4.7. Методы исследования эксплуатационных показателей тс мск, их надежности и работоспособности
Методы определения износа. В условиях эксплуатации износ деталей определяется непосредственным его измерением после разборки механизма или оценивается по косвенным признакам без разборки механизма, например по выходным и рабочим параметрам (мощности, расходу топлива) или сопутствующим работе механизма явлениям (нагреву, шуму, вибрации и др.).
Определение количественных показателей надежности производят с помощью трех методов: экспериментального, осуществляемого техническими измерительными средствами или на основе обнаружения и подсчета количества событий или объектов, выраженного целым числом; расчетного, осуществляемого при помощи вычислений с использованием значений параметров, найденных другими методами; комбинированного (экспериментального совместно с расчетным).
Для определения износа применяются интегральные и дифференциальные методы. К интегральным относятся методы определения суммарного износа по изменению массы, объема и содержанию продуктов износа. При этом измерение износа по потере массы или объема детали производят, как правило, при исследовании образцов.
Для определения износа по содержанию продуктов изнашивания в смазке берутся пробы работающего масла, в котором накопились металлические частицы, окислы металлов и продукты химического взаимодействия металлов со смазкой. При анализе проб масла применяются химический, спектральный, радиометрический и другие методы. Этот интегральный метод определения износа позволяет избежать разборки машин и их узлов (например, двигателей, зубчатых передач).
Дифференциальные методы (микрометрирование, искусственных баз и поверхностной активации) позволяют определять распределение износа по всей поверхности трения.
Микрометрирование основано на измерении детали до и после изнашивания. Недостатком данного метода является необходимость демонтажа измеряемой детали. При малом износе измерение производят по профилограммам, снятым с исходной и изношенной поверхностей.
Метод искусственных баз заключается в нанесении на изнашивающуюся поверхность углубления строго определенной формы (конуса, лунки) и определении после испытания детали уменьшения размеров этого углубления (отпечатка), то есть значения износа.
Метод поверхностной активации заключается в создании на исследуемой детали радиоактивного объема посредством облучения ее заряженными частицами или в использовании вставки из специального сплава, прошедшего поверхностную активацию. Этот метод позволяет измерять износ детали без остановки и разборки машины. Схемы для измерения износа в этом случае определяются применяемыми методами регистрации излучения.
Для оценки износа деталей могут применяться и методы неразрушающего контроля (дефектоскопия). Наиболее часто применяется визуальная оценка, а также методы, основанные на использовании гидравлического и воздушного давлений, молекулярных свойств жидкостей, свойств магнитного или электромагнитного полей и свойств звуковых волн.
Каждый из таких методов предназначен для выполнения одной из функций обеспечения и контроля работоспособности; предупреждения отказов, восстановления работоспособности ТС МСК, подготовки к использованию применительно к множеству объектов.
Экспериментальные исследования по определению износа в условиях эксплуатации. Различают два класса изнашиваемых деталей: первый – детали, образующие пары трения, и второй – детали, не образующие таких пар. Под парой трения понимают совокупность двух подвижно сопрягающихся поверхностей деталей (образцов) в реальных условиях службы или испытаний. Пара трения помимо материала, форм контактирующих поверхностей, вида относительного их перемещения характеризуется также окружающей средой, в том числе и смазкой.
При экспериментальных исследованиях по определению износа в условиях эксплуатации для определения износа применяются различные методы [15]: микрометрирования, определения износа по уменьшению массы, определение при помощи искусственных баз и другие. Рассмотрим некоторые из них.
Метод микрометрирования основан на измерении детали при помощи микрометра или измерительного прибора с индикатором параметров детали до и после некоторого времени работы, вполне достаточного, чтобы произошло изнашивание. По разности линейных размеров судят о линейном износе в разных местах поверхности трения. Индикатор снабжается контактным или бесконтактным датчиком.
Основной недостаток этого метода заключается в том, что изменение данного размера может быть следствием не только изнашивания поверхности, но и результатом деформации детали. Измерения износа с помощью микрометра иногда носят условный характер вследствие того, что при этом учитываются износы в двух точках поверхности по диаметру.
Метод определения износа при помощи профилографа. Его применяют, например, для оценки износа рабочей поверхности зуба шестерни при помощи прибора, служащего для записи профиля зуба.
