2369

Дальнейшее развитие систем программного управления привело к созданию участков из станков с ЧПУ и многооперационных станков с ЧПУ, координируемых ЭВМ, которая берет на себя все функции управления, включая управление транспортированием заготовок, складированием, сменой инструмента и др. Эффективность применения станков с ЧПУ зависит от длительности, стоимости и качества подготовки управляющих программ. По сравнению с «ручной» подготовкой значительно снижается стоимость, сокращается время и повышается качество программирования при использовании ЭВМ вследствие оптимизации решения ряда технологических задач.

Важным направлением автоматизации в средне- и мелкосерийном производстве гусеничных и колесных машин является создание специализированных полуавтоматов и автоматов обратимой конструкции. Станки обратимой конструкции дают возможность многократно использовать стандартные элементы оборудования в различных компоновках вследствие изменения технологического процесса изготовления изделия. При создании таких станков используют принцип агрегатирования, предусматривающий широкое применение унифицированных взаимозаменяемых элементов. Имеется два способа переналадки агрегатных станков обратимой конструкции: членение станков на ряд отдельных, унифицированных, взаимозаменяемых элементов и узлов с последующей их стандартизацией; создание узлов и элементов, обеспечивающих возможность быстрой переналадки.

Наличие парка универсальных станков на машиностроительных заводах ставит перед технологами задачу автоматизации обработки деталей на этих станках, используя в мелко- и среднесерийном производстве методы обработки, свойственные крупносерийному и массовому производству. Для этого часто требуется некоторая модернизация станков, оснащение их автоматическими устройствами и быстро переналаживаемыми приспособлениями.

Так, на станках токарно-револьверной группы предусматривают гидросуппорты, инструментальные наладки и блоки (с нормальным или специальным инструментом), быстросменные плиты с нормальным инструментом и др. Для расширения технологических возможностей сверлильные и расточные станки оснащают револьверными головками с необходимым количеством шпинделей, сменными многошпиндельными наладками, а также специальными устройствами, позволяющими быстро менять инструмент и расстояния между осями шпинделей при одновременной обработке нескольких отверстий.

40

Фрезерные станки также оснащают поворотными и многошпиндельными головками.

Стремление усилить оснащенность технологических процессов в производстве, как с большим, так и с малым объемом выпуска изделий, для обеспечения роста производительности труда и снижения себестоимости продукции привело к поискам путей ускорения конструкторских разработок и снижения стоимости изготовления технологической оснастки. Эта задача в настоящее время решается нормализацией (а на последующих этапах - стандартизацией) деталей и узлов технологической оснастки. Технико-экономическую эффективность нормализации технологической оснастки определяют следующие факторы: своевременное изготовление стандартных и нормализованных элементов; многократное использование элементов после разборки приспособлений, штампов, пресс-форм и др., снятых с производства в связи со сменой выпуска изделий; унификация деталей и узлов оснастки на отдельных предприятиях как предпосылка к общей стандартизации элементов и массовому их изготовлению.

В условиях серийного и мелкосерийного производства применяют так называемую обратимую оснастку многократного применения. Наибольшее распространение получили стандартизованные системы универсально-наладочной и универсально-сборной обратимой оснастки. Универсально-наладочные приспособления (УНП) широко применяют в групповых технологических процессах механической обработки. Время проектирования и стоимость изготовления УНП со сменными наладками сокращаются в среднем на 40-70 % по сравнению со временем проектирования и стоимостью изготовления специальной оснастки. Широкое агрегатирование и стандартизация УНП позволяют создать для машиностроения стабильный парк станочных приспособлений и повысить оснащенность серийного производства.

При использовании групповых блоков штампов со сменными вкладышами стоимость оснастки сокращается на 50-80 %. Затраты времени на проектирование оснастки при групповом методе уменьшаются в 2-5 раз. При изготовлении пластмассовых изделий используют нормализованные пресс-формы (при литье под давлением и прессовании), в которые устанавливают сменный вкладыш. Внедрение таких пресс-форм вместо стационарных позволяет снизить себестоимость оснастки на 60 % и затраты на проектирование до 85 %.

