книги из ГПНТБ / Ермолов, Л. С. Основы надежности сельскохозяйственной техники учебное пособие

Гл а в а VI

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ ПРИ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВЕ, ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТЕ

•

§1. Требования к ремонтопригодности машин

иоборудования

Несмотря на то что в области тракторного и сельскохо­ зяйственного машиностроения осуществлен целый комплекс конструкторско-технологических мероприятий по повыше­ нию технического уровня выпускаемой сельскохозяйствен­ ной техники, особенно в части ее безотказности и долговеч­ ности, для многих новых машин промышленностью еще недостаточно решаются такие элементы надежности, как ремонтопригодность и сохраняемость; особенно велики еще затраты времени на техническое обслуживание.

По основным показателям надежности — безотказности и долговечности — машины, подвергнутые ремонту, резко отличаются от новых. Так, межремонтные сроки службы многих тракторов после ремонта составляют в среднем всего 40—60% новых.

Если учесть, что в составе машинно-тракторного парка совхозов, колхозов и других сельскохозяйственных пред­ приятий отремонтированные машины занимают 75—80%, ремонтопригодность как составная часть качества и надеж­ ности машин, должна рассматриваться как одно из важней­ ших требований к современной технике.

Улучшение ремонтопригодности сельскохозяйственной техники в общем плане решается следующими приемами: сокращением многомарочности машин; обеспечением кон­ структивной законченности и отделимости агрегатов в ма­ шинах и узлов в агрегатах; максимальной унификацией деталей и узлов; обеспечением быстроизнашивающихся по­ верхностей (особенно в базовых деталях) легкосъемными и сменными деталями (кольцами, втулками, стаканами); обеспечением возможно большей равнопрочностью деталей в узлах, узлов в агрегатах, агрегатов в машинах; возмож­ ностью и доступностью технической диагностики агрегатов и узлов без снятия их с машин и полной разборки; всемер­

162

ным сокращением потребности машин в техническом обслу­ живании (особенно в части смазки, регулировки и др.); улучшением приспособленности машин к техническому обслуживанию, хранению и др.

Конкретные требования ремонтопригодности к тракто­ рам и другим сельскохозяйственным машинам разработаны ГОСНИТИ. Подготовлен проект Государственного стан­ дарта на ремонтопригодность. Каждая новая конструкция трактора (машины) обязательно подлежит оценке на ремон­ топригодность.

В качестве конкретных требований ремонтопригодности, предъявляемых к сельскохозяйственной технике, приведем следующие.

Т р е б о в а н и я п р и х р а н е н и и и т р а н с ­ п о р т и р о в к е : минимум затрат труда и средств на подготовку к хранению и к работе (после хранения); сопро­ вождение машины перечнем операций, необходимых при подготовке к хранению и транспортировке; обеспечение машин необходимыми подставками, подъемными устрой­ ствами и др.; создание условий, предупреждающих корро­ зию резьбовых соединений деталей и скопление на них атмосферных осадков, рабочих отходов, пыли и др.; преду­ преждение разрушения при хранении (транспортировке) электропроводки, приборов и других устройств'; возмож­ ность легкого демонтажа агрегатов, узлов и деталей, кото­ рые при транбпортировке (хранении) могут повреждаться; длительная сохраняемость на машинах инструктивных указаний, таблиц смазки и др.

Конкретными оценочными показателями приспособлен­ ности сельскохозяйственной техники к хранению (транс­ портировке) служат: время (ч) и трудоемкость (чел.-ч) подготовки трактора (машины) или его агрегатов (узлов) к хранению (транспортировке), а также количество крепеж­

струкциями об операциях технического обслуживания, сроках их выполнения и технологической последователь­ ности; доступность для сельскохозяйственного производства и минимум марок топлив и смазочных материалов; приме­ нение одноразовых смазок; ограниченное количество мест смазки и доступность их при техническом обслуживании; возможно более длительная периодичность и кратность проведения плановых технических обслуживаний и смены

смазки, минимальный интервал между заправками (смаз­ ками) — 10 ч; доступность и удобство проведения регу­ лировок и подтяжки креплений с выполнением их простей­ шими и долговечными инструментами, входящими в ком­ плект машины; легкосъемность масляных и топливных фильтров для промывки или замены, а также и других недолговечных элементов; удобство снятия и установки на дизельных двигателях топливной аппаратуры и контроля момента начала впрыска топлива в цилиндры; возможность применения типовых средств технического обслуживания и выполнения всех операций планового технического обслу­ живания непосредственно в хозяйствах и механизаторами.