Базой служат неизнашивающиеся части профиля зуба по впадине и головке.
Постоянная база, от которой замеряют линейный износ, может быть создана искусственно в виде углублений на поверхности трения. Наложением кривых, снятых через разное число часов работы зуба, при совмещении неизнашивающихся участков можно определить распределение износа по поперечному профилю поверхности зуба.
Метод определения износа по уменьшению массы основан на взвешивании детали перед сборкой в узле, то есть до начала процесса износа и после работы определенного периода, когда появилось изнашивание.
Его применяют при испытании деталей небольшой массы. Когда износ происходит вследствие не только отделения частиц, но и пластического деформирования, то этот метод может оказаться неприемлемым.
Метод искусственных баз состоит в том, что на поверхности выдавливают или вырезают углубления заданной формы. Суживающееся углубление известного профиля может быть получено в результате вдавливания алмазного индентора (в виде пирамиды или конуса), а также путем вырезания остроугольной лунки алмазным резцом.
Расстояние от поверхности до дна углубления можно определить и без профилографа путем вычисления. Для этого необходимо, чтобы углубление имело в сечении геометрически правильную, заранее известную форму, что позволяет судить об упомянутом расстоянии по ширине углубления, нанесенного на испытываемую поверхность. Наблюдая за изменением того размера отпечатка, соотношение которого с глубиной заранее известно, можно определить местный линейный износ.
Метод искусственных баз позволяет измерить износ и определить скорость изнашивания деталей в условиях эксплуатации машины при меньших пробегах по сравнению с замерами методом микрометрирования.
Так, при измерении износа зубьев шестерен трансмиссии автомобиля методом микрометрирования с помощью штангензубомера для обеспечения достаточно точных результатов замера необходим пробег автомобиля около 50 тыс. км. Метод искусственных баз позволяет добиться той же точности результатов при значительно меньших пробегах.
Недостатком метода при вдавливании индентора является то, что по сторонам отпечатка может образоваться местное выпучивание, нарушающее начальную шероховатость и требующее зачистки поверхности. Метод вырезанных лунок не имеет этого недостатка.
Метод радиоактивных изотопов заключается в том, что в материал детали, износ которой требуется изучить, вводят радиоактивный изотоп. При этом вместе с продуктами износа в масло будет попадать пропорциональное им количество атомов радиоактивного изотопа.
По интенсивности их излучения в пробе масла можно судить о количестве металла, попавшего в масло за данный период времени. Свойства вводимого изотопа должны быть таковы, чтобы он равномерно распределялся в металле исследуемой детали.
Прогнозирование показателей надежности по критерию износа.
С достаточной для практических целей точностью характеристики надежности изнашивающихся деталей могут быть получены при рассмотрении идеализированной модели процесса износа, предполагающей, что кривые износа отдельных деталей представляют собой ровные линии зависимости износа во времени.
Упрощенная модель процесса изнашивания детали до предельного состояния приводится в работе [19] и на рис. 4.4. На нем показаны отдельные кривые износа однотипных деталей. Предполагается, что по достижении износа, равного предельно допустимому ИПР, ресурс детали исчерпывается и наступает состояние отказа.
Из–за различия кривых наблюдается рассеивание ресурса R. Случайные величины ресурса R имеют плотность распределения fR{t). Ипр является детерминированной величиной, перемешивание реализаций незначительно.
Подобная модель может быть использована для приближенного описания всех видов изнашивания, за исключением усталостного выкрашивания и схватывания [19]. В общем случае зависимость износа детали как случайной функции наработки может быть представлена в виде
И(t) = аИ tβ + bИ. (4.18)
Экспериментальные исследования изнашивания деталей машин позволяют считать коэффициент β уравнения динамики износа детерминированной величиной для определенного конструктивного решения деталей.
Рис. 4.4.Учет износа деталей [19]
При отсутствии фактических данных значения β могут быть приняты по справочным данным, например: для учета износа посадочных гнезд корпусных деталей и втулочно–роликовых цепей β=1,0; для износа зубьев шестерен (по толщине), звездочек и радиального износа в подшипниках качения β= 1,5.
