close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000103405

код для вставкиСкачать
Ыа
правахрукописи
ria правах
f
/f
ТИМАШОВ Евгений Петрович
ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КАРДАННЫХ ШАРНИРОВ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ
ПРИ РЕМОНТЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
Специальность: 05.20.03 - технологаи и средства
технического обслуживания в сельском хозяйстве
АВТОРЕФЕРАТ
диссергации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва 2005
Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном
учреждении высшего профессионального образования <'Белгородская
государственная сельскохозяйственная академия» (ФГОУ ВПО Бел1"СХЛ)
Научный руководитель:
кандидат технических наук, доцен!
Пастухов Александр Геннадиевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Евграфов Владимир Алексеевич
кандидат тех£1ических наук, профессор
Соболев Евгений Иванович
Ведущее предприятие:
Федеральное государственное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Белгородский государственный
технологаческий университет им. В.Г. Шухова»
Защита состоится «& 6 » дгекаЩ>$. 2005 г. в «Й^» часов на заседании
диссертационного совета Д 220.044.01 при Федеральном государе гвенном
образовательном учреждении высшего профессионального образования
«Московский государственный агроинжеисрный университет имегш В.П.
Горячкина» (ФГОУ ВПО МГАУ) по адресу: 127550, г. Москва, ул.
Тимирязевская, 58.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.
Автореферат разослан «1^» ttOJt*ftJP 2005 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор технических наук, профессор
т
А.Г. Левшин
^оо^-ч_
2-41 Sb
яз^ъ^чч^
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Долговечность отечественных сельскохозяйст­
венных машин (нередко до 7 - 10 ч на отказ) - основная проблема отечествен­
ного сельскохозяйственного машиностроения. Обеспечение работоспособно­
сти техники сводится, в основном, к замене старых деталей новыми, что при­
водит к повышенным издержкам на ремонт и снижению эффективности ее ис­
пользования. Затраты на ремонт, сократившегося почти в 2 раза парка машин,
остаются на уровне 37-40 млрд. руб. и практически равны затратам на ремонт
прежнего (1990 г) парка машин. В механических приводах 80-90% сельскохо­
зяйственной техники применяются карданные шарниры, являющиеся одними
из ответственных элементов передаточных механизмов и в силу специфиче­
ской нафуженности и условий эксплуатации часто выходят из строя. В'основном, карданные шарниры в кинематических схемах включены последовательно
с другами элементами, и, зачастую карданные шарниры передают весь поток
мощности, проходящий через трансмиссию. Поэтому работоспособность кар­
данных шарниров ограничивает долговечность трансмиссии в целом. Таким
образом, задача повышения долговечности карданных шарниров за счет разра­
ботки способов и технических средств, обеспечивающих более полное исполь­
зование ресурса подшипниковых узлов путем технического обслуживания и
ремонта в эксплуатации, является актуальной.
Цель работы. Повышение долговечности карданных ijjapHHj)OB сельско­
хозяйственной техники при ремонте и эксплуатации.
Объект исследования. Карданный шарнир KUJ 400 по ГОСТ 13758-89 с
игольчатыми тюдшипниками № 804704, применяемый в трансмиссиях сельскохозяйсгвенных машин (РОУ 6; ПР-Ф-750; КСК-100А и др.Х тракторов (Т-40Л)
и автомобилей (ГАЗ-53А).
Предмет исследования. Долговечность подшипниковых узлов карданных
шарниров.
Методы исследования. В теоретических и экспериментальных исследо­
ваниях применены методы сопротивления материшюв, исследования износов
деталей, математической статистики, теории активного планирования экспери­
мента и численного анализа на Э В М .
Научная повинна. Теоретически обоснован и практически подтвержден
способ повышения дол'^овечности карданных шарниров сельскохозяйственной
техники путем замены рабочих поверхностей подшипниковых узлов при ре­
монте и техническом обслуживании. Исследовано влияние диаме'фа соедине­
ния шип -tpecTOBHHbi - втулка и натяга на усипие напрессовки и момент пово­
рота втулок. Уточнена математическая модель долговечности карданных шар­
ниров с учетом мероприятий ремонта и технического обслуживания.