Основные конкретные оценочные показатели приспособ­ ленности сельскохозяйственной техники к техническому обслуживанию — удельная стоимость технического обслу­ живания (руб/мото-ч или руб/га у. п.) и удельная трудоем­ кость проведения технического обслуживания (чел.-ч, мото-ч или чел.-ч/га у. п.), а также продолжительность ежесмен­ ного технического обслуживания (мин), количество мест смазки (при ЕТО и плановом ТО) или количество регули­ ровок; количество применяемых масел и смазок и их расход (по массе) на 1000 ч работы трактора и другие показатели.

Т р е б о в а н и я п р и т е х н и ч е с к о м д и а г ­ н о с т и р о в а н и и : возможность и доступность безразборной проверки (подключения приборов) технического состояния основного и пускового двигателей, топливного насоса, тракта очистки воздуха, агрегатов и узлов транс­ миссии, гидросистемы и др.

Конкретные оценочные параметры для данного случая: количество параметров технического состояния машины, при которых требуется периодический контроль, количество точек для съема диагностической информации с применением приборов; количество параметров, контролируемых с места оператора и др.

Т р е б о в а н и я п р и у с т р а н е н и и о т к а з о в , з а м е н е а г р е г а т о в и у з л о в , т е к у щ и х и к а п и т а л ь н ы х р е м о н т а х : доступность к местам возможного возникновения отказов и минимум затрат вре­ мени на их устранение и замену недолговечных элементов; конструктивная законченность и легкая отделимость агре­ гатов в машине и узлов в агрегате; наличие специальных устройств для захвата агрегатов и узлов при снятии грузоподъемными средствами; сохраняемость в процессе эксплуа­ тации установочных и опорных поверхностей у агрегатов

164

(узлов) и обеспечение надежности их установки при замене; исключение возможности неправильной сборки соедини­ тельных устройств (силовых передач, гидравлических си­ стем, электропроводки, топливоподачи и др.); наличие у агрегатов и узлов баз на опорных поверхностях для на­ дежного крепления их к стендам при разборочно-сборочных работах, а у парных и взаимно располагаемых деталей — установочных меток, клемм и др.; возможность удобной и быстрой разборки (сборки) агрегатов (узлов); обеспечение быстроизнашивающихся поверхностей в корпусных деталях и на валах легкосъемными стаканами (втулками, кольцами); возможность применения съемников и других устройств при демонтаже деталей с прессовыми (переходными) посад­ ками; сохраняемость установочных баз у деталей, обраба­ тываемых при их восстановлении (центров у коленчатых валов; опорных поверхностей у блоков цилиндров и т. д.); свободный доступ к различным крепежным и фиксирующим устройствам и др.

Конкретные оценочные параметры приспособленности сельскохозяйственной техники к ремонтным воздействиям следующие: время (ч) и трудоемкость (чел.-ч) выполнения разборочно-сборочных работ (на специализированном ре­ монтном предприятии); время (ч) и трудоемкость (чел.-ч) замены агрегатов и узлов; потребность в технологической

ряемости подшипников качения и крепежных изделий; унификации деталей, подвергаемых восстановлению и за­ мене (запасных частей); унификации штуцеров, шлангов, масленок и др.

§ 2. Конструктивные мероприятия повышения надежности

Повышение надежности тракторов и других сельскохо­ зяйственных машин при их конструировании ведется по следующим основным направлениям.

