1.7. Вопросы для самоконтроля:
1. Каким инструментом производят монтаж, демонтаж и замеры деталей?
2. Какие способы борьбы с интенсивным механическим износом?
3. Какие виды износа деталей машин?
4. Какие признаки и причины возникновения износа?
Лабораторная работа №2 Исследования влияния условий эксплуатации на изменение параметров технического состояния машин
2.1. Введение.
Основными факторами определяющими техническое состояние машин являются: конструктивные, производственные и эксплуатационные. При этом состав каждого фактора определяется назначением, конструктивными особенностями, условиями эксплуатации и технического обслуживания машин.
Наиболее доминирующими факторами являются эксплуатационные, потому, что они дают преставление об условиях, в которых проявляются свойства машин, заложенные при их проектировании и обеспеченные при изготовлении.
Эксплуатационные факторы разделены на две группы: организационные и технические.
К организационным факторам относят принятую в аграрном формировании организацию ТО машин и ведение эксплуатационно-технической документации.
К техническим факторам относят виды и содержание технологических процессов ТО, которые устанавливают в соответствии с его назначением, и техническую оснащённость работ, которую определяют, исходя из требований времени проведения, качества обслуживания и экономической эффективности его применения.
В свою очередь эксплуатационные факторы подразделяются на внутренние и внешние.
В зависимости от влияния внутренних факторов происходит механическое изнашивание трущихся деталей:
– абразивное;
– изнашивание при хрупком поверхностном разрушении;
– адгезионное в результате молекулярного сцепления материалов трущихся деталей;
– коррозионно-механическое.
В результате механического изнашивания постепенно изменяются размеры трущихся деталей, увеличиваются зазоры в соединениях «цилиндр – поршень», радиальный зазор в подшипниках скольжения и качения, наблюдаются пластические деформации и разрушения деталей, что связано с превышением предела текучести или прочности материалов, или усталостные разрушения от циклического возникновения нагрузок, превышающих предел выносливости. Вследствие агрессивного воздействия среды происходит коррозионное изнашивание деталей кабины, рамы, деталей крепления. Кроме того, проявляются физико-химические и температурные изменения материалов и деталей, т. е. их старение.
К внешним факторам относят биологические повреждения и отрицательные воздействия человека.
Биологические повреждения. Разные физиологические воздействия могут значительно влиять на состояние машин. В сельском хозяйстве воздействие органических кислот, деятельность микроорганизмов, насекомых, грызунов приносят большой ущерб. Первое место среди повреждений биологического характера занимает ущерб от плесени. Эти повреждения могут быть охарактеризованы следующим:
– в плесневом слое образуются ферменты разного рода, которые уничтожают материал;
– побочные продукты (лимонная и щавелевая кислоты, углекислота) вызывают коррозию металлов;
– под влиянием плесени прозрачные материалы (например, стекла приборов) становятся матовыми.
Плесене-образование является очень сложным процессом. Оно зависит от температуры и влажности, а также от солнечной радиации, условий климата. Плесень разъедает не только ткани (в частности, изготовленные из них изоляционные материалы), но и, в зависимости от вида, ряд пластмасс. Даже часть известных и применяемых синтетических материалов (например, фенольная смола, нитроцеллюлоза, поливинилацетат) не особенно могут противостоять воздействию плесени. Некоторые виды грибков могут разъедать такие по виду совершенно стабильные материалы, как стекло.
Кроме плесени, вред могут принести и муравьи, которые уничтожают очень разнообразные материалы. Красные муравьи съедают преимущественно материалы со сладким вкусом, поэтому охотно уничтожают некоторые типы пластмассовых труб.
При анализе причин повреждений сельскохозяйственных машин необходимо учитывать вредное действие разнообразных насекомых и грызунов.
Отрицательные воздействия человека. Анализ изменения состояния сложных машин не может ограничиться отношением «машина – предмет труда». Он должен включать и человека, эксплуатирующего машину, его отношения с машиной. В наши дни правомочно понятие машины как комплексной системы «машина – человек».