Случайная величина аИ зависит от свойств поверхностей деталей, условий работы. При коэффициенте вариации величины аИ находится в пределах VεИ = 0,1 – 0,4, поэтому можно с достаточной точностью принимать, что она подчиняется нормальному закону распределения. При VεИ >0,4 можно принимать, что величина аИ подчиняется распределению Вейбулла.
Величина hИ характеризует износ детали по окончании приработки. Эта величина зависит от чистоты обработки, твердости трущихся поверхностей, величины начального зазора в сопряжении, режимов приработки.
В связи с относительно небольшими изменениями И(t) в период приработки по сравнению с Ипр вариациями показателя bИ можно пренебречь и считать его детерминированной величиной.
В большинстве случаев величина деталей в период их приработки не превышает величины допуска на их изготовление. Это позволяет при расчетах величиной износа детали в период приработки пренебречь и за начальный размер детали принимать, например, для валов – нижний предельный размер по чертежам, для отверстии – верхний предельный размер по чертежам и т. п. В связи с этим зависимость износа детали от времени приближенно может быть выражена следующим образом:
И(t) = аИ t β . (4.19)
Определение характеристик изнашивания. Показатели долговечности и безотказности изнашиваемых элементов определяются характеристиками изнашивания в виде среднего значения m коэффициента аИ (m аИ) и дисперсии D коэффициента аИ , то есть (DаИ).
Эти характеристики могут быть определены расчетным и экспериментальным путём. Рассмотрим расчетный путь.
Из–за многообразия факторов, влияющих на износ деталей, их взаимосвязей и нелинейной зависимости, сложно получить достаточно строгое выражение износа элементов на базе физических закономерностей. Поэтому в практике широкое распространение получили полуэмпирические и эмпирические закономерности, отражающие влияние наиболее важных факторов для конкретных видов износа.
Среди эмпирических формул наиболее часто встречается зависимость [19]
И = аИ tβ = kИ X1m X2n X3c X4k tβ . (4.20)
К зависимостям вида (4.20) отнесят уравнение износа закрытых зубчатых передач различного типа при наличии в масле абразива.
Рассмотрим в качестве примера уравнения линейного износа детали при трении скольжения без смазки и при отсутствии абразивных частиц. Зависимость (4.21) получена исходя из усталостной гипотезы износа поверхности деталей [3]:
И = аИ * L = kИ *(h/R)1/2 * (ра/рт ) * (1/пи) *L, (4.21)
где kИ – множитель, определяемый геометрической конфигурацией и расположением по высоте единичных неровностей на поверхности твердого тела (kИ = 0,15...0,21);
h/R – отношение глубины внедрения шероховатости в гладкую поверхность к среднему радиусу R неровности (h/R <10–l...10–2);
ра/рт – отношение номинального давления на контакте к фактическому давлению (ра/рт =10–l...10–4);
1/пи – характеристика способности материала к разрушению при повторном воздействии, (1/пи = 10–2...10–12);
аИ – безразмерная интенсивность износа (аИ =10–2...10–12);
L – путь трения, мм.
Для прямозубых передач с эвольвентным зацеплением с допущением предположения о равномерном распределении абразивных частиц в масле, а также об отсутствии влияния на износ нагрузки для тяжелонагруженных передач рекомендуются в работе [19] зависимости
(4.22)
И1 и И2 – соответственно износ шестерни и ведомого колеса, мкм;
Rа – средний радиус абразивных частиц в масле, мм;
εК – объемная концентрация абразивных частиц радиусом R в зоне трения, %;
σпр – условное напряжение разрушения абразивной частицы, МПа;
Н1 и Н2 – соответственно твердость материала рабочей поверхности шестерен и колеса по Бринеллю, МПа;
т – модуль передачи, мм;
αд – угол зацепления, град;
z1 и z2 – соответственно число зубьев шестерен и колеса;
пч1 и пч2 – частота вращения шестерни и колеса, мин–1;
δy1 и δy2 – относительное удлинение материала шестерни и колеса при разрыве, %;
s – коэффициент усталости материала;
yИ1 и yИ2 – коэффициенты, учитывающие характер распределения износа по профилю зуба шестерни и колеса;
t – наработка передачи, ч.
Для большей точности расчетов по уравнениям (4.22) можно рекомендовать определять износ для каждой фракции абразивов, а затем проводить суммирование.
