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

Программа имитационных испытаний, кроме воспроизведения динамики тяговых нагрузок и воздействия неровностей пути, предусматривает периодические остановки и пуски трактора и переключения передач. Количество этих изменений режима опре­ деляется на основании предварительных исследований трактора в условиях эксплуатации.

§ 47. ПРОЧНОСТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Целью этих испытаний является ускоренное определение уста­ лостной прочности несущих конструкций трактора и их сварных соединений (рам, корпусных деталей задних мостов и коробок передач, несущих узлов подвески). Одновременно проверяется надежность кабин, некоторых болтовых соединений, а также не­ сущих конструкций навески специальных машин. Надежность перечисленных деталей и соединений определяется появлением усталостных разрушений в результате переменных динамических нагрузок, возникающих при работе трактора. При этом показа­ телем долговечности деталей является количество циклов нагру­ жения до предельного состояния, характеризуемого появлением усталостных трещин, нарушающих прочность деталей.

Следует заметить, что для статически неопределимых систем, к каким относится рама трактора, появление усталостной тре­ щины не всегда является признаком предельного состояния. Иногда после появления трещины происходит уменьшение кон­ центрации напряжений или перераспределение потока напряже­ ний, и процесс нарастания разрушения замедляется. Иногда после появления трещины узел может работать неопределенно долго. Однако в большинстве случаев появление трещины является при­ знаком предельного состояния.

Процесс постепенного накопления усталости связан с накопле­ нием пластических деформаций в результате многократно повто­ ряющихся изменений напряженного состояния металла. Уста­ лостные разрушения возникают в зонах концентрации напряже­ ний, где быстрее происходит накопление пластических деформаций.

Кривая интенсивности накопления усталостных деформаций в металле имеет асимптотический характер по отношению к осям: число циклов, амплитуда напряжений. По мере уменьшения амплитуды А переменных напряжений число циклов нагруже­ ний N до появления усталостных разрушений возрастает. При ма­ лых амплитудах А долговечность деталей по усталостному износу практически не ограничена. При амплитудах А, превышающих

,предел текучести металла, число циклов N снижается до минимума. Для сталей при амплитудах А у предела текучести число циклов N

составляет около ІО4. Накопление усталости зависит не только

317

трацию напряжений и накопление усталости в металле влияют также поверхностные механические и коррозийные повреждения и тепловые напряжения.

Таким образом, на накопление усталости интегрально влияют (в различной степени) все амплитуды переменных нагрузок на деталь в процессе ее эксплуатации, а также режим работы детали.

В практике используют два способа ускоренных испытаний на усталостную прочность: испытания трактора на треках с ис­ кусственными препятствиями и испытания несущих конструкций трактора на вибрационных стендах.

При трековых испытаниях воспроизводят существенную часть эксплуатационных нагрузок несущей системы от неровностей пути с максимально возможной частотой. За счет увеличения ча­ стоты динамических нагрузок достигают ускорения испытаний

в18 раз К При данной скорости движения трактора частота вос­ произведения динамических нагрузок определяется интервалом расположения искусственных препятствий на треке. Минималь­ ный интервал между препятствиями определяется временем затухания деформации в исследуемых конструкциях, возникшей

врезультате наезда на предыдущее препятствие. При скоростях 5—7 км/ч такое расстояние соответствует 1,1— 1,5 базы трактора.

При имитационных трековых испытаниях интервал между препятствиями сохраняют в соответствии с фактической периодич­ ностью циклических нагрузок, определенной по результатам спектральных исследований.

При испытаниях рам на вибрационных стендах задают пре­ дельные нагрузки, близкие к пределу текучести металла с часто­ той максимальной по условиям динамики затухания возникающих

деформаций. Вибрационные стенды позволяют ускорить испы­ тания в 450 раз х.

Разработке методики трековых и стендовых прочностных ис­ пытаний на усталость предшествует большая по объему и сложная по исполнению исследовательская работа, целью которой яв­ ляются определение характеристик эксплуатационных нагрузок, установление режимов нагружения, моделирующих эти нагрузки на треках или стендах, и выявление критериев долговечности при испытаниях.