Практическая ценность. Состоит в разработке карданных шарниров по­
вышенной ремонтопригодности (П. № № 2232309, 2238446) и способа замены
изношенных поверхностей его подшипш'аивьи »')лив. Г*нработана методика
статических испытаний соединения шип Р ^ Д Щ Ч щ й ^ ^ ' ^а с целью оптими- СП.
i
ф»
'^S?M?i^:
зации конструктивно-технологических параметров соединения. Разработано
оборудование для испытаний шарниров карданных передач. Разработан техно­
логический процесс восстановления изношенных крестовин постановкой пово­
ротных втулок.
Реализация результатов исследования. Результаты научной работы
внедрены (реализованы) на станции технического обслуживания автомобилей
АО «Евротехника » г. Белгород. Стенд для испытаний карданных шарниров
введен в эксплуатацию на инженерном факультете Белгородской государст­
венной сельскохозяйственной академии. Технологический процесс ремонта
крестовитт карданных шарниров проходит прои'шодственную проверку на ЗАО
«Ремоитно-механический завод» п. Волоконовка Белгородской области.
Апробация. Основные результаты исследований доложены и одобрены на
четырех научно-технических конференциях БелГСХ.Л с 2003 по 2005 гг., док­
ладах на заседаниях кафедры тракторов, автомобилей, эксплуатации и ремонта
сельскохозяйственной техники, конференции в Воронежском государственном
аграрном университете и Брянской государстветпгой сельскохозяйственной ака­
демии. Материалы работы были представлены на областном конкурсе научных
молодежных работ «Молодость Белгородчины» (г. Белгород, 2003 г) и конкур­
се научных молодежных работ Российской академии наук. Опытные образцы
ремонтопригодных карданных шарниров, а также испытательный стенд бьига
представлены на выставке Белгородской торгово-промышленной палаты «Белэкспоцеитр».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ в
том числе три патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести
глав, общих выводов, библиографии и приложений. Диссертация изложена на
125 сфаницах машинописного текста, включая 44 рисунка, 6 таблиц, библио­
графию из 125 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность работы, ее практическая зна­
чимость, сформулированы основные положения, вьсиосимые на защиту.
В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» проведен
анализ существующих способов повышения долговечности карданных шарни­
ров.
Разработке основных направлений повышения долговечности узлов и де­
талей сельскохозяйственных машин посвящены работы таких ученых, как В Я.
Аншювич, И.Г. Голубев, М.Н. Ерохин, Р.В. Кугель, С.А.Лапшин, Е.Л. Пучин,
Д.Н. Решетов, Э.П. Флик и др.
Снижением нагруженности элементов подшипниковых узлов и повышени­
ем их ремонтопригодности занимались такие ученые, как B.C. Вишняков, Ю.В.
Гнусов, С.Н. Иванов, В.А. Какуевицкий, А.И. Клейнер, М.И. Кучма, А,С. Силкин, Е.И. Соболев, В.М. Щебров и др.
Одно из удачных решений - применение втулок из материала с высокой
твердостью поверхности, напрессованных на шип крестовины. Это позволит
упростить технологию изготовления, и при ремонте сохранить относительно
дорогостоящую крестовину, ограничиться заменой втулок. Существуют также
конструкции разборных крестовин. Они позволяют производить замену изно­
шенных пшпов с целью введения в рабочую зону неизношенных поверхностей
качения.
Совершенствованию процесса изготовления карданных шарниров, выбора
материала, термообработки, а также правильной организации производства по­
священы работы А.А. Анатольева, И.Ф. Демидовича, В.М. Жураковского, Б.А.
Каледина, Ю.М Кулакова, К.А. Резникова, И.Х. Шарафеева, Б.А. Яхина и др.
Эффекг в эксплуатации позволяют получить мероприятия технического
обслуживания и ремонта карданных шарниров, улучшения режимов и условий
их работы, изучением которых занимались Л.В. Березницкий, О.Л. Голян, Ю.Н.