Учет человека как фактора при построении системы требует переоценки понятий, используемых в настоящее время. Изменение технического состояния машин, скомпонованных из многих деталей, обычно характеризуются стохастическими (случайными) взаимосвязями, имеющими много переменных, которые зависят от времени эксплуатации. Поэтому вероятность безотказной работы машин, когда ни один параметр состояния не достигает критического значения (границы неисправности), а также вероятность появления отказа учитываются как переменные, дополняющие друг друга, и изменяются в зависимости от времени эксплуатации.
Планирование системы «человек – машина» требует определенной переоценки понятия изменения технического состояния, в частности технической готовности. Система «человек – машина» может осуществлять некачественные операции (недостаток знаний, халатность, усталость, технико-экономический износ машины), но после проведения некачественных операций возможно применение равноценных им, но соответствующих поставленным целям, что исключает вредные следствия предыдущих.
В области машин с чисто технических точек зрения между отказом и некачественной работой имеется однозначная и односторонняя связь. В системе «человек – машина» эта связь значительно сложнее и подчиняется лишь статистическим закономерностям. Основная особенность этой связи состоит в том, что вредные процессы вызываются человеком (из-за недостатка знаний и халатности). Они проявляются частично в ускоренном ухудшении состояния машин вследствие отрицательных физико-химических воздействий (деформаций, трещин, поломок, износа и коррозии), а частично в моральном износе машин. Конечно, моральный износ машин является «вредным» только для самих машин, для общества он полезен и желателен, т. к. вред, причиняемый моральным износом, часто побуждает к усовершенствованию отдельных узлов машин.
2.2. Цель работы.
Освоить основные положения влияния условий эксплуатации на изменение технических параметров машин.
2.3. Задачи работы:
изучить:
– основные закономерности изменения технического состояния тракторов при эксплуатации.;
– основные закономерности изменения технического состояния автомобилей при эксплуатации.
– основные закономерности изменения технического состояния машинных агрегатов при эксплуатации.
2.4. Оборудование, приборы, инструмент:
– методические рекомендации, нормативные данные и плакаты.
2.5. Рекомендуемая литература:
1. Попов Л. А. Эксплуатация машинно-тракторного парка в агропромышленном комплексе: Учеб. пособие (лаб. практикум) по дисциплине «Эксплуатация машинно-тракторного парка»/ Л.А. Попов; Сыктывкарский лесной ин-т. – Сыктывкар, 2004. – 152 с.
2.6. Проведение работы.
2.6.1. Основные закономерности изменения технического состояния тракторов при эксплуатации.
Параметры технического состояния тракторов изменяются от наработки или времени работы.
Отклонение структурного параметра состояния трактора от номинального значения, в частности износ детали под действием конструктивно-технологических факторов, в постоянных эксплуатационных условиях характеризуется плавной монотонно возрастающей прямой, выпуклой или вогнутой кривой (рис. 2.1, а).
Рис. 2.1 – Характер отклонения параметра от номинальной величины: а) износ детали под действием конструктивно-технологических факторов; б) отклонение параметра состояния под влиянием внешних эксплуатационных факторов; в) изменение во времени диагностического параметра
Если взять не один однотипный трактор, а несколько, то получим совокупность возрастающих кривых, отличающихся одна от другой скоростью изменения параметра.
Такую совокупность кривых обычно получают в результате заводских испытаний тракторов, работающих при постоянном режиме.
Случайная скорость изменения параметра обусловлена неодинаковыми конструктивно-технологическими факторами у различных составных частей – технологическим рассеиванием значений твердости трущихся поверхностей, их шероховатости, установочных зазоров.
Отклонение параметра состояния под влиянием внешних эксплуатационных факторов происходит уже не по плавной, а по ломаной возрастающей кривой, причем резкое увеличение скорости изменения параметра в отдельные моменты вызвано случайными неблагоприятными условиями (большие нагрузки, запыленность воздуха при пахоте, неправильное регулирование сборочных единиц, недостаточное смазывание).
С другой стороны, периодам малой скорости изменения параметра соответствуют случайные благоприятные условия работы (рис. 2.1, б).