Выбор долговечных материалов деталей и рациональных их сочетаний в парах трения. Детали современных трак­ торов и других сельскохозяйственных машин, в зависимости от назначения, изготавливают из конструкционных, изно­ состойких, антифрикционных, фрикционных, антикоррозион­ ных и других материалов. В современных тракторах наи­

165

более широко используются: качественная конструкционная сталь (19—51%); низколегированная сталь (29—63%); серый чугун (18—29%), а также сплавы на основе алюми­ ния, ковкий чугун и др.

Из качественных конструкционных сталей наиболее широкое распространение получила сталь 45; из низколе­ гированных— стали 12ХНЗА, 18ХГТ, 20ХНЗА, 25ХГТ, ЗОХГТ, 40Х и др.; из серых чугунов — СЧ 15-32, СЧ 18-36

и СЧ 21-40.

Материалы деталей и рациональные их сочетания под­ бираются на основе двух главных требований: получение нужной долговечности при невысокой их стоимости.

Для каждой конкретной детали (сопряжения) учиты­ ваются условия работы, вид изнашивания, применение термической, химико-термической и других видов упроч­ няющей обработки, требования точности изготовления и др. Долговечность большинства деталей (сопряжений) сельско­ хозяйственной техники определяется сопротивляемостью их изнашиванию, и главным образом в сочетании с воздей­ ствием абразивных частиц. Большая группа ответственных деталей (коленчатые валы, коленчатые оси, поворотные цапфы) в работе подвергается воздействию циклических и динамических нагрузок, в связи с чем к материалам этих деталей наряду с износостойкостью предъявляются допол­ нительные требования — высокая усталостная прочность и ударная вязкость. К материалам таких деталей, как ше­ стерни, подшипники скольжения и качения, кулачковые валы, крестовины карданных валов и дифференциалов и т. п., предъявляются еще и требования высокой контакт­ ной усталостной прочности.

Перспективными материалами для деталей сельскохо­ зяйственной техники считаются: низколегированные (для гильз и блоков цилиндров) и модифицированные (для ко­ ленчатых валов) чугуны; низколегированные цементуемые стали 25Х1Т, 20ХСНТ, 18ХНТФ (для шестерен и шлице­ вых валов); среднеуглеродистые низколегированные зака­ ливаемые стали 38ХГСА, 45ХНМФА, 45ХМФА, 45ГРФА, 50ГСШ, 50ХФАШ (для подшипников скольжения); сплавы на основе алюминия (для головок и блоков цилиндров, кожухов муфт сцепления, корпусов гидронасосов), по­ лимерные материалы (для втулок, подшипников сколь­ жения, сальников, шестерен, крышек, ручек, деталей тормозных устройств и др.) и материалы из резины (для уплотнений).

166

Обеспечение нормальных условий работы деталей при наименьших потерях на трение. Для длительной и надеж­ ной работы деталей прежде всего расчетами определяют рациональные размеры трущихся (контактирующих) по­ верхностей, их геометрическую форму и др.

Например, поверхности подшипников скольжения рас­ считывают на удельные нагрузки; поверхности шлицев и опор валов — на смятие; фрикционные пары — на нагрев; рессоры — на усталость и т. д.

Во многих случаях конструктор стремится вместо под­ шипников скольжения применить наиболее долговечные и дешевые подшипники качения, обеспечить минимальные потери на трение в трущихся парах. Переход на подшип­ ники качения повышает их надежность, уменьшает расход цветных металлов, значительно снижает пусковые моменты, упрощает обслуживание и др. Вместе с тем необходимо помнить, что подшипники качения выдерживают меньшие скорости и нагрузки, требуют увеличения размеров дета­ лей, обеспечивают меньшую точность работы механизмов, вызывают шум в передачах и снижают сопротивляемость их вибрациям.

При выборе формы и размеров деталей необходимо также обращать особое внимание на снижение концентрации напряжений в местах галтелей, надрезов, канавок и других поверхностей, особенно деталей, подверженных динами­ ческим и циклическим нагрузкам.