Универсально-сборные с приспособления (УСП) и универсальносборные штампы (УСШ) были разработаны на основе обобщения опыта и анализа методов технологического оснащения при мелкосе-

41

рийном производстве новых изделий. Система УСП нашла широкое применение в опытном и мелкосерийном производстве и зарекомендовала себя как гибкая и мобильная технологическая оснастка.

5. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ НАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫ ДВИЖИТЕЛЯ

Гусеничный движитель работает в условиях высоких динамических нагрузок, поскольку непосредственно воспринимает все возмущающие воздействия со стороны грунта на машину. Воздействия эти самые разнообразные: это и большая сила тяги при преодолении тяжелых участков местности, и высокие динамические нагрузки в обводе при движении но дорогам с твердым покрытием на повышенных скоростях, и значительные ударные нагрузки во всех элементах движителя при преодолении неровностей дорожного профиля, и нагрузки, возникающие при маневрировании (поворотах) машины. Высокий уровень динамической нагруженности движителя определяет и относительно высокую металлоемкость ходовой части. У транспортных гусеничных машин масса только гусениц составляет 12-15 % массы машины, а масса ходовой части иногда достигает 30 %.

Однако обеспечение достаточной усталостной прочности – задача, не являющаяся особо сложной на современном этапе развития техники. Она успешно решается в различных областях, в том числе и применительно к гусеничным машинам. В настоящее время ресурс основных деталей гусеничного движителя по усталостной прочности практически не ограничивает его долговечность.

Определяющими факторами в проблеме надежности гусеничного движителя являются износостойкость гусеничных цепей, износостойкость гусеничного зацепления, стабильность взаимодействия гусеничного обвода с элементами, оформляющими его контур, особенно с ведущими колесами.

Необходимо отметить, что кинематическая нестабильность работы обвода (нарушение его взаимодействия) может быть следствием как конструкции движителя, так и влияния первых двух факторов – износов гусеницы и зацепления.

В наибольшей степени на надежности гусеничного движителя сказывается долговечность гусеничных цепей, срок службы которых у большинства машин в 1,5-2 раза меньше срока службы остальных агрегатов ходовой части. До последнего времени на отечественных

42

гусеничных транспортно-тяговых машинах использовались преимущественно гусеницы с открытым шарниром, основным недостатком которых является незащищенность шарнирного соединения от проникновения частиц грунта в зону трения. В результате этого взаимодействие элементов шарнирного соединения происходит в присутствии абразивной среды. Чем больше абразивных частиц в грунте, тем интенсивнее изнашивается шарнир и быстрее выходит из строя гусе-

ница [3, 4].

В результате износа шарнирных соединений шаг гусеничной цепи увеличивается. Это приводит к уменьшению натяжения в обводе и большему провисанию участков обвода в пролетах между катками, вызывающему увеличение вероятности сбрасывания гусеницы. Уменьшение натяжения может быть компенсировано изменением хода натяжного механизма и последовательным удалением из гусениц траков, если хода натяжного механизма недостаточно. Однако при значительном увеличении шага гусеничной цепи нарушается взаимодействие гусеницы с ведущим колесом. Это проявляется или в проскакивании зацепления, или в его распоре. Проскакивание вызывает значительные ударные нагрузки в элементах трансмиссии и потерю управляемости машины, а распор создает опасность серьезных поломок, так как в этом случае обе ветви, охватывающие ведущее колесо, нагружаются чрезмерными растягивающими усилиями, которые могут привести даже к поломкам бортовой передачи или ведущего колеса. Поэтому для каждой машины устанавливается предельно допустимое минимальное число траков в гусеничной цепи, меньше которого эксплуатация гусеничной машины недопустима. По достижении минимально допустимого числа траков гусеничная цепь подлежит замене, хотя по прочности и запасу на износ других элементов она могла бы еще работать.

У большинства машин при использовании гусеничных цепей с открытыми шарнирами ресурс гусеничного движителя определяется именно износостойкостью шарниров гусениц. В ряде случаев ограничивающим фактором является износостойкость и надежность взаимодействия гусеничного зацепления. Особенно это относится к машинам с тянущим принципом цевочного зацепления, при котором скольжение цевок на входе в зацепление происходит под полной тяговой нагрузкой, что приводит к интенсивному изнашиванию венцов ведущих колес.

