книги из ГПНТБ / Лихачев В.С. Испытания тракторов учеб. пособие

Механизация и автоматизация производственных процессов, создание технически взаимосвязанных комплексов производствен­ ных агрегатов, увеличение рабочих скоростей выдвигают требо­ вание повышения технической надежности машин. Надежность является важнейшим показателем качества промышленных изде­ лий. Показатели надежности, предусмотренные государственными стандартами, включаются в техническую документацию на изде­ лия, допускаемые к производству. Поэтому экспериментальная оценка надежности опытных образцов машин приобретает перво­ степенное значение.

В ГОСТе 13377—67 «Надежность в технике. Термины» приве­ дены термины, которые следует употреблять при разработке во­ просов надежности, а также математические зависимости, которыми необходимо пользоваться при оценке показателей надежности.

Н а д е ж н о с т ь — это свойство изделия выполнять задан­ ные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в за­ данных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Надежность определяется совокупностью следующих свойств машин: безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

Б е з о т к а з н о с т ь — это способность машины работать в течение некоторого времени без вынужденных простоев из-за нарушения работоспособности, т. е. из-за отказов. Безотказность иногда называют эксплуатационной надежностью.

Д о л г о в е ч н о с т ь — это способность машины сохранять работоспособность в течение определенного времени до наступле­ ния п р е д е л ь н о г о с о с т о я н и я (с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов).

Р е м о н т о п р и г о д н о с т ь — приспособленность ма­ шины к предупреждению, обнаружению и устранению 'отказов и неисправностей — путем проведения технического обслужива­ ния и ремонтов.

197

С о х р а н я е м о с т ь — свойство машины сохранять работо­ способность в течение и после срока хранения и транспорти­ ровки.

Укажем также некоторые употребляемые при испытаниях термины (в соответствии с ГОСТ 13377—67): о т к а з — наруше­ ние работоспособности; н а р а б о т к а — продолжительность или объем работы, выполненной машиной, в часах, гектарах, тонно-километрах и т. д.; р е с у р с — наработка до предельного состояния машины, оговоренного технической документацией; с р о к с л у ж б ы — календарная продолжительность эксплуа­ тации машины до возникновения предельного состояния.

невозможной по техническим причинам (поломки, предельный материальный износ) из-за снижения эффективности (наруше­ ние регулировок, снижение качества работы, снижение мощности и т. п.) или по требованиям безопасности.

В течение срока эксплуатации машины предельное состояние может наступать несколько раз, в конце каждого межремонтного периода. В результате ремонта работоспособность машины восста­ навливается. Изнашиваемость деталей и механизмов машины и их срок службы до предельного износа неодинаковы. Например, трактор «Беларусь» имеет 39 групп деталей с различным сроком службы по износу. С каждым последующим ремонтом количество деталей и механизмов, требующих ремонта или замены, увеличи­ вается. Наконец, наступает такое состояние машины, когда ее ремонт становится нерентабельным или физически невозможным в результате общего предельного материального износа — ма­ шина подлежит списанию.

Необходимость изъятия машины из эксплуатации может воз­ никнуть также вследствие ее морального старения. Этот фактор также следует учитывать при испытаниях. Были случаи, когда новая модель трактора оказывалась морально устаревшей еще в процессе ее испытания и доводки. Каждая машина должна обладать достаточным запасом новизны, а ее долговечность должна быть согласована с перспективой ее морального ста­ рения.

ГОСТ не делает различия между перечисленными видами пре­ дельного состояния. Чтобы критерий долговечности был одно­ значным, необходимо в каждом случае оговаривать, уточнять понятие «предельное состояние».

Наименьшим объемом ресурсных испытаний при небольшом числе объектов испытаний, когда можно достаточно достоверно оценить закономерность потока отказов и долговечность, является наработка до первого капитального ремонта. Ввиду неприемле­ мости такой длительности испытаний для тракторов (около 6000 ч) продолжительность ресурсных испытаний обычно принимают

198

равной 2000 ч, иногда равной гарантийной наработке (для тракто­ ров 3000 ч).

Для таких сложных механических систем, как трактор, воп­ рос о количестве образцов, которое необходимо испытать для надежного выявления ресурса, весьма сложен. Математической оценке он не поддается. Ложная экономия на количестве испыты­ ваемых образцов может обернуться большими потерями из-за неполной и неточной информации о надежности. Неоправданное увеличение количества образцов оказывается нецелесообразным технически и экономически. Опытом многолетних испытаний уста­

вероятностного закона безотказности и непосредственного вы­ явления долговечности трактора, однако дают достаточный мате­ риал для сравнительной оценки надежности, а также для прогно­ зирования долговечности многих деталей.