Учитывая случайный характер изменения значений факторов для «типичных» условий, считают, что параметр функций И(t) является функцией случайных аргументов
αи = f ( k1, X1, X2, …, Xn, n, m, … ) = φ ( Y1 , Y2, … , Yn). (4.23)
Причем в общем виде функция (4.23) нелинейна.
Рассматриваемая задача, таким образом, сводится к получению характеристик mаИ и дисперсии DаИ в соответствии с величинами математических ожиданий и дисперсий отдельных факторов и коэффициентов.
Предполагается, что вероятностные характеристики отдельных факторов известны. В конечном виде аналитическое решение задач для нелинейной функции (4.23) представляется довольно сложным.
С достаточной для практики точностью получение значений mаИ и DаИ может быть выполнено с помощью метода Монте–Карло, предусматривающего моделирование случайных аргументов функции (4.23).
Приближенное определение вероятностных характеристик функции (4.23) может быть выполнено путем разложения ее в ряд Тейлора и применения теорем о числовых характеристиках случайных величин.
Рассмотрим некоторые особенности дорожных и лабораторных испытаний машины для определения износостойкости его деталей.
Эксплуатационные испытания. Испытания машины для определения износостойкости её деталей проводятся с целью установления абсолютной величины износа исследуемых деталей в выбранных конкретных условиях эксплуатации, а также с целью выявления тех главных факторов, от которых зависит интенсивность износа.
Выбор условий эксплуатации имеет особое значение для проведения испытаний, например на песчаных грунтах детали ходовой части машин в большей степени подвергаются воздействию различных абразивных частиц.
Различными заводами–производителями дорожных и строительных машин для испытаний выбираются разные климатические зоны страны, где имеются соответствующие грунтовые условия, поэтому единой методики проведения таких испытаний в настоящее время нет.
Так, из всех агрегатов и деталей строительных технологических машин, подверженных в той или иной степени изнашиванию в процессе работы, следует особо выделить рабочие органы, отличающиеся повышенными коэффициентами трения это тормоз и сцепление. Оба эти агрегата испытываются на износо- и теплостойкость.
Типичным испытанием этих агрегатов на износостойкость является испытание их на автомобиле в условиях интенсивного городского движения с большим числом троганий с места и резких торможений.
Тормоза машины – базы испытывают на тепло– и износостойкость в экстремальных условиях, например в горных условиях, затяжных спусках или в пыльных условиях строительства объекта. Обычно при таких испытаниях определяют не абсолютный износ, а так называемую «безотказность тормозов» при их длительном нагружении (экстремальной нагрузке). Полученные результаты сравнивают с результатами эксплуатации тормозов других аналогичных моделей машин.
При испытании фрикционных материалов (сцепления, тормозов) необходимо регистрировать температуру, так как от нее в значительной степени зависят свойства этих материалов.
Некоторые фрикционные материалы, сохраняя стабильные показатели при нормальной и повышенной температуре, при достижении некоторой критической температуры сразу разрушаются.
Температуру на поверхности трущихся пар также следует измерять в условиях сложной эксплуатации, причем наиболее тяжелых для данного механизма и характерных узлов автомобиля. Температуру необходимо измерять на поверхности, которая наиболее сильно нагревается. Например, в однодисковом сцеплении температура со стороны нажимного диска обычно выше, чем со стороны маховика, из–за меньшей массы нажимного диска по сравнению с массой маховика.
Лабораторные испытания. Лабораторные испытания механизмов и деталей машин на износ проводят с целью выявления влияния на износостойкость свойств материала, термообработки, а также основных свойств смазки и параметров внешней среды.
Для определения усталостных износных используют специальные испытательные установки, например, цикломер для испытания фрикционных материалов, рис. 4.5.
Для оценки качества различных фрикционных материалов в лабораторных условиях проводятся не только испытания образцов, но и испытания фрикционных накладок непосредственно на деталях, смонтированных в соответствующих механизмах (сцеплении и тормозных механизмах) при повторных включениях и выключениях.
Схема инерционного стенда, предназначенного для испытания фрикционных накладок в собранном сцеплении, приведена на рис. 4.6.