Создание оптимальных температурных режимов работы сопряжений деталей, узлов и агрегатов в современных форсированных машинах играет, весьма важную роль в повышении их долговечности. Ранее отмечено, что тем­ пературные условия процесса прежде всего оказывают влияние на величину износа деталей и форму его проявле­ ния. Регулировать температуру в узлах трения и нагрев деталей вообще в двигателях можно за счет охлаждения воды (воздуха) и картерного масла, а также применением таких конструкторских решений, как создание теплоизо­ лирующих прорезей (в головках блока и на поршнях), установка в бобышках поршней пластинок из инвара, заполнение пустотелых впускных клапанов металлическим натрием и др.

Обеспечение хороших условий смазки трущихся поверх­ ностей деталей. За последние годы значительно повышено качество смазочных материалов, применяемых для сель­ скохозяйственной техники, за счет использования разлпч-

167

ных присадок к маслам (рассматриваются ниже). У совре­ менных двигателей все основные сопряжения, как правило, смазываются под давлением. Подача смазки под давлением и ее фильтрация все шире применяются в узлах трения трансмиссий. Ряд ответственных узлов ходовой части гусеничных тракторов переведен с консистентной смазки на жидкостную (втулки цапф рам, подшипники опорных кат­ ков и др.).

Создание эффективных устройств для очистки воздуха,

топлива, смазки. Эффективными мероприятиями по улуч­ шению очистки воздуха, топлива и смазки в современных двигателях стали следующие: по очистке воздуха — при­ менение новых конструкций циклонных и комбинированных воздухоочистителей; по двойной очистке топлива — исполь­ зование фильтров грубой и тонкой очистки с новыми филь­ трующими бумажными элементами БФДТ; по очистке масла — создание полнопоточных масляных центрифуг, применение центробежной очистки масла в полостях ша­ тунных шеек коленчатых валов, установка в картерах магнитных пробок, применение фильтров для фильтрации масла в трансмиссиях, использование подшипников с одно­ разовой смазкой (полуоси задних колес и шарниры руле­ вых тяг трактора МТЗ-50 и др.).

Улучшение конструкции и материалов уплотнительных устройств и герметизация узлов и агрегатов для сельско­ хозяйственной техники имеет большое значение в деле повышения ее долговечности, поскольку тракторы и другие машины длительный период времени работают в атмосфере, насыщенной абразивными частицами.

Наиболее широко распространены резиновые радиальные самоподжимные каркасные уплотнения типа АСК.

Для улучшения герметизации узлов и агрегатов заводыизготовители используют специальные прокладочные мате­ риалы и герметизирующие пасты.

Обеспечение достаточной жесткости базовых деталей машин и устойчивости их к вибрациям. Базовые детали

(рамы, блоки цилиндров, корпуса коробок перемены передач и задних мостов) определяют работоспособность других деталей и обеспечивают для них достаточную жесткость, устойчивость и стабильность размеров, особенно взаимного расположения рабочих поверхностей.

Примером положительного решения в рассматривае­ мом плане может быть конструкция блоков цилиндров двигателей ЯМЗ, Д-50, а также изготовление в одном

168

нения их конструкции и установки гильзы цилиндров на трех (вместо двух) опорах.

Другие мероприятия: применение двойных силовых пру­ жин для муфт сцепления (двигатели типа СМД), использо­ вание распределительных валов с безударным профилем кулачков (двигатель Д-240), гидравлическое натяжение гусениц и защитных устройств для них (тракторы Т-150, Т-130); повышение качества крепежа; увеличение жест­ кости трансмиссий тракторов, использование поддержи­ вающих роликов с резиновыми бандажами; повышение надежности пружин подвески; применение двухслойных пальцев гусениц (со слоем из стали Х12Ф1) и измененной конструкции звеньев гусениц, обеспечивающих безударную

(трактора МТЗ-80, Т-150 и др.); использование новой кон­ струкции тормозных лент с легкосъемными элементами из фрикционных материалов высокой долговечности (трактор ДТ-75С); введение торцовых металлических уплотнений на цапфах (трактор ДТ-75С); ужесточение допусков на подбор деталей цилиндро-поршневой группы по массе (двигатель Д-240); введение динамической балансировки деталей дви­ гателей, муфт сцепления, карданных валов; применение сменных стаканов под подшипники качения в корпусных деталях трансмиссий.