Для выявления мест, в которых возникают наибольшие де­ формирующие напряжения, вызывающие усталостные разруше­ ния, и для оценки величины и характера этих напряжений иссле­ дуемые узлы несущей системы трактора подвергают тензометри­ ческим и дефектоскопическим исследованиям при выполнении трактором характерных для него работ (пахота, транспортные, землеройные работы и т. п.). Количество тензорезисторов, наклеи-1

1 Ускоренные стендовые испытания долговечности рам гусеничных трак­ торов. Авт., Хазанов X. И., Дмитриченко С. С., Кугель Р. В., Нейченко В. Г., Давыдов А. П. — «Тракторы и сельхозмашины», 1971, №11, с. 3—6.

2 1 8

ваемых на исследуемую конструкцию, достигает многих десятков1, на раму трактора ДТ-75, например, наклеивалось до 60 тензорезисторов, а на раму трактора Т-100ГП— около 190.

На основании спектрального исследования напряжений в опас­ ных зонах исследуемой конструкции выявляют существенную часть энергетического спектра нагрузок для последующего моде­ лирования этих нагрузок с помощью искусственных препятствий на треке, т. е. для установления высоты препятствий и их коли­ чественного соотношения. При изучении спектрального состава нагрузок выявляют также их периодичность. Это позволяет под­ считать ресурс конструкции за время эксплуатации в циклах изменения нагрузок и определить, таким образом, критерий дол­ говечности для трековых испытаний.

Критерий долговечности для стендовых испытаний получить труднее, поскольку влияние амплитуды циклических напряжений на накопление усталостного износа непрямолинейно. Для выяв­ ления зависимости критерия долговечности от амплитуды цикли­ ческих нагрузок приходится подвергать испытаниям несколько образцов конструкций, доводя их до появления усталостных разрушений при различных режимах нагружения.

Стендовые испытания несущих конструкций трактора не исключают трековых испытаний, так как последние дают более надежную оценку долговечности испытываемых конструкций: во-первых, при трековых испытаниях моделируют натуральные амплитуды эксплуатационных нагрузок, во-вторых, при испы­ таниях трактора его несущие конструкции находятся под дей­ ствием комплексных нагрузок как от неровностей пути, так и от связанных с несущими конструкциями агрегатов и механизмов трактора, чего нет при стендовых испытаниях обособленных конструкций.

Трек для прочностных испытаний обычно является составной частью испытательного полигона, представляющего собой слож­ ный комплекс сооружений различного назначения. Сюда входят трек для тяговых и прочностных испытаний, грязевая ванна для испытания ходовой части, дорожки для испытания тракторов на управляемость, горки для испытания на устойчивость, водяные бассейны с бродами и другие сооружения, назначение которых определяется задачами создания полигона.

Трек для тяговых и прочностных испытаний (рис. 115) вклю­ чает несколько дорог замкнутой формы с прямолинейными участ­ ками до полукилометра длиной. Здесь имеются дороги для тяго­ вых испытаний колесных и гусеничных тракторов с фонами для высших и низших тяговых показателей и дорога 5 с препятствиями. Фонами высших тяговых показателей служат для колесных тракторов бетонная дорога 3, для гусеничных — плотная грун­ товая дорога 2 со специальным гудронированным покрытием, фоном низших тяговых показателей служит песчаная дорога 1, засыпанная сортированным песком. Дорога препятствий по бокам

219

Окантована асфальтированными Дорожками 4 для проезда подвіш* ной тензометрической лаборатории и прицепных лабораторных агрегатов.

Существенная часть амплитудного спектра динамических на­ грузок от неровностей пути может быть приблизительно воспро­ изведена небольшим набором искусственных препятствий, распо­ ложенных последовательно и в шахматном порядке. Например, на треке для испытаний трактора класса 1,4 т достаточно иметь препятствия высотой 50 (булыжная мостовая), 70, 120 и 150 мм

(трубы) в количествах, соответственно относящихся как 3 : 3 : : 3 : 2. Препятствия выполняют съемными с целью перестройки дороги для испытаний различных объектов. Иногда в качестве препятствий, создающих динамические нагрузки, на треке устраи­ вают воронки, ямы и канавы.