Даллакяп, М.Г. Дегтярев, В.К. Козленке, А.Г. Пастухов, A.M. Сигаев и др. Ре­
монтными воздействиями является восстановление элеменюв карданного шар­
нира и замена изношенных деталей.
Цель исследований - повышение долговечности карданных шарниров
сельскохозяйственной техники при ремонте и эксплуатации. Для достижения
указанной цели поставлены следующие задачи:
1. Разработка способа повышения долговечности и конструкции ремон­
топригодного карданного шарнира.
2. Теоретическое обоснование конструктивно-технологических парамет­
ров соединеяия шип крестовины - втулка, приспособленного к техни­
ческому обслуживанию.
3. Исследование долговечности карданных шарниров и разработка экспе­
риментальных средств и методов оценки ресурса.
4. Разработка технологического процесса ремонта крестовин карданных
шарниров, производственная и технико-экономическая оценка эффек­
тивности мероприятий.
Во второй главе «Разработка ремонтопригодного карданного шарнира и
способа его технического обс.чуэюивания» представлена разработка кардаин010
шарнира а также инженерный расчет основных параметров.
Существуют методы замены рабочих поверхностей подшипниковых узлов
карданного шарнира. Один из этих методов заключается в повороте крестови­
ны на 90" по оси ее вращения относительно вшюк и повороте каждого игольча­
того подшипника на 180° относительно шипа крестовины. Реализация этого
метода возможна только при полной разборке шарнира, что является сущест­
венным недостатком метода.
Предлагаемое техническое решение (патент РФ № 2232309) состоит в том,
что на шипах крестовины карданного шарнира установлены втулки с наружной
цилиндрической поверхност1^ю, выполненные в виде стакана с отверстием в
центре основания. Отверстие выполнено в форме правильного выпуклого мно­
гоугольника. В центре основания игольчатого подшипника также выполнено
аналогичное отверстие (рисунок 1). Новизна заключается в том, что разборку
этого шарнира выполняют частично, а замену изношенных поверхностей на
неизношенные проводят дифференцированно для каждого подшипникового
узла путем поворота игольчатого подшипника и втулки посредством отверстий
в их основаниях.
Л-Л
1 - крестовина, 2 - шип, 3 • втулка, 4 - июльчатые ролики, 5 - корпус ш'ольчагого
подшипника, 6,7- отверстия, 8 - уплотнения, Ч - крышка, 10 - винт, 11, 12 - вилки
Рисунок 1 - Схема карданного шарнира
Конструкция карданного шарнира (патент РФ № 2238446) позволяет
реализовагь метод замены рабочих поверхностей без разборки. Отличительной
особенностью является то, что поворот рабочих поверхностей при техническом
обслуживании осушсствляется одновремешю ;ця четырех шипов при помоши
приводного элемента.
Предлагаемые конструкции позволяю! реализовагь метод замены рабочих
поверхностей без разборки и тем самым повысить ресурс карданного шарнира.
В третьей главе «Теоретические исследования повышения долговечности
карданных шарниров путем замены рабочих поверхностей подшипниковых
узлов» изложены результаты теоретических исследований долговечности
карданного птрнира и обоснования его копсфуктивно-технологических
параметров.
Для оценки долговечности карданных шарниров и сельскохозяйственных
машинах используется формула;
LhO
C\ll-Lwf\
' Kd')
п-р
^KШ
■aja2-a3,
(J)
где: L,,o - расчетный ресурс, ч; А - переводной коэффициент; С - динамическая
грузоподъемность, I I ; 7/- высота крестовины по торцам шипов, м; L„ - рабочая
длина игл подшипника, м; р - угол излома карданного шарнира, град; п
- частота вращения, мин'; Гкщ - крутящий момент, Н м ; К^ • коэффициент ди­
намичности; т - показатель степени; д/ - коэффициент надежности, учиты­
вающий заданный уровень (степень) надежности; а^ -- коэффициент материала
деталей подшипников, учитывающий его структуру, чистоту, в отношении не­
металлических включений и твердость; аз - коэффициент, учитывающий усло­
вия эксплуатации. Однако приведенная формула не учитывает влияния началь­
ного радиального зазора подшипниковых узлов на их долговечность. Для учета
влияния начального радиального зазора на долговечность карданных шарниров
А.М. Сигаевым предложена формула:
А
LhO =п-р-^А,
—7л^ТГ
(C-{H-Lw)T
'кш
(2)
где: А„ - начальный радиальный зазор в подшипниковом узле шарнира, мкм.