Поскольку открытые шарниры гусениц и элементы зацепления работают в условиях свободного доступа в зону трения (скольжения)

43

абразивной среды, а эффективность воздействия последней определяется наличием большего или меньшего количества частиц грунта высокой твердости, то срок службы гусениц до выхода из строя в значительной степени зависит от состава грунта, т. е. от характера дорожных условий, в которых эксплуатируется гусеничная машина. На песчаных грунтах, где преобладают абразивные частицы высокой твердости (кварц), изнашивание наиболее интенсивное, на черноземных грунтах и снегу, где твердых частиц почти нет, изнашивание шарнирных соединений существенно ниже, чем на песчаных. На грунтах промежуточных типов интенсивность изнашивания меньше, чем на песчаных, но больше, чем на черноземных и лессовых. В качестве примера приведено изменение шага гусеничных цепей тягачей АТ-Л при эксплуатации на различных грунтах разных районов страны интенсивность изнашивания шарнирного соединения в зависимости от характера дорожных условий меняется в широких пределах. На абразивных грунтах интенсивность изнашивания в несколько раз выше, чем на неабразивных. Отсюда и срок службы гусениц на этих грунтах в несколько раз меньше.

Подобная картина характерна и для других гусеничных машин. При этом независимо от массы машины и конструкции гусеничной цепи количественные показатели интенсивности изнашивания шарниров (удлинение шага в миллиметрах за определенный пробег в километрах) у всех машин почти одинаковые. Это обусловлено тем, что гусеницы быстроходных транспортных машин мелкозвенчатые, т. е. их шаг примерно одинаков, а износостойкость материалов, используемых для изготовления траков и пальцев, существенно не различается. Удельные нагрузки на проушины также в среднем равны у всех машин, хотя последнее обстоятельство при абразивном трении на изнашивании сказывается незначительно. Поэтому из всех факторов, влияющих на изнашивание шарнирного соединения, при определившихся конструктивных размерах гусениц, материалах и технологических приемах изготовления главным является состав абразивной среды.

На основании этих данных можно сделать вывод, что проблема создания надежного гусеничного движителя является актуальной в основном для тех районов нашей страны, где преобладают песчаные, супесчаные и суглинистые грунты. Для северных и восточных районов, в которых преобладают снежные дороги и целина или болотистая местность с органическим верхним покровом, задача повышения долговечности гусениц не имеет такой остроты.

44

Интенсивность изнашивания контактирующих элементов гусеничного зацепления также зависит от условий эксплуатации машины. На абразивных грунтах она значительно выше, чем на неабразивных, но различие интенсивности изнашивания элементов зацепления на разных грунтах меньше, чем относительного изменения шага гусениц. Поэтому если на грунтах с высокой абразивной активностью работоспособность гусеничного движителя лимитируется в основном износом шарниров, то на грунтах средней абразивной активности – в равной степени износостойкостью и шарниров, и зацепления, а на безабразивных грунтах – чаще износостойкостью зацепления.

Следует отметить, что работоспособность зацепления в процессе эксплуатации (во всех условиях) можно частично восстанавливать перестановкой венцов ведущих колес с одной стороны на другую. После такой перестановки рабочим профилем становится тыльный, износ которого всегда значительно меньше переднего.

Повышение износостойкости шарнирного соединения достигается в результате выполнения ряда конструктивных и технологических мероприятий, основными из которых являются:

-совершенствование открытого шарнира путем выбора более оптимальных соотношений размеров проушины траков и пальцев гусениц, применения более стойких материалов (поверхностных покрытий) или технологических процессов, позволяющих повысить износостойкость трущихся поверхностей при абразивном трении;

-применение закрытых шарниров, т. е. обеспечение условий безабразивного трения в шарнире;

-исключение вообще внешнего трения в шарнирных соединениях и использование принципиально новых конструкций шарниров с внутренним трением, обеспечивающих поворот траков (звеньев, плиц) гусениц друг относительно друга, за счет деформации упругого элемента, связывающего траки.