Рис. 4.5. Установка для испытания фрикционных материалов
Рис. 4.6. Общий вид инерционного стенда для испытания фрикционных накладок
в собранном сцеплении
Работа стенда. На ведущем валу стенда установлен барабан 4, внутри которого расположен колодочный тормоз с рычагом для ручного управления. Испытываемое сцепление нагружают, соединяя с валом 20 различные маховые массы, эквивалентные массе испытываемого автомобиля. Маховые массы 18, 21 и 22 имеют постоянный момент инерции, а масса 19 – переменный. Включение сцепления происходит путем подачи жидкости в гидравлический цилиндр, шток которого преодолевает силу пружины рычажного механизма. В процессе включения сцепление буксует и разгоняются маховые массы ведомой части стенда.
Когда угловые скорости ведущей и ведомой частей стенда становятся одинаковыми, буксование сцепления прекращается. В этот момент гидравлический цилиндр опорожняется, сцепление выключается под действием пружины рычажного механизма и одновременно включается дисковый тормоз 23, который затормаживает ведомую часть стенда.
Управление дисковым тормозом совершается также гидравлическим путем, для чего служат трубки 24. После этого цикл включения сцепления и его буксования повторяется снова. Два таходинамо 1 и 16 служат для определения угловой скорости ведущей и ведомой частей стенда.
Ведущий вал посредством телескопического вала 8 и двух зубчатых муфт 7, компенсирующих возможные перекосы, соединен с валом подвижной опоры 10. Последнюю при помощи маховичка 9 можно перемещать по специальным салазкам вдоль оси стенда, что позволяет монтировать на стенд различные сцепления.
Инерционная масса 5, вал которой установлен в опорах 3 и 6, разгоняется при помощи электродвигателя (не показанного на рисунке), связанного с валом стенда клиноременной передачей 2. При испытании сцеплений, например, грузовых баз–автомобилей ЗИЛ инерционная масса 5 с моментом инерции 416 кг–м2 разгоняется электродвигателем до угловой скорости 200 рад/с.
Испытываемое сцепление 11 с маховиком и кожухом устанавливают на валу подвижной опоры 10. Шлицевой конец вала сцепления (первичного вала коробки передач) крепят к фланцу 12 вала неподвижной опоры 14, который соединен с фланцем 12 через шлицевую муфту 13 соединяется торсионный датчик 15, а с валом 20 нагрузочных маховых масс – торсионный вал датчика 17 крутящего момента.
Каждый из шести дисков массы 19 может быть связан с общим корпусом, вследствие чего изменяется общий момент инерции этой массы. Массы 18, 19, 21 и 22 свободно посажены на вал 20 и могут быть связаны с ним в любом сочетании.
При этом можно подобрать массу, эквивалентную приведенному моменту инерции JB автомобиля при заданном передаточном числе трансмиссии автомобиля, в соответствии с формулой
JB = (Ма * rк2 ) / ( i02 *iK.П2), (4.24)
где Ма – масса машины; rк – радиус качения колеса; i0 – передаточное число главной передачи; iK.П – передаточное число коробки передач.
Эта формула не учитывает влияния моментов инерции колес машины, вращающихся частей его трансмиссии, а также потерь в трансмиссии и сопротивления качению колес автомобиля. Поэтому окончательный выбор инерционных нагрузок должен быть уточнен при пробной работе стенда. Приведенный момент инерции ведомой части стенда может меняться от 6,5 до 153 кгм2.
Разгон ведущей части стенда до заданной угловой скорости осуществляется при неподвижной его ведомой части. Испытываемое сцепление выключается специальным рычажным механизмом с сильной пружиной. Управление стендом автоматизировано. Циклы включения и выключения сцепления могут повторяться многократно, что позволяет испытывать сцепления на износ.
Автоматическое управление стендом и поддержание заданного режима испытаний осуществляются специальной электрогидравлической системой. Темп включения сцепления можно изменять в достаточно широких пределах. При выборе темпа включения необходимо опытным путем установить время разгона инерционного привода и время торможения приведенной массы.
Следует также иметь в виду, что тепловые и нагрузочные режимы работы сцепления на машине и на стенде различны, а износостойкость фрикционных материалов тесно связана с температурными условиями. Эти обстоятельства надо учитывать при выборе темпа включения сцепления при испытании его на стенде.
На машине цикл работы сцепления может достигать 10–12 с, тогда как в условиях стендовых испытаний цикл работы обычно не меньше 100 с.