§ 3. Технологические мероприятия повышения надежности

Производства высококачественных деталей для сельско­ хозяйственной техники конструкторы добиваются в тесном контакте с технологами путем выполнения следующих основных технологических (чаще конструктивно-техноло­ гических) мероприятий.

Обеспечение необходимой точности и качества изготов­ ления деталей, применяемых в тракторах, автомобилях и других сельскохозяйственных машинах, зависит от уровня используемого обрабатывающего оборудования и точности размеров рабочих поверхностей деталей, а также точности взаимного расположения этих поверхностей.

169

С повышением точности изготовления деталей умень­ шаются начальные зазоры в подвижных - сопряжениях и более жестко регламентируются натяги в неподвижных соединениях, что значительно повышает долговечность машин, их доремонтный ресурс.

Машиностроительное производство постоянно стремится к повышению качества рабочих поверхностей деталей (уменьшению их шероховатости и искажений макрогео­ метрии). В зависимости от условий эксплуатации машин в трущихся парах устанавливается определенная шеро­ ховатость, которую и необходимо соблюдать при произ­ водстве техники. Эта оптимальная шероховатость должна задаваться и для поверхностей деталей с неподвижными посадками. Чем меньше шероховатость, тем больше сопро­ тивляемость поверхностей деталей к износам из-за коррозии. Существенное влияние оказывает шероховатость поверх­ ности на циклическую, а также на динамическую проч­ ность деталей машин.

Отклонения геометрической формы (макрогеометрия) деталей оказывают определенное влияние на величину и равномерность зазора (натяга) в сопряжении, условия кон­ тактирования, смазки и, таким образом, в значительной мере определяют эксплуатационную надежность узлрв машин.

Учитывая, что геометрические параметры качества по­ верхности и особенно шероховатость существенно влияют на долговечность деталей, значительное внимание уделяют вопросам оценки-качества поверхностей деталей и разра­ ботке средств и методов его улучшения.

За критерий оценки качества поверхности пока прини­ мают такие не регламентированные ГОСТом параметры, как величина опорной поверхности, поверхность фактического контакта, радиусы закругления вершин и впадин микроне­ ровностей, угол наклона образующих микронеровностей при основании, отношение радиуса закругления вершин микронеровностей к их максимальной высоте, среднее квадратическое отклонение высот микронеровностей, т. е. критерии, определяющие форму микронеровностей, их направление и другие показатели.

Достижение высоких геометрических характеристик ка­ чества поверхности возможно при использовании ряда принципиально различных методов и оснастки, а именно: срезания неровностей поверхности путем тонкого шлифо­ вания, хонингования, суперфиниша (сверхдоводки) и поли-

170

Рис. 63. Профиллограммы и кривые опорных поверхностей при раз­ личных способах обработки:

а — точение; 6 — обкатывание;, в — вибрационное обкатывание.

рования, особенно с применением синтетических алмазов (паст, брусков, лент); смятия неровностей за счет поверх­ ностного пластического деформирования: обкатывания, рас­ катывания, дорнования, алмазного выглаживания и ви­ брообкатывания алмазными или твердосплавными наконеч­ никами; создания нового микропрофиля поверхности приме­ нением электрических методов обработки: электрохимиче­ ской, электромеханической, обработкой в магнитном поле

и др.

Выбор наиболее рационального вида обработки для различных групп деталей и их рабочих поверхностей тре­ бует научно-производственной проверки. Особенно пер­ спективно виброобкатывание (рис. 63). Износ деталей при этом значительно снижается (рис. 64).

Отделочные операции необходимы не только для улуч­ шения шероховатости, но и для удаления тонкого дефектного поверхностного слоя со сниженными обычно физико­ механическими свойствами.

Применение упрочнейия деталей и их рабочих поверхно­ стей термической и химико-термической обработками —

основной метод, используемый в автотракторостроении для значительного повышения износостойкости, статиче­ ской и циклической прочности наиболее ответственных деталей.

171