Управление испытываемым трактором на треках осуществляют из прицепной лаборатории, которая имеет шасси с уширенной колеей, для того чтобы колеса этой лаборатории катились по асфальтированным дорожкам, расположенным по сторонам до­ роги препятствий. Возможно также автоматическое вождение трактора по дороге препятствий.

Треки для прочностных и имитационных испытаний тракторов устраивают также кольцевыми, при этом радиус окружности до­ роги подбирают таким, чтобы средняя ее длина была 150—200 м. В центре окружности устанавливают якорный столб. В качестве поводка для удержания испытуемого трактора при движении по кольцевой дороге используют стальной канат. Чтобы последний был натянут и укрепленный на его конце трактор двигался по окружности, пользуются различными способами. На кольцевом треке Минского тракторного завода направляющие колеса трак­ тора закрепляют жестко в положении движения по окружности большего радиуса, чем радиус дороги полигона. Стремясь уйти за пределы круга, трактор натягивает поводковый канат, имея устойчивое движение по кольцевому треку. Шины колес при этом

220

работают с небольшим боковым скольжением. На кольцевых поли­ гонах Центральной МИС натяжение поводкового каната осуще­ ствляют пружиной 3 (рис. 116), которая воздействует на прикреп­ ленный к якорной оси 1 канат 2 через рычаг 4 рулевой тра­ пеции.

Полигон Центральной МИС представляет группу кольцевых треков, расположенных вокруг башни диспетчерского пункта. Трактор, предназначенный для испытаний на кольцевом треке, оборудуют датчиками контроля режима работы двигателя и трактора, электрогидравлическими механизмами управления муф­ той сцепления двигателя, переключением передач и подачей топ­

же кабелю управляют работой загрузочной машины при имитационных ресурсных испытаниях.

На якорной оси установлен многокольцевой контактный токо­ съемник.

На одном кольцевом треке можно одновременно испытывать два-три трактора. Для компенсации неодинаковости условий ра­ боты механизмов и шин правой и левой сторон трактора периоди­ чески меняют направление его движения по треку.

Для стендовых испытаний тракторных рам в HATH имеется стенд с применением механических вибраторов с неуравновешен­ ными вращающимися грузами. Вибратор устанавливают на раму так, чтобы деформации изгиба и кручения создавались в заданной плоскости.

На Алтайском тракторном заводе для вибрационных испыта­ ний на усталость рам тележек трактора Т-4 имеется гидропульсационный стенд. Вибрации испытываемой рамы создаются толка­ телями гидропульсаторов. Рама крепится шарнирно задними бу­ гелями в обычном рабочем положении. Передняя часть рамы под­ рессоривается и нагружается повышенной нагрузкой до 100 кН (10 тс). Толкатель воздействует в зоне переднего участка раскоса, что соответствует частному случаю наиболее тяжелого режима работы рамы.

221

§ 48. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ИЗНОСОВ

Долговечность большинства механизмов трактора и его дви­ гателя определяется износостойкостью (т. е. сопротивлением из­ нашиванию) их деталей. Износостойкость оценивают по величине взносов и интенсивности изнашивания (темпам нарастания из­ носа) за период ресурсных испытаний. Ограниченный срок по­ следних с наработкой до 2000 ч позволяет определить долговеч­ ность лишь тех деталей трактора, которые будут иметь наработку до своего предельного состояния. Долговечность остальных де­ талей определяют прогнозированием по данным изучения изна­ шиваемости и износа.

Существует несколько методов оценки износа в процессе испытаний и по их окончании: по данным микрометража деталей; с помощью искусственных баз для измерения износа; при помощи взвешивания деталей; по изменению показателей работы трактора или его узлов; по количеству продуктов износа, попадающих в сма­ зочное масло.

М и к р о м е т р а ж (обмер) является основным средством определения износа при испытаниях тракторов. Износ при этом определяют как разность первоначального размера детали и ее размера по окончании испытаний. Первоначальный размер может быть определен при помощи первичного микрометража, по черте­ жам и измерением детали в неизносившихся местах.