Обозначим через Lhi суммарный ресурс карданного шарнира. Определим
суммарный ресурс для трех случаев; 1) серийного шарнира; 2) способа восста­
новления или технического обслуживания; 3) ремоетопригодного шарнрфа с
поворотными втулками. Для серийного карданного шарнира суммарный ресурс
будет равен:
iL=/'AO.
(3)
Применительно для способа увеличения долговечности путем восстанов­
ления или технического обслуживания, суммарную долговечность можгю пред­
ставить в виде:
L"^=LhO-(l
+ h),
(4)
где ki - коэффициент увеличения долговечности за счет мероприятий восста­
новления или технического обслуживания.
Дчя кардатпюго шарнира с поворотаыми втулками и способа замены ра­
бочих поверхностей суммарная долговечность при однократном восстановле­
нии определяется по формуле:
^^ly^Ш■^
+ k2mo\
hi:'=^hQ-^ + +
4php
+ li2moh
(5)
где kip - коэффициент увеличения долговечности за счет установки ремонтных
втулок; к2п„ - коэффициент увеличения долговечности за счет поворота втулок.
Графическая интерпретация сравнения ресурсов карданных шарниров по трем
вариантам показана на рисунке 3.
Основтюе условие работоспособности карданного шарнира с поворотными
втулками состоит в том, что втулка на шипе не должна самопроизвольно пово­
рачиваться, но должна поворачиваться от руки, при помощи инструмента (при
моменте на ключе 30...80 Нм). Поэтому возникает необходимость выбора по­
садки с минимально возможным натягом. Расчет сводится к определению наи­
меньшего допустимого натяга [Л^^^] и наибольшего допустимого натяга [N„ax]-
II
III
Ресурс
Рисунок 3 - Сравнение способов увеличения долговечности
Функциональная зависимость для расчета наименьшего допустимого натя­
га [Nmin] выглядит следующим образом:
[Nj=f{M,:d„,;l;f:E,;E,:d,;d,;M,;M2:Kj^Rj,
(6)
где: Мк - крутящий момент, стремящийся повернуть одну деталь относительно
другой, Нм; dHc - номинальный диаметр соединения, м; / - длина контакта со­
прягаемых поверхностей, м; /■- коэффициент трения при установившемся про­
цессе распрессовки; £/, Е2 - модули упругости материалов, соответственно
шипа и втулки, Па; dj - диаметр центрального отверстия в шипе, м; dj - наруж­
ный диаметр втулки, м; //;, yL^ - коэффициенты Пуассона, соответственно шипа
и втулки; Rad, RaD - характеристики шероховатости поверхностей шипа и втул­
ки соответственно.
Дня расчета наибольшего допустимого натяга [A^mnJ функциональная зави­
симость выглядит так:
К а х ] = /(о-,,; a-,,:d„,, Е,; Е,; d,; d,; /i,; ц,; R^; R^^),
(7)
где: (Trj ,(7jj - предел текучести материала шипа и втулки соответственно.
Для обеспечения в соединении наименьшего натяга необходимо, чтобы
подобранный натяг был как можно ближе или равен расчетному [N„,„]:
Л',™х<Ка,],
N„„>[N„.„].