Изменение во времени диагностического параметра, косвенно характеризующего отклонение одного или нескольких структурных параметров, также может быть выражено возрастающей кривой. Отличительная особенность ее заключается в относительно больших изломах (рис. 2.1, в) Такие структурные параметры как износ, размер детали, зазор в соединении деталей, высота протектора шины, в зависимости от наработки монотонно отклоняются от нуля или номинального значения.
Функция их отклонения всегда будет возрастающей. В тоже время диагностические параметры – температура, шум, вибрация, расход масла и другие, обнаруживая общую тенденцию к возрастанию, в отдельные моменты могут быть меньше, чем в предыдущие.
Это зависит от нагрузки, скорости движения деталей, состояния смазочной системы и погрешности измерения.
В процессе изменения технического состояния трактора каждый параметр изменяется от номинального до предельного значения. Номинальное значение параметра «Пн» – значение параметра, определенное его функциональным назначением и служащее началом отсчета отклонений. Номинальное значение наблюдается у новых и капитально отремонтированных составных частей. Предельное значение параметра «Пп» – это наибольшее или наименьшее значение, которое может иметь работоспособная составная часть трактора.
Допускаемое значение параметра «Пд» характеризуется граничным его значением, при котором составную часть трактора допускают после контроля к эксплуатации без операций технического обслуживания.
Это значение приводят в технической документации на обслуживание машин. При допускаемом значении параметра составная часть надежно работает до следующего планового контроля.
Медленное, постепенное изменение параметра технического состояния от номинального до предельного значения характеризует постепенный отказ (потерю работоспособности) составной части (рис. 2.2, а). Скачкообразное изменение параметра до предельного значения характеризует внезапный отказ (рис. 2.2, б).
Рис. 2.2 – Характер постепенного а) и внезапного б) отказа составной части по ее параметру состояния
В процессе технического обслуживания тракторов обычно измеряют параметры состояния, обусловливающие постепенные отказы. Это относится к таким параметрам как расход газов, прорывающихся в картер, эффективная мощность двигателя и расход топлива, тепловой зазор в механизме газораспределения, подача масляного насоса, износ подшипников качения, шестерен, звездочек, гусеничной и втулочно-роликовой цепей.
При внезапном отказе трактор подвергают контролю, диагностируют в целях выявления места отказа и устранения его последствий.
К такому виду отказов относятся трещины блока, головки блока цилиндров двигателя, поломка пружины газораспределительного механизма, выход из строя редукционного или предохранительного клапанов системы смазки, нарушение прокладок.
Следует отличать понятие «отклонение параметра» от его «абсолютного значения».
Отклонение – это алгебраическая положительная разность между текущим и номинальным значениями параметра.
При работе трактора величина параметра может как увеличиваться (износ детали), так и уменьшаться (падение мощности дизеля, производительности трактора).
2.6.2. Основные закономерности изменения технического состояния автомобилей при эксплуатации.
Техническое состояние автомобиля тесно взаимосвязано с условиями эксплуатации. Для автомобилей эксплуатационные условия подразделяют на следующие группы:
– дорожные условия;
– климатические условия;
– режим эксплуатации (движения и нагрузки);
– качество вождения.
Дорожные условия характеризуются типом и качеством дорожного покрытия, профилем дороги в вертикальном и горизонтальном разрезе, режимом движения, запыленностью, наличием влаги и соли на дороге. Изменение дорожных условий оказывает существенное влияние на техническое состояние двигателя, ведущего моста, карданной передачи, коробки передач, сцепления, осей, подвески и других элементов ходовой части автомобиля. Степень ровности и состояние покрытия автомобильных дорог существенно влияют на расход топлива, износ и ресурс агрегатов автомобиля. Климатические условия характеризуются среднегодовой температурой окружающего воздуха и ее средними максимальными и средними минимальными значениями, количеством и периодичностью осадков, продолжительностью сохранения снежного покрова, влажностью воздуха, ветровой нагрузкой, барометрическим давлением, уровнем солнечной радиации и некоторыми другими параметрами. Конструкция современного автомобиля рассчитана на эксплуатацию в различных климатических условиях при температуре окружающего воздуха ±40 °С, его относительной влажности до 98 %, запыленности 1 г/см3, скорости ветра 15…18 м/с. Тем не менее в различных климатических регионах отказы и неисправности имеют свою специфику, которую необходимо учитывать при обслуживании автомобиля. По влиянию климата на техническое состояние автомобиля территория Украины подразделена на зоны:
– умеренного климата;
– холодного климата;
– жаркого климата;
– высокогорного климата.