Первичный микрометраж применяют при испытаниях экспе­ риментальных тракторов и экспериментальных узлов и произ­ водят перед сборкой трактора на заводе-изготовителе. Для кон­ трольных испытаний берут тракторы, поступающие из текущей продукции завода. В этом случае за первоначальные размеры де­ талей принимают их размеры по чертежу со средним допуском. В ряде случаев первоначальный размер может быть определен или уточнен по неизношенным частям деталей (например, вну­ тренний диаметр гильзы цилиндра — по неизношенному верхнему пояску гильзы, размеры шлицев на валах—по неработавшим ча­ стям и т. п.).

Когда деталь имеет сложную форму и ее трудно обмерить, применяют шаблон первоначальной ее конфигурации и по окон­ чании испытаний определяют износ при помощи этого шаблона. Способ применим, например, при определении износа зубьев ведущего колеса гусеничного трактора и цевок гусеницы.

М е т о д и с к у с с т в е н н ы х б а з состоит в выдавлива­ нии, вышлифовывании или вырезании на поверхности детали углублений, по изменению размеров которых определяют износ

АН СССР. По этому методу на поверхности детали алмазным резцом вырезают остроугольные лунки длиной до 2 мм и глубиной 50—75 мкм. Изменение размеров лунок в результате износа де-

222

тали измеряют окулярмикрометром под микроскопом при 80-крат­

в дополнение к микрометражу. Деталь взвешивают на образцо­ вых или технических весах 2-го класса (для мелких деталей) до начала испытаний и после их окончания. При этом можно су­ дить только об общем размере износа безотносительно к его ха­ рактеру.

П о и з м е н е н и ю п о к а з а т е л е й р а б о т ы меха­ низма износ оценивают в случаях, когда микрометраж не может дать достаточно надежных результатов. Например, микрометраж прецизионных деталей дизельных топливных насосов и форсунок сопряжен с большими трудностями и требует специального точ­ ного оборудования. Поэтому износ плунжерных пар определяют на опрессовочном приборе по времени утечки топлива из надплунжерного пространства под стандартным давлением, износ деталей форсунок оценивают по изменению максимального давле­

мером 1—5 мкм, снятые с деталей в результате их износа, нахо­ дятся в масле во взвешенном состоянии. С увеличением износа концентрация металла в масле (главным образом железа) воз­ растает. Анализируя пробы масла из картера двигателя на содер­ жание металла, можно судить об интенсивности изнашивания его деталей и о суммарном их износе по весу.

Определение содержания металла в картерном масле произ­ водят: количественным химическим анализом; методом индук­ тивного моста Максвелла; по электрической проводимости масла, содержащего железо; полярографическим методом; с помощью спектрального анализа; радиоизотопным методом; методом ней­ тронной активации.

Количественный химический анализ на содержание железа производят после озоления пробы масла. Этот способ весьма трудоемок и применяется редко.

Метод моста Максвелла состоит в том, что в индуктивную катушку рабочего плеча моста (питаемого переменным током) вводят пробирку с маслом, содержащим железо. Это увеличивает

Метод электропроводности состоит в измерении проводимости масла, в котором содержится металл. Метод прост и удобен, но также имеет невысокую точность.

223

Полярографический метод измерения концентрации металла в масле состоит в измерении тока при электролизе кислотного раствора озоленной пробы масла. Кислотный раствор золы сожжен­ ной навески масла подвергают электролизу в электролизере (полярографе), катодом которого является капающая ртуть (чтобы поверхность катода постоянно обновлялась и была свободна от продуктов электролиза). Напряжение, при котором начинается прохождение тока через раствор, характеризует природу металла, а предельная величина тока, измеряемая гальванометром,— кон­ центрацию металла в растворе. Эту концентрацию численно определяют по тарировочной диаграмме прибора. Полярографи­ ческий метод обладает весьма большой чувствительностью, что позволяет определять концентрацию металла в 0,001%, т. е. 0,00001 г металла на 1 г масла. Вследствие малой величины проб их можно отбирать много раз без доливки масла в картер.