(8)
(9)
С помощью зависимостей (6 .. 9) установлены основные консгруктивнотехнологические параметры соединения втулки и ишпа крестовины кардашюго
шарнира, наиболее распространенного в конструкциях сельскохозяйственных
машин, диаметр шипа, которого составляет 22 мм, подшипник № 804704. В ре­
зультате расчета шипа на прочное гь и жесткость и усталость установлено, что
минимальный допустимый диаметр шипа равен 18,5 мм. Прочностной расчет
втулки показал, что толщина стенки втулки должна бьпъ не менее 1 мм. Таким
образом, диапазон значений диаметра соединения составляет 18,5... 20 мм.
По результатам расчетов натягов в соединении подобрана посадка Кб/кб
(момент поворота не более 50 Нм). Увеличение диаметра втулки после запрес­
совки лежит в допустимых пределах.
Зону износа поверхности можно охарактеризовать центральным углом по­
верхности шипа у/и- Аналитически установлено, что для однорядного игольча­
того подшипника при номинальном радиальном зазоре угол зоны нагружения
равен 127° 48'. Количество замен рабочих поверхностей подшипникового узла
можно определить по формуле;
М=-.
1
(10)
^^1+2J3
где: щ - угол зоны нагружения, град; ^ - угол излома карданного шарнира,
град. Очевидно, что ;V - целое положительное число, тогда количество замен
изношенных поверхностей однорядного иг'ольчатого подшипника не может
превышать одну, то есть N=\.
Проведенный анализ показал, что при замене изношенных поверхностей
подшипникового узла на неизношепные необходимо вводить в рабочую зону
неизношенные поверхности. При этом важно определить оптимальный интер­
вал (периодичность) замены изношенных поверхностей. Интервал восстанов­
ления с позиции физико-техн»ческого подхода необходимо определять так,
чтобы при заданной допустимой фанице зазора с большей вероятностью уст­
ранить скрытые отказы. При обосновании этого ингервала необходимо иметь
результаты стендовых или эксплуатационных испытаний.
В четвертой главе «Программа и методика экспериментальных исследо­
ваний» изложена последовательность и содержание проведения исследований.
Профамма экспериментальных исследований долговечности карданных
шарниров включает изучение следующих вопросов:
1. Оптимизация конструктивно - технологических параметров ремонто­
пригодного карданного шарнира путем С1атических испытаний.
2. Разработка и испытание стендового оборудования для оценки ресурса
карданных шарниров.
3. Экспериментальная оценка ресурса разработанного карданного шарнира
посредством лабораторных стендовых испытаний.
4. Аншшз износов элементов карданных шарниров в эксплуатации.
Методика сштических исследований предлагаемого кардан}юго шарнира
включает экспериментальное определение усилия напрессовки, необходимою
для сборки и экспериментальное определение момента, необходимого для по-
ворота втулок на шипах. Статические испытания проводились на машинах Р - 5
и К М - 50 - 1 в условиях лаборатории сопротивления материалов.
С целью экспериментальной оценки ресурса предлагаемого карданного
шарнира разработан испытательный стенд, который предназначен для уско­
ренных ресурсных испытаний шарниров карданных передач автомобилей,
тракторов и сельскохозяйственной техники (рисунок 4)
1 - рама, 2 - наклонная полурама, 3 - электродвигатель, 4 - ведущий вал, 5 торсион, 6 слвоенный карлапиый шарнир (на рисунке не показан), 7 - ведомый вал, 8, 9 - конические
колеса, 10 - резьбовые стяжки, 11 - рычаги, 12 ролики, 13 - вергикалыше стопки, 14 - шар­
нирные опоры, 15, 16 - регулируемые речьбовые стяжки
Рисунок 4 - Стенд для испьиапий карданных передач
Для проведения исльнаний усовершенствованы средства, определены ме­
тодики измерения и обработки результатов испытаний, позволяющие измерять
и контролирова1ь параметры режимов нагружсния, и технического состояния
карданных шарниров (момепг, частоту врап1сния, угол излома, наработку ра­
диальный зазор, температуру).
Методика ресурсных испытаний предусматривала ускорение испытаний
уплотнением по времени и ужесточением по режимам, экстремально возмож­
ным в эксплуатации, ""ho позволяет классифицировать испытания как гранич­
ные. Условие прекращения испытаний - скачкообразное увеличение темпера­
туры одного из подшипниковых узлов на 5.. 10° С. В качестве показателя дол­
говечности используется наработка подшипников шарнира до пределыюю со­
стояния.