6.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ

Надежность – это сложное понятие, объединяющее ряд свойств объекта, связанных с качеством выполнения им определенных функций в течение заданного времени.

Определение надежности как стандартизованного термина постоянно развивается. О надежности можно говорить как о качестве, развернутом во времени. Наиболее полно надежность определяется ком-

45

плексом показателей, который отражает требования, предъявляемые к качеству технических объектов. Первый ГОСТ 13377-67 содержал 24 термина, последующим ГОСТ 16503-70 было введено еще 25 показателей. В настоящее время разрабатывается новая терминология, в которой более ста терминов по надежности будут представлены шестью разделами: основные понятия, показатели надежности, термины по отказам, испытаниям, резервированию и гарантии обеспечения надежности.

Претерпел изменение и расширение и сам предмет, для которого целесообразно использование характеристики надежности. Если раньше использовалось узкое понятие «изделия» как предмета, изготавливаемого на предприятии, то в настоящее время это более обобщающее понятие «объекта». Объект представляет собой предмет, который можно использовать по назначению, исследовать или испытывать. Объектом может быть система и ее элементы, например: сооружения, машины, аппараты, приборы и их части, агрегаты, детали.

Основными показателями надежности является пара противоположных понятий: работоспособность и отказ. Работоспособность – это состояние объекта, при котором он может выполнять заданные функции при установленных значениях параметров функционирования. Остальные параметры, второстепенные с точки зрения надежности, могут влиять только на состояние исправности (например, окраска, запыленность кузова автомашины и т. п.).

Отказ – это событие, в результате которого наступает потеря работоспособности. Отказы могут быть связаны с потерей возможности функционирования объекта (разрушение элемента, обрыв функциональных связей системы) или с недопустимыми изменениями параметров функционирования (параметрические отказы по производительности, КПД, точности, соотношению сигнал-шум и др.). Виды и критерии отказов устанавливают для конкретного класса объектов.

С точки зрения возможности устранения отказа объекты делятся на два класса – восстанавливаемые и невосстанавливаемые. Восстанавливаемый – это такой объект, восстановление которого после отказа принципиально осуществимо и предусмотрено.

Надежность, рассматриваемая как временное свойство объекта, способного удовлетворительно выполнять заданные функции, характеризуется совокупностью элементарных свойств: безотказностью и сохраняемостью для невосстанавливаемых объектов и безотказностью, сохраняемостью, ремонтопригодностью и долговечностью –

46

для восстанавливаемых. Для невосстанавливаемых объектов понятия долговечности и безотказности совпадают.

Безотказность – это способность объекта сохранять работоспособность в течение заданной наработки (продолжительности работы, определяемой временем или объемом работы).

Сохраняемость – это способность объекта сохранять эксплуатационные показатели на заданном уровне в течение заданного срока хранения, транспортирования и сразу при использовании после этого срока.

Ремонтопригодность определяет свойство объекта, позволяющее предупреждать, обнаруживать или устранять отказ и неисправность. Использование этого свойства реализуется путем проведения технического обслуживания и ремонта.

Долговечность – это свойство объекта сохранять работоспособность до определенного состояния (неустраняемого отказа) с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Это состояние может наступить вследствие износа, поломки, экономической нецелесообразности ремонта или дальнейшей эксплуатации (морального износа).

6.1.Показатели безотказности, сохраняемости, ремонтопригодности и долговечности

Показатели безотказности представляют собой количественные вероятностные характеристики. Одним из показателей является вероятность безотказной работы при определенных условиях эксплуатации в течение заданного времени. Средняя наработка до первого отказа (или до отказа – для неремонтируемых изделий) характеризуется величиной наработки, усредненной по заданной совокупности объектов (например, партии изделий).

Наработка на отказ, или среднее время безотказной работы для восстанавливаемых объектов, определяется как среднее значение наработки между отказами. Этот показатель характеризует не только безотказность наработки между отказами, но и качество восстановленного объекта. Интенсивность отказов определяется вероятностью отказа неремонтируемого изделия в единицу времени и задается для любых моментов времени в интервале до отказа.