Во время испытаний на стенде регистрируются следующие величины: угловая скорость ведущей части стенда; суммарное число оборотов ведущих элементов сцепления за весь период буксования; суммарное число оборотов ведомых элементов сцепления; время буксования сцепления при каждом включении за весь цикл испытаний; число включений сцепления за весь цикл испытаний; температура рабочих поверхностей сцепления.
Надо помнить, что основными мероприятиями, уменьшающими темпы износа деталей при эксплуатации машины, являются следующие:
– наличие в системах чистых смазочных материалов, а при необходимости замена и доливка масла в двигатель, коробку передач, задних мостах, замена и добавка масла в ступицы колес и другие работы;
– своевременное и качественное выполнение крепежных, регулировочных (регулировка клапанов и натяжения цепи двигателя, углов установки колес, подшипников ступиц колес и т. п.);
– замена или очистка фильтров (воздушных, масляных, топливных), препятствующих попаданию на трущиеся поверхности деталей абразивных частиц; – постоянные контроль и замена защитных чехлов;
– своевременное восстановление защитного покрытия днища кузова, а также установка подкрылков, защищающих арки колес.
На изменение технического состояния машины существенное влияние оказывают условия эксплуатации, поэтому необходимо учитывать влияние следующих факторов:
– дорожные условия (техническая категория дороги, вид и качество дорожного покрытия, уклоны, подъемы спуски, радиусы закруглений дорога), а также условия на строительном объекте;
– условия движения (интенсивное городское движение, загородные дороги);
– климатические условия (температура окружающего воздуха, влажность, ветровые нагрузки, солнечная радиация);
– сезонные условия (пыль летом, грязь и влага осенью, весной);
– агрессивность окружающей среды (пыль в котловане или на строящемся объекте, морской воздух зоны побережья, соль на дороге в зимнее время, усиливающие коррозию);
– транспортные условия (загрузка машины);
– профессиональные навыки водителя; – социум и другие.
Таковы особенности эксплуатационных испытаний ТС МИК, их надежности и работоспособности.
Некоторые методы и средства повышения износостойкости деталей машин. Существующие методы повышения износостойкости деталей техники определяются этапами их применения: при проектировании, изготовлении или эксплуатации дорожных и строительных машин. Например, сопротивляемость машин внешним воздействиям зависит от прочности, жесткости и износостойкости их узлов, то есть необходимо создавать более рациональные конструкции, подвергающиеся меньшим нагрузкам.
Износостойкость различных узлов определяется правильным подбором материалов для узлов трения, твердостью контактирующих поверхностей, уменьшением давления трения, улучшением условий смазывания, качеством поверхностей деталей.
Для повышения износостойкости деталей необходимо правильно подобрать материал трущихся деталей. Выбор конструктором материала производится с учетом эксплуатационных показателей, условий контакта и применяемой смазки.
Важным способом обеспечения высокой долговечности трущихся деталей является стабильность исходного материала с малым рассеиванием его основных показателей. Так, рациональный выбор материала для автомобильной базы строительной технологической машины, сократился почти вдвое например, износ шеек коленчатых валов, изготовленных из магниевого чугуна, для двигателя внутреннего сгорания по сравнению со стальными коленчатыми валами двигателя предыдущей модели машины, что позволило в несколько раз повысить износостойкость детали.
Важно также применение изоляции деталей машин от вредных воздействий, которое включает в себя защиту их поверхностей от пыли и грязи, создание для различных механизмов специальных температурных условий, применение антикоррозионных покрытий и т.д.
Так как износостойкость трущихся поверхностей в большой мере зависит от твердости их поверхностного слоя, то требуются совершенные технологии обработки деталей машин. Большое значение имеет выбор технологий финишных операций, например алмазная расточка вместо хонингования при ремонте двигателя.
Повышение долговечности трущихся деталей достигается также конструктивными мероприятиями, а также повышением качества изготовления и рядом технологических мероприятий, в том числе: пластическим деформированием, термической, химико-термической и химической обработкой рабочих поверхностей деталей, металлизацией.
Увеличение твердости поверхностей трения и повышение усталостной прочности деталей достигается закалкой, химико-термической обработкой, пластическим деформированием, нанесением износостойких наплавок и покрытий.