Определение концентрации металла в масле спектральным анализом является весьма совершенным методом. Исследуемое масло сжигают в искровом или дуговом разряде. Зону разряда исследуют с помощью спектрографа. Используют наиболее рас­ пространенные типы спектрографов ИСП-22, ИСП-28, ИСП-30. Спектрограмму фотографируют или исследуют непосредственно с помощью фотоэлектрических анализаторов. Положение спек­

в исследуемом масле. Для оценки спектрограмм используют их эталонные образцы. Спектральный метод оценки износа по кон­ центрации металла в масле, как и другие подобные методы, дает представление лишь о суммарном износе группы деталей, про­ дукты износа которых попадают в картерное масло (с учетом отло­ жений в фильтрах). Спектральный метод весьма чувствителен, сравнительно прост, дает раздельную количественную оценку износа по видам химических элементов, составляющих продукты износа, а следовательно, по видам деталей. Способ требует весьма небольших по весу проб масла.

Исследование износа с помощью радиоактивных изотопов (метод «меченых атомов») заключается в том, что в металл детали путем специальной ее обработки вводят радиоактивные изотопы этого металла. По мере изнашивания детали эти изотопы попадают в масло, где их обнаруживают с помощью радиометрической аппаратуры. Существенными недостатками этого метода являются относительно сложная подготовка деталей (в ряде случаев — в про­ цессе их изготовления) и весьма жесткие требования к технике безопасности, что делает возможным применение данного метода только при специальных исследовательских работах и в специально оборудованных лабораториях.

При использовании метода нейтронной активации пробу масла, содержащего продукты износа, подвергают нейтронному облуче­ нию в специальном реакторе, вследствие чего атомы металла,

224

Моечное отделение должно иметь площадку и устройства внешней очистки и мойки трактора и внутренние помещения с мо­ ечной машиной и приспособлениями для мойки агрегатов и дета­ лей после разборки.

Монтажный зал должен быть достаточных размеров для вы­ полнения разборки, технической экспертизы и сборки тракторов в соответствии с технологическими требованиями и объемом ра­ бот по испытаниям. Недостаточная площадь монтажного зала и неполный учет технологии монтажно-демонтажных операций и технической экспертизы резко снижают качество экспертизы и качество последующей сборки машин. Монтажный зал должен быть оборудован мостовым краном, рассчитанным на подъем и перемещение по залу целого трактора, а при испытаниях тяжелых тракторов — на подъем и перемещение к рабочим местам агре­ гатов трактора. В зале должны быть специализированные рабо­ чие места и приспособления для разборки, экспертизы и сборки агрегатов трактора. На рис. 117 показан участок монтажного зала для технической экспертизы тракторов.

Выбракованные в процессе испытаний детали должны хра­ ниться в складе дефектных деталей до конца испытаний.

Микрометражный зал — это измерительная лаборатория со специализированными рабочими местами для микрометража раз­ личных видов деталей. Зал должен быть изолирован от доступа лиц, не связанных с микрометражом, достаточно освещен для работы с измерительным инструментом, в зале должна поддержи­

В нее входят технический осмотр трактора и выявление наружных дефектов, недостатков сборки и внешнего вида. Так как качество сборки является одним из решающих факторов качества изготов­ ления трактора и в значительной степени определяет срок его службы, обязательным условием испытаний является испытание трактора заводской сборки. Поэтому при первоначальной техни­ ческой экспертизе не разрешается какая-либо разборка трактора, не предусмотренная инструкцией по эксплуатации или не вызван­ ная необходимостью устранения неисправности. Если программой испытаний (например, для экспериментальных образцов) преду­ смотрен обмер (микрометраж) деталей при первоначальной тех­ нической экспертизе, то этот обмер производят на заводе-изготови- теле перед сборкой трактора.

В задачи первоначальной экспертизы входит также определе­ ние массы, размеров и других конструктивных параметров трак­ тора, составление технической характеристики и кинематических схем трактора, а также его фотографирование.

226