарушение прессовых соединений в грузоподъемных машинах может вызвать падение груза, самопроизвольное движение тележки или крана и т. д. Поэтому без дополнительных креплений применять эти соединения в механизмах таких машин не разрешается. Проворот и осевое смещение валиков и втулок в пластинах цепей ведет к быстрому износу в сопряжениях этих деталей. Проскальзывание каната и ленты относительно канатоведущего шкива или барабана также связано с быстрым их износом. Большую опасность представляет и самоотвинчивание в резьбовых соединениях.