В процессе изнашивания исходная твердость может уменьшаться до некоторой оптимальной величины, которая сохраняется до конца изнашивания, поэтому для повышения твердости поверхностного слоя стальных деталей применяются такие методы, как цианирование, азотирование, поверхностная закалка.
Помимо термообработки рабочих поверхностей деталей, применяется химическая обработка рабочих поверхностей для повышения их износостойкости: оксидирование, фосфатирование и сульфидирование.
Создание неметаллических защитных пленок на поверхности металлических деталей фосфатированием, сульфидированием и другими методами повышает их износостойкость в 10 и более раз.
Одним из самых эффективных методов повышения износостойкости стальных деталей является электролитическое хромирование.
Кроме термической и химической обработки, повышение износостойкости рабочих поверхностей достигается методами упрочняющих технологий.
Износостойкость при этом увеличивается вследствие повышенной твердости поверхностного слоя деталей.
Формирование остаточных напряжений сжатия, например, при наклепе детали, способствует образованию поверхности более высокого качества, к тому же можно добиться улучшения геометрии поверхности.
В литературе приводятся показательные примеры повышения долговечности изнашивающихся деталей. Так, при проектировании модернизированных коробок передач отечественных автомобилей на заводе ГАЗ для повышения долговечности и снижения хрупкости шестерен сталь 40Х была заменена сталью 53Х (с суженными пределами содержания углерода) с одновременным повышением твердости с HRC 48–53 до HRC 58.
В результате этого при пробеге автомобилем до 130 тыс. км боковые поверхности зубьев наиболее нагруженной малой шестерни первой передачи имеют износ (по толщине зуба) не более 0,025 мм, а на зубьях прочих шестерен износ практически отсутствует [15].
Для повышения износостойкости шлицевого соединения скользящей шестерни первой и второй передач коробки автомобиля введение посадки шестерни на вторичный вал по внутреннему диаметру позволило точнее обработать посадочную поверхность шлицев при увеличении их твердости с HRC 20–40 до твердости HRC 52.
Износостойкость деталей машин повышается за счет использования топлива с пониженным содержанием серы, синтетических масел с эффективными противоизносными, антикоррозионными и другими присадками.
Наличие автоматических и электронных устройств, обеспечивающих саморегулирование, повышает приспосабливаемость строительной технологической машины к изменяющимся условиям работы.
Обеспечение надежности автомобилей при их эксплуатации базируется на теории эксплуатации технических объектов [14], то есть науке о закономерностях, присущих состояниям технических объектов, структуре характерной для организационных систем.
При этом важное место отводится совершенствованию методов исследования эксплуатационных показателей.
Основные направления использования методов теории эксплуатации включают: технологическую подготовку объектов к использованию; расходование ресурсов объектов; техническое обслуживание и ремонт; обеспечение условий при хранении, транспортировании, использовании машины; обоснование и корректирование системы эксплуатации (нормативным показателям); управление системой эксплуатации при ее функционировании.
Теория эксплуатации решает многообразные задачи обоснования, исследований, разработки и корректировки, в том числе следующие:
– эксплуатационного облика технического объекта при его проектировании и изготовлении;
– нормативных эксплуатационно-технических показателей объектов, эксплуатируемых в различных режимах;
– средств эксплуатации и структуры исполнителей; показателей структуры и управления системой эксплуатации.
Основными разделами теории эксплуатации являются:
– исследования эксплуатационно-технических характеристик объектов на всех стадиях их жизненного цикла;
– разработка и исследования моделей систем эксплуатации;
– исследования подсистем подготовки объектов к использованию и подсистем использования, предупреждения отказов, восстановления работоспособности;
– исследование технологических процессов эксплуатации объекта;
– исследования управления эксплуатацией (планирования, принятия оперативных решений, анализа состояния системы эксплуатации и разработки управляющих воздействий).
Основными являются вопросы, относящиеся к эксплуатационно-техническим характеристикам объектов, техническому обслуживанию и ремонту. Научную основу этих разработок составляют модели состояний объектов. Наиболее актуальными являются исследования системы и совершенствование эксплуатации технических объектов.
Это обусловлено тем, что получаемые оптимальные результаты при автономном исследовании технического обслуживания, ремонта и других составляющих технической эксплуатации соответствуют оптимальному функционированию системы эксплуатации в целом, при этом вырабатываются мероприятия, обеспечивающие повышение работоспособности строительных технологических машин.