Поток отказов – это среднее количество отказов ремонтируемого изделия в единицу времени, определяемое для заданного момента

47

времени. Этот показатель, как и наработка на отказ, также связан с ремонтопригодностью. Показателями долговечности являются ресурс

исрок службы. Ресурс представляет собой наработку объекта до предельного состояния. При полном ресурсе это предельное состояние можно определить из условий невозможности или нецелесообразности дальнейшего функционирования объекта. Частный ресурс может быть определен по состоянию объекта, оговоренному в технической документации. Такие частные показатели, как ресурс до первого ремонта, межремонтный ресурс, средний ресурс, характеризуют не только долговечность, но и ремонтопригодность объекта.

Существует также показатель назначенный ресурс, определяемый задаваемой наработкой, после которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его состояния. Гамма-процентный ресурс является показателем совокупности объектов (партии изделий).

Срок службы, в отличие от ресурса, определяют не наработкой, а календарной продолжительностью эксплуатации изделия до момента возникновения предельного состояния, указанного в технической документации. Для срока службы также возможны понятия полного срока службы, определяемого условиями невозможности или нецелесообразности дальнейшей эксплуатации, и частных сроков службы. Из частных сроков службы различают срок службы до первого капитального (среднего) ремонта, срок службы между капитальными ремонтами, средний срок службы. Эти показатели связаны с ремонтопригодностью, а также с сохраняемостью объекта. Основным показателем ремонтопригодности является среднее время восстановления, т. е. среднее время вынужденного простоя, необходимое для отыскания

иустранения отказа. В качестве показателей ремонтопригодности используют также технико-экономические характеристики ремонта (трудоемкость и удельную трудоемкость технического обслуживания или ремонта, трудоемкость ремонтов и технического обслуживания до списания) и вероятностные (вероятность восстановления в заданное время, интенсивность восстановления и т. п.). Из показателей сохраняемости следует указать срок сохраняемости, медианный срок сохраняемости, гамма-процентный срок сохраняемости, вероятность сохранения уровня безотказности, определяемые ГОСТ 16503–70.

Основными комплексными показателями надежности являются:

коэффициент технического использования, коэффициент готовности (ГОСТ 13377-67) и коэффициент интервальной готовности

(ГОСТ 16503-70). Коэффициент технического использования равен

48

отношению наработки (в единицах времени) за некоторый период эксплуатации к суммарному времени наработки и вынужденных простоев для ремонта и технического обслуживания за тот же период эксплуатации. Коэффициент готовности определяется вероятностью того, что изделие будет работоспособно в произвольно выбранный момент времени в промежутках между выполнениями планового технического обслуживания.

Коэффициент интервальной готовности применяют для оценки надежности изделий со сложными условиями эксплуатации, включающими режимы выполнения заданных функций и ожидания. Последний подразумевает режим, при котором объект не выполняет основных функций, но находится в готовности к их выполнению.

Приведенные показатели и понятия достаточно полно и разносторонне характеризуют надежность. Применение и значимость тех или иных определяются видом и назначением объекта. Так, для авиационной техники наиболее важна безотказность, для редуктора существенна долговечность, для станка определяющим является параметрический отказ, связанный с потерей точности, в военной технике – коэффициент готовности.

6.2. Качество рабочих поверхностей деталей машин

Эксплуатационные свойства деталей машин связаны с качеством их рабочих поверхностей. Геометрические характеристики поверхностей деталей машин, описывающие их топографию, обусловлены неровностями, которые могут быть макро-, микро- и субмикрогеометрического порядка.

Под термином макрогеометрия следует понимать отклонение поверхности всей детали от ее номинальной формы и неровности больших ее участков.

Микрогеометрия характеризует размеры поверхностных неровностей, расположенных внутри квадрата со стороной порядка одного или нескольких миллиметров. Главными источниками макро- и микроскопических неровностей поверхности являются окончательные операции механической обработки. Особый вид неровностей – волнистость – представляет собой совокупность периодических возвышений и впадин, характеризующихся значительно большим периодом колебаний, чем микронеровности поверхности. Форма колебаний близка к синусоиде с периодом порядка 10 мм. Отличие микронеров-

49