РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА РЕСУРС ЭЛЕМЕНТОВ ТРАНСМИССИИ
Новые элементы (машины) обычно создаются на базе предшественников, результаты испытаний которых чаще всего имеются в достаточно большом объеме, или будет возможны сбор и обработка информации по ресурсным отказам интересующих элементов. Также существует обширный материал по расчету на прочность элементов конструкций при статических и динамических нагрузках. Всю эту информацию возможно использовать для построения математической модели объекта еще на стадии проектирования с тем, чтобы прогнозировать ожидаемую надежность элементов и обеспечить ее на уровне заданном техническими условиями [23].
Надёжность узла в целом зависит от наработки до отказа его составляющих деталей. Чем меньше деталей с малыми ресурсами, тем больше суммарный ресурс узла, в который входят данные элементы. Поэтому, задача заключается в том, чтобы в первую очередь повышать ресурс лимитирующих деталей.
Величина ресурса деталей трансмиссии зависит от многих параметров и условий эксплуатации. Прежде всего, от олсновных: массы, износостойкости, точности изготовления элементов, а также от уровня нагруженности - величины моментов и числа циклов изменения нагрузок. Поэтому возникает необходимость в составлении математической модели, в которой отобразится зависимость ресурса детали от выше перечисленных параметров, что позволит установить степень влияния на ресурс того или иного фактора, а также более широко и точно находить пути повышения надежности элементов. При этом, следует различать элементы машины с высокой и низкой начальной твердостью поверхности (износостойкостью) и рассматривать их отдельными группами, что позволит иметь более четкую картину зависимости ресурса элементов от составляющих параметров.
Повышение безотказности и доремонтного ресурса элементов трансмиссии мобильной сельскохозяйственной техники возможно лишь при наличии достоверной информации о повреждениях деталей на машинах, работающих в условиях реальной эксплуатации. В данных условиях на долговечность элементов влияет вся гамма факторов её определяющих, которые подразделяются на: эксплуатационные, технологические и конструкторские.
С целью получения такой информации исследовано техническое состояние деталей более 200 комплектов трансмиссий сельскохозяйственных агрегатов (погрузчик навесной со сменными рабочими органами ПФП-2, машина для разбрасывания органических удобрений из куч РУН-15Б, агрегат для поверхностного внесения жидких комплексных удобрений и пестицидов АПВ-5 и агрегат для внутрипочвенного внесения жидких комплексных удобрений АВВ-5), поступивших в первый капитальный ремонт [2].
Был выделен ряд деталей со сравнительно низкой долговечностью: шестерни коробки перемены передач (КПП): 150.37.269-5, 150М.37.272, 150М.37.278; шестерни ведущего моста: 150.38.103-2, 150.38.104-4; поршень 150.37.127-1; диски: 150.37.602, 150.37.136А; барабан 150.37.140-1. Эти детали (табл.А.1, приложения А), являющиеся лимитирующими в трансмиссии, и были использованы для исследования влияния на ресурс массы, твёрдости поверхности, степени точности изготовления, а также уровня нагруженности - величины моментов и числа циклов изменения нагрузок. Для более точного исследования влияния конструктивно-технологических факторов на ресурс, рассматриваемые детали были разбиты на две группы в зависимости от твердости поверхности [2,91].
Зубчатые колёса коробки передач могут выйти из строя в результате повреждения различных конструктивных элементов колеса [2]. Из числа обследованных 2142 зубчатых колёс были выбракованы 164 шт., что составляет 7,66%.
Наибольшую долю (2,7%) в группе выбракованных зубчатых колёс составляют колёса, выбракованные из-за питтинга, который возникает вследствие
погрешностей изготовления (непараллельности зубьев, несоосности валов, биения торцов зубчатых колес и т.д.). При этом происходит уменьшение пятна контакта, растут напряжения (рис.2.1).
Рис.2.1. Распределение выбракованных зубчатых колес коробки передач по наработке.
Из-за питтинга выбраковано около 1/3 общего количества забчатых колёс. Первые детали с признаками питтинга обнаружены при наработках 1.5 - 4.5 тыс.ч. В этом интервале их количество составляет лишь 1.8% выбракованных колёс (рис.2.2). Далее при наработках 4.5 - 6.0 тыс.ч оно удваивается (3.64%). В следующем интервале оно возрастает почти в три раза (11.6%). Таким образом, доля усталостного выкрашивания зубьев ощутимо возрастает у колёс с наработкой более 6.0 тыс.ч.
Далее по доле выбраковки находится износ и разрушение металлокерамических втулок (1,54%), выполняющих функции подшипников скольжения. Одной из основных причин разрушения втулки является работа на загрязнённом масле, что приводит к её заклиниванию на стальной опорной втулке, или проворачиванию в шестерне.
Третье место (1,12%) занимает износ по толщине эвольвентных шлицев ведомых колёс коробки перемены передач, сопряжённых с металлокерамическими дисками гидроподжимных муфт (рис.2.3). Возникновение отказов объясняется ударными нагрузками при включении гидроподжимных муфт и высокими удельными давлениями в этих сопряжениях.
Рис. 2.2. Износ зубьев, питтинг блока шестерен 150М.37.278
Почти столько же (1,07%) выбраковано колёс (шестерни 150М.37.272 и 150.37.269-5 рис.2.4.) транспортного и рабочего рядов из-за износа эвольвентных шлицев по торцам и толщине, изнашивающихся при включении зубчатой муфты.
Сколы зубьев (0,2%) происходят в результате износа и разрушения втулок, то есть являются вторичным (зависимым) отказом. Это объясняется ненадёжной работой тормозка муфты сцепления, который теряет работоспособность из-за износа накладок.
Рис.2.3. Износ эвольвентных шлицев ведомой шестерни под металлокерамическими дисками.
а)
б)
Рис.2.4. Торцевой износ шлицев шестерен а) 150М.37.272 и б) 150.37.269-5
Барабан фрикциона (рис. 2.5) выбраковывается из-за износа поверхностей под уп