Сравнительная оценка надежности может производиться тремя способами: 1) сравнением показателей, полученных при испыта­ ниях, с результатами прошлых испытаний прототипа. Этот спо­ соб требует строгой стандартизации условий и методов испытаний и хорошей сравнимости результатов; 2) по результатам параллель­ ных испытаний равноценной партии прототипов; способ более надежный, но дорогой и организационно сложный, удваивающий количество объектов испытаний; 3) по компромиссному плану, когда параллельно испытывается 2—3 прототипа и используются результаты прошлых испытаний. Последний способ является обычным в практике испытаний.

Повышение качества тракторов, гарантийных сроков, долго­ вечности диктуют необходимость увеличения продолжительности ресурсных испытаний. С другой стороны, при современных тем­ пах технического прогресса длительность испытаний даже в 2000 ч противоречит требованиям к срокам внедрения новой техники в производство. Возникает необходимость в разработке методов ускоренных испытаний путем различного рода ужесточения их условий. Результаты таких испытаний, как правило, могут быть только сравнительными, так как всякое форсирование потери работоспособности искажает реальную картину этого процесса, имеющего место в обычных условиях эксплуатации. Ускоренные испытания могут дать лишь условную, приблизительную оценку безотказности и долговечности объекта испытаний.

Для решения вопроса о программе и методике испытаний тракторов на надежность необходимо разобрать вопрос о показа­ телях надежности по каждому свойству, характеризующему надежность, а также рассмотреть вопрос о причинах нарушения работоспособности трактора.

199

§ 43. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ

Надежность машины определяется совокупностью безотказно­ сти, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. При испытаниях каждое из этих свойств характеризуют числовыми показателями, которые в общем случае выбирают в зависимости от особенностей объекта испытаний, от целей и объема испытаний, а также исходя из режимов и условий испытаний.

Показатели безотказности

При ресурсных испытаниях тракторов используют следующие показатели безотказности: вероятность безотказной работы; сред­

в единицу времени, называемое еще параметром отказа, имеет характер, показанный на рис. 113. Время t0 является периодом обкатки, когда в основном выявляются скрытые производствен­ ные дефекты изделия. Для тракторов период обкатки принимается равным 200 ч. Время ^ — это период нормальной эксплуатации. Интенсивность потока отказов в этот период остается постоянной с некоторой дисперсией. Время і2— период повышенной интен­ сивности появления отказов, когда возникает предельное состоя­ ние, требующее остановки машины для ремонта,

200

Поскольку количество объектов и продолжительность испы­ таний при типовых испытаниях тракторов ограничены, мы поль­

Может быть также дана суммарная оценка для всего периода tn +

+ tK.

К о э ф ф и ц и е н т г о т о в н о с т и показывает вероят­ ность того, что объект окажется работоспособным в любой момент времени испытаний, за исключением времени планового техниче­ ского обслуживания:

где Т в — среднее время восстановления [см. формулу (21) на стр. 203].

При ресурсных испытаниях тракторов приемлемым коэффи­ циентом готовности считают 0,97—0,98.

Коэффициент готовности является комплексным показателем, характеризующим безотказность и ремонтопригодность.

В практике испытаний отказы классифицируют по их слож­ ности и проводят, кроме суммарного анализа потока отказов, еще дифференцированный анализ по группам сложности:

отказы 1-й группы сложности — это отказы, устраняемые ре­ монтом или заменой деталей без разборки узлов и агрегатов, также отказы, требующие вынужденного проведения технического об­ служивания № 1 или № 2;

отказы 2-й группы сложности — отказы, устраняемые ремон­ том или заменой легкодоступных деталей со вскрытием узлов и агрегатов или требующие внепланового проведения технического обслуживания № 3;

201

Отказы 3-й группы сложности — отказы, требующие расчле­ нения агрегатов (снятия двигателя, коробки передач и т. д.) и разборки их узлов.

Кроме того, при испытаниях на надежность учитывают коли­ чество и характер дефектов, которые отличаются от отказов тем что не вызывают нарушения работоспособности машин, но снижают эффективность ее работы или могут быть причиной возникновения отказа.

Показатели долговечности

Долговечность машины определяется ее предельным материаль­ ным износом. Показателями долговечности служат ресурс нара­ ботки и срок службы до списания машины по материальному из­ носу, а также ресурс до первого капитального ремонта.

При испытаниях за ограниченное время при монотонной экс­ плуатационной нагрузке машины ресурс до капитального ремонта с некоторым приближением можно прогнозировать как прямоли­ нейную функцию наработки по результатам определения износа деталей в конце испытаний; при этом считают, что до предельного износа изнашивание остается постоянным.