Климатические условия вызывают отказы и неисправности, связанные с нарушением стабильности рабочих процессов и недостаточной сопротивляемостью конструкции разрушениям. Климатические условия до 20 % снижают периодичность проведения ТО, на 30 % могут повысить трудоемкость работ по TP и до 40 % расход запасных частей.
Условия эксплуатации оказывают, как отмечалось ранее, значительное влияние на техническое состояние автомобиля. Периодичность технического обслуживания снижается до 40 %, а расход запасных частей может возрасти до 50 % по сравнению с I категорией условий эксплуатации.
Изменение технического состояния (надёжности) грузового автомобиля в зависимости от его пробега и срока службы с начала эксплуатации может уменьшаться до 2,5 раз и более по отношению к нормальным условиям. Режим эксплуатации и качество вождения (методы управления автомобилем при движении и обслуживание автомобиля в пути) также оказывают существенное влияние на изменение его технического состояния. Таким образом, в зависимости от условий эксплуатации процесс изменения технического состояния автомобиля может ускоряться или замедляться (рис. 2.3).
Рис.2.3 – Изменение надёжности в зависимости от внешних эксплуатационных факторов
При тяжелых условиях (категории IV...V) эксплуатации кривая 2 распределения неисправностей и отказов смещается влево (кривая 3) относительно расчетной кривой 2, а при более легких условиях (I II) эксплуатации — вправо (кривая 1) (рис. 2.3).
Совокупное влияние условий эксплуатации учитывают с помощью пяти категорий (табл. 2.1).
Показатели надежности автомобиля задают для I категории условий эксплуатации, базовой модели, умеренной климатической зоны, при пробеге автомобиля с начала эксплуатации, равного 50...75% от пробега до капитального ремонта.
Таблица 2.1 – Категории условий эксплуатации
Условия движения |
Тип рельефа местности |
Категории при различных типах дорожного покрытия |
||||
Д1 |
Д2 |
Д3 |
Д4 |
Д5 |
||
За пределами пригородной зоны (более 50 км от границы города) |
Равнинный |
|
|
|
|
|
Слабохолмистый |
I |
|
II |
|
|
|
Холмистый |
|
|
|
|
|
|
Гористый |
|
|
|
|
IV |
|
Горный |
|
|
|
|
|
|
В малых городах (до 100 тыс. жителей) и в пригородной зоне |
Равнинный |
|
|
|
|
|
Слабохолмистый |
II |
|
|
|
|
|
Холмистый |
|
|
|
|
|
|
Гористый |
|
|
III |
|
|
|
Горный |
|
|
|
|
|
|
В больших городах (более 100 тыс. жителей) |
Равнинный |
|
|
|
|
V |
Слабохолмистый |
|
|
|
|
|
|
Холмистый |
|
|
|
|
|
|
Гористый |
|
|
|
IV |
|
|
Горный |
|
|
|
|
|
|
Д1 – цементобетонные, асфальтобетонные, брусчатые;
Д2 – битумно-минеральные смеси;
Д3 – щебень, гравий, дегтебетонные смеси;
Д4 – покрытия из булыжника, и колотого камня, покрытия из грунтов и местных малопрочных каменных материалов;
Д5 – естественные грунтовые дороги, грунт, укреплённый или улучшенный местными материалами, деревянные покрытия.
2.6.3. Основные закономерности изменения технического состояния машинных агрегатов при эксплуатации.