При этом полезны модели, которые отражают функционирование системы эксплуатации. Они учитывают возможность нахождения объекта исследований в различных функциональных подсистемах строительной и дорожной техники, причем как в разных условиях, так и с использованием новых конструкций, материалов.
Построенная функциональная модель учитывает связь вероятностных частных показателей со стоимостными затратами. При этом учитываются вероятности нахождения объекта в i–й функциональной подсистеме и в состоянии работоспособности. Все это позволяет оценить систему эксплуатации с помощью интегрального показателя эффективности производственной системы. Для решения указанной задачи оценки эффективности системы эксплуатации на основе функциональной модели может быть использован аппарат математического описания, присущий марковским, полумарковским и имитационным моделям.
Однако указанная функциональная модель носит обобщенный методологический характер. На ее основе рассматриваются лишь аналогичные модели для объектов различных классов и соответствующих режимов эксплуатации. При анализе системы эксплуатации результаты исследования каждой из таких моделей обобщаются.
В зависимости от необходимой степени детализации исследования функциональные подсистемы могут представляться не одним, а несколькими структурными элементами, например, функциональные подсистемы по видам технического обслуживания, видам ремонта и др.
Одной из разновидностей функциональной модели может быть модель, интерпретирующая состояния объекта как нахождение его в соответствующих режимах эксплуатации или при соответствующих эксплуатационно–технических процессах.
Моделирование и количественная оценка эффективности системы эксплуатации позволяют оптимизировать ее структуру и нормативные показатели эксплуатационно–технических процессов.
В исследовании моделей систем эксплуатации существенную проблему представляет установление зависимостей части временных и вероятностных показателей от затрат на функциональные подсистемы и затрат, связанных с периодичностью, сроками и объемами выполненных работ по поддержанию или восстановлению работоспособности.
Указанные методы моделирования эффективны, но в своем большинстве они несколько отдалены от практики и весьма дороги, так как требуют высокопрофессиональных специалистов. Поэтом традиционно применяются экспериментальные и лабораторные методы исследований. В частности, на практике хорошо себя зарекомендовали исследования по определению износа.
В соответствии с системной концепцией повышения надежности машин на стадии эксплуатации должен постоянно поддерживаться уровень запланированной надежности, который надо постоянно повышать.
Контрольные вопросы
1. Укажите основные этапы эксплуатации.
2. Что такое работоспособность машин?
3. Что такое ввод в эксплуатацию машины?
4. Что такое поддержание в готовности машин?
5. Что такое система эксплуатации машин?
6. Что такое условия эксплуатации машин?
7. Что такое ожидание использования по назначению машин?
8. Что такое лидерная эксплуатация машин?
9. Что такое реальная эксплуатация машин?
10. Что такое нормальная эксплуатация машин?
11. Что такое снятие с эксплуатации машин?
12. Что такое технический сервис машин?
13. Что такое организация эксплуатации машин?
14. Что такое общее планирование эксплуатации машин?
15. Что такое эксплуатационно – техническое решение ?
16. Что такое технический сервис машин?
17. Что такое ресурс машины?
18. Что такое комплекс эксплуатационных свойств машины?
19. Что такое безопасность машины?
20. Что такое антропометрические показатели?
21 Что такое энергоэффективность машин?
22. Что такое проходимость машины? Рассказать о показателях проходимости.
23. Какое влияние оказывают физико-химические процессы на качество машин?
24. Перечислите объемные и поверхностные повреждения машины.
25. Что является структурными параметрами строительной технологической машины?
26. Что такое система качества продукции?
27. Расскажите о методах определения показателей качества машин.
28. Что такое показатели качества эксплуатации машин?
29. Что такое качество машины строительного комплекса?
30. Как подразделяются показатели качества по числу характеризуемых свойств?
31. Какие виды повреждений элементов строительной технологической машины Вы знаете?
32. Что такое изнашивание?
33. Какие процессы сопровождают трение и изнашивание?
34. Перечислите виды и механизмы изнашивания.
35. Расскажите о видах трения. В чем их отличия?
36. Расскажите о коррозионно-механическом изнашивании
37. Что называется химической адсорбцией?
38. Какие методы определения износа Вы знаете?
39. Как определить предельные размеры изнашивающихся деталей.