При сравнительных испытаниях о долговечности машины су­ дят также по результатам сравнения износа деталей с износом одноименных деталей прототипа.

Некоторым показателем может служить наработка до первого ремонта, связанного с устранением отказа 3-й группы сложности.

Показатели ремонтопригодности

Р е м о н т о п р и г о д н о с т ь — это комплексное свойство машины, определяемое значительным числом факторов: сложно­ стью конструкции; трудоемкостью технического обслуживания (технический уход, заправка); пусковыми качествами в различные климатические периоды; трудоемкостью ремонта; технологич­

замены деталей, вышедших из строя; возможностью и удобством предупредительного контроля и аварийной сигнализации; необ­ ходимостью применения при техническом обслуживании и ремонте специальных приспособлений; достаточностью и целесообраз­ ностью комплекта инструмента, приспособлений и запасных частей, прилагаемых к машине заводом-изготовителем; качеством заводского руководства по эксплуатации трактора.

Числовыми показателями ремонтопригодности являются: сред­ нее время восстановления работоспособности; вероятность вос­ становления за заданное время; средняя и удельная трудоемкость восстановления и технического обслуживания; средняя и удель­ ная стоимость восстановления; коэффициент готовности; коэффи­ циент технического использования.

202

При испытаниях тракторов на надежность в качестве число­ вых показателей ремонтопригодности определяют среднее время восстановления и коэффициент технического использования.

Трудоемкость и стоимость ремонта и технического обслужи­ вания относят к экономическим показателям, определяемым при

тракторов;

tp — сумма простоев на ремонте для всей группы испытан­ ных тракторов;

tT_о — суммарное время, затраченное на техническое обслу­ живание всей группы испытанных тракторов.

Иногда используют некоторые нестандартизованные, специ­ ально оговариваемые показатели, такие как коэффициент унифи­ кации и др. Качества, для которых нет числовых показателей, оценивают инженерными соображениями на основании материалов

пуску после двенадцатичасовой ночной стоянки в легком неота­ пливаемом гараже. При этом проводят хронометраж подготови­ тельных операций, операций пуска и выезда трактора на кон­ трольную линию в 5— 10 м от ворот гаража.

203

Показатели сохраняемости

Показателями сохраняемости машин являются срок сохраняе­ мости и вероятность безотказной работы в течение этого срока.

При испытаниях тракторов производят лишь инженерную оценку приспособленности трактора к хранению в нерабочее время.

§ 44. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ ТРАКТОРА НА НАДЕЖНОСТЬ

Отказы, нарушающие работоспособность трактора, по причи­ нам возникновения можно разделить на:

возникающие в результате конструктивных просчетов (недо­ статочная прочность деталей, перегрузки из-за неправильного выбора конструктивной схемы, резонансные явления в конструк­ ции и т. п.);

технологические, обусловленные нарушением производствен­ ной технологии в процессе изготовления трактора (дефекты ме­ талла, обработки, сборки);

возникшие в результате усталостного износа, вызывающего поломки детали при работе с вибрационной и знакопеременной нагрузкой;

возникшие в результате предельного материального износа под воздействием сил трения;

эксплуатационные, возникшие в результате нарушения режима эксплуатации.

Эксплуатационные отказы в процессе испытаний трактора должны быть исключены путем строгого соблюдения правил технической эксплуатации. Конструктивные и технологические дефекты, вызывающие отказы в результате недостаточной проч­ ности и износостойкости деталей и узлов трактора, в большинстве своем выявляются в процессе обкатки и в начале эксплуатацион­ ных ресурсных испытаний.

По физической сущности отказов различают следующие их причины: недостаточная нагрузочная прочность деталей и соеди­ нений; недостаточная усталостная износостойкость деталей, не­ достаточная вибростойкость конструкции; изнашиваемость 'дета­ лей (деформации и материальный износ).

В практике используют следующие в и д ы и с п ы т а н и й тракторов на безотказность и долговечность: эксплуатационные ресурсные;'"имитационные, как дополнение к эксплуатационным ресурсным; трековые'прочностные (на полигонах с искусственными препятствиями); стендовые на ударные нагрузки; стендовые на усталостный износ и вибропрочность (на вибрационных стендах) стендовые износные под нагрузкой с использованием факторов, ускоряющих износ.

Эксплуатационные ресурсные испытания по своим задачам универсальны, они позволяют наиболее объективно в эксплуата­ ционных условиях оценить все качества надежности — безот-

204

Как уже говорилось, даже при ограниченных сроках ресурс­ ных испытаний их длительность противоречит срокам доводки и ввода в эксплуатацию новых образцов трактора. Поэтому воз­ никла необходимость сокращения длительности ресурсных испы­ таний, в том числе с использованием методов модельных испытаний при ужесточении их условий (так называемые ускоренные прочно­ стные и ускоренные ресурсные испытания).