Климатические условия влияют на техническое состояние машин, уменьшая их ресурс, вследствие коррозионных процессов, увеличения всех видов нагрузок из-за повышения тягового сопротивления рабочих машин. Так, с повышением абсолютной влажности почвы по сравнению с оптимальной на 1 % удельное сопротивление плуга возрастает в среднем на 1,2 кПа (кроме песчаников), максимальная тяговая мощность трактора снижается на 1 % для гусеничных и на 2,5 % для колесных.
В таблице 2.2 приведена классификация условий среды, влияющих на уровень эксплуатации машинных агрегатов.
Таблица 2.2 – Условия эксплуатации машинных агрегатов
Категория условий |
Признак классификации |
Характерные особенности |
Влияние условий эксплуатации на работу машинных агрегатов и требования к ним |
1 |
2 |
3 |
4 |
Размеры участков |
Большие (длина гона более 1000 м) |
Затрачивается мало времени на холостые ходы, производительность агрегата высокая |
Можно применять широкозахватные машинные агрегаты, работать на повышенных скоростях |
Средние (длина гона 300..1000 м) |
Коэффициент рабочих ходов имеет среднее значение |
Целесообразно использовать машины средней ширины захвата |
– |
Маленькие, расчлененные (длина гона меньше 300 м) |
Поля неправильной конфигурации, большие потери времени на холостые ходы и переезды |
Целесообразно применять узкозахватные, более маневренные и легкие машинные агрегаты; повышение рабочих скоростей не дает заметных результатов |
– |
Влажность почвы |
Недостаточная (менее40 %) |
Твердость почвы высокая, проходимость машинных агрегатов хорошая (удельное сопротивление небольшое) |
Машины должны быть большой мощности и усиленной конструкции, опорная поверхность ходовых органов небольшая |
Оптимальная (40 …60 %) |
Твердость почвы соответствует наименьшему удельному сопротивлению |
Можно применять машины базовых моделей |
|
Повышенная (более 60 % ) |
Удельное сопротивление высокое. Машинные агрегаты работают в тяжелых условиях, рабочие и ходовые органы забиваются грязью |
Машинные агрегаты должны быть с самоочищающимися поверхностями рабочих и ходовых органов и минимальным удельным давлением па почву |
|
Засоренность полей |
Поверхностными и залегаемыми в почве камнями (слабая, средняя и сильная), кустарниками |
Условия передвижения базовых машин очень трудные, появляются динамические нагрузки, машины часто выходят из строя |
Машинные агрегаты должны быть большой мощности и усиленной конструкции, со специальными устройствами |
Существенное влияние на эксплуатационные показатели сельскохозяйственных машин оказывают рельеф местности, тип и состояние почвы, степень засоренности камнями и кустарниками, высота над уровнем моря, размер полей (длина гона).
Например, условия работы при равнинном рельефе характеризуются устойчивостью движения (плавностью хода) машины, меньшими затратами усилий на переключение передач, сравнительно постоянной скоростью движения, более постоянным режимом работы двигателя, высоким коэффициентом использования рабочего времени смены и коэффициентом использования ширины захвата агрегата, а следовательно, большей производительностью. А при холмистом рельефе характеризуются короткими гонами, следовательно, сравнительно большими холостыми ходами, значительным числом огрехов на концах гона, а значит, худшим качеством работы, меньшей производительностью. Условия работы при горном рельефе, то есть на склоне, характеризуются неустойчивой работой машины, частым переключением передач, остановками (из-за попадания камней, поломки или забивания рабочих органов), перегрузкой двигателя, работой на малых скоростях, в результате чего возрастает расход топлива и уменьшается производительность.
Длительный безморозный период позволяет закончить технологические циклы уборки сельскохозяйственных культур и подготовить поля на следующий сезон.
2.6.4. Порядок выполнения работы.
Составить отчёт, который должен состоять из следующего:
– охарактеризовать изменение технического состояния тракторов при технической эксплуатации;
– описать закономерности изменения технического состояния автомобилей в процессе эксплуатации;
– дать характеристику влияния условий эксплуатации на изменение параметров технического состояния машинных агрегатов;
– выводы.