Когда испытанию подлежит не весь трактор, а его отдельные экспериментальные агрегаты и системы, модельные и стендовые испытания оказываются часто более целесообразными. При типо­ вых испытаниях тракторов полная замена эксплуатационных ресурсных испытаний модельными ускоренными испытаниями оказывается невозможной, остаются обязательными период об­ катки (200 ч) и первый период эксплуатационных ресурсных испытаний (не менее 500 ч), в течение которого выявляются ос­ новные конструктивные и технологические дефекты и оцениваются ремонтопригодность и эксплуатационные достоинства опытного образца.

Различные узлы и системы трактора работают в различных условиях и при воздействии различных нагрузок. Например, шейки коленчатого вала работают при воздействии сил трения при переменных давлениях со стороны шатуна, они не восприни­ мают продольных тяговых нагрузок и практически не подвержены действию динамических нагрузок от неровностей рельефа поля при движении трактора; несущая система трактора, наоборот,

восновном воспринимает вертикальные толчки и вибрации от неровностей рельефа пути, а также продольные тяговые нагрузки. Отсюда, рассматривая возможные способы моделирования усло­ вий ресурсных испытаний с целью сокращения их сроков, необ­ ходимо увязывать этот вопрос с физической сущностью возмож­ ных отказов и с условиями работы отдельных агрегатов и систем,

вкоторых эти отказы возникают.

Прочностные трековые и стендовые испытания в основном про­ водят для испытания несущих систем тракторов на нагрузочную и усталостную прочность. Стендовые испытания на износ выпол­ няют при ускоренных ресурсных испытаниях двигателей,транс­ миссий и гусеничных систем.

§ 45. РЕСУРСНЫЕ ИСПЫТАНИЯ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Задачи и условия испытаний

Эксплуатационные ресурсные испытания — это длительные испытания в условиях нормальной эксплуатации с целью выя­ вления показателей безотказности,'долговечности и ремонтопри­ годности трактора, т. е. выявления его надежности в целом.

2 0 5

Как было сказано, минимальной длительностью ресурсных испы­ таний является наработка в 2000 ч под нагрузкой на трактор. Надежность в результате ресурсных испытаний определяется техническим наблюдением при испытаниях и технической экспер­ тизой, при устранении отказов и по окончании ресурсных испы­ таний.

Эксплуатационные ресурсные испытания проводят в специально организованных тракторных отрядах, работающих на землях опытных хозяйств, совхозов или колхозов. Организационно и методически отряд находится в подчинении машиноиспытательной станции, чтобы избежать нарушений в программе и методике испы­ таний. Работа, как правило, производится в две смены или круг­ лосуточно. Подготовка работ, организационное и техническое обслуживание должны обеспечить бесперебойную работу тракто­ ров с целью максимального сокращения сроков испытаний.

Обязательными условиями испытаний являются: строгое со­ блюдение правил технической эксплуатации тракторов; тщатель­ ное ведение технической документации; непрерывный контроль организации и качества проведения испытаний, качества ведения технической документации, оперативная обработка и контроль качества результатов испытаний.

Долговечность машин находится в сложной зависимости от уровня ее нагрузки. Ресурсные испытания трактора при его раз­ нообразной нестандартизованной нагрузке весьма усложняют вопрос об объективной оценке долговечности, особенно при сравнительных испытаниях с наработкой, не достигающей пре­ дельного состояния. Для монотонности условий испытания, а также для сжатия диапазона действия вероятностного закона возникновения отказов во времени, при ресурсных испытаниях стремятся использовать трактор на работах, создающих макси­ мальную эксплуатационную нагрузку как по характеру, так и по уровню. Такой нагрузкой обычно является пахота. В межсе­ зонье используют загрузочные средства, имитирующие заданную эксплуатационную нагрузку. Тракторы, не предназначенные для пахоты, могут загружаться характерными для них видами работ,

(сохранение при эксплуатации первоначальных регулировок и показателей по крутящему моменту, частоте вращения и расходу топлива).

Устойчивость мощности и экономичности двигателя при дли­ тельной эксплуатации определяют сравнением результатов перво­ начального, промежуточного и заключительного тормозных испы­ таний двигателя. Первоначальное тормозное испытание произво­ дят в начале эксплуатационных испытаний трактора после 200 ч работы, включая обкатку и приработку под нагрузкой. Промежу­

206