Исследование технического состояния элементов карданных шарниров
проводилось на выведешгых из работы по причине износа шарнирах, эксплуа­
тировавшихся на сельскохозяйственной технике в хозяйствах Белгородской
10
области. Наиболее достоверные данные получены при контроле следующих
параметров: износ беговых дорожек шипов, износ игольчатых подшипников,
износ иголок и износ крестовин по торцам шипов.
В пятой главе «Результаты исследований и их анализ» изJЮжeны резуль­
таты экспериментальных исследований карданного шарнира.
При статических исследованиях установлию, что усилие напрессовки
прямо пропорционально перемещению втулки на птипе. Наибо.тьшее усилие
наблюдается в самом KOHTIC перемещения втулки. В начале поворота втулки на
шипе момент резко возрастает, что обусловлено срывом микронеровностей в
соединении. Далее, в процессе дальнейшего поворота момент остается практи­
чески неизменным. Повторные повороты втулки на шипе дали такие же ре­
зультаты, что указывает на возможное 1ь повторного использования шипов кре­
стовины.
По данным лабораторного опыта составлена матрица планирования пол­
ного двухфакгорного трехуровневого центральною плана (3^). На основании
теории активного планирования эксперимента установим следующие условные
обозначения: 1) факторы Xi - диаметр соединения, мм, Xj - натяг в соедине­
нии, мкм; 2) функции отклика Yi - усилие напрессовки, Н, Yi ~ момент пово­
рота, Нм. В результате множественного ретрессионного анализа получены за­
висимости в виде полинома второй степени:
Г, = 344797,9-32843,86• X, -2620,715-Х^+П 1,001 ■ Х'; +133,6067 X, X, (11)
Г2-2408,085-230.7637Х, -23,17972 Х^-г 5,625 А-,'+1,17434 Х.-Х-,
(12)
Однородность дисперсий по критерию Кохрена подтверждается. Значения
коэффициентов множественной корреляции: Ri"-0,935, R2=0,934, а коэффици­
ентов множественной детерминации: R|^=0,875, R2^=0,872. Коэффициенты рег­
рессионных уравнений являются значимыми по критерию Стьюдета. Полу­
ченные модели досгагочно определены по критерию Фишера включенными
переменными при вероятности Р-0,95. Графическая иллюстрация этих зависи­
мостей показана на рисунке 5.
Так как полученные модели описываются поверхностью минимакса, то
исследование модели на оптимум сводится к выбору минимальных значений
функций отклика (Y|. Уг) из максимальных, а максимальных из минимальных.
После аналиш трехмерных поверхностей установлено, что оптимальное
значение диаметра соединения составляет Xi=19,25...19,7 мм, а натяга в со­
единении - Хг'7... 16 MK.M. Гакие параметры обеспечивают усилие напрессовки
порядка Yi=900...1200 Н, а момеш поворота Y2~43,..46 Нм Это позволяет
производить сборку к-рестовин в условиях мастерской, а поворот втулок в по­
левых условиях от руки при помощи инструмента.
Для экспериментальной оценки ремонтопригодного кардаиною шарнира
были проведены стендовые ресурсные испытания. По результатам испьианий
составлена матрица планирования двухфакгорного эксперимента.
И
19.4 19.25
Диаметр, мм
18,95
18,5
усилие напрессовки (Y|);
— - момент повор^яа (Y2).
Рисунок 5 - Проекции изолиний поверхностей отклика
На основании теории аюшвного планирования эксперимента установим
следуюпще условные обозначения: 1) факторы Х| - угол поворота, град, Хг относительное время поворота; 2) функция отклика У - наработка, ч. В резуль­
тате множественного peipeccHOHHoro анализа получена зависимость в виде по­
линома второй степени:
У=47,2192,6Х7+0,0523Х.Х2-92,4Х2
2
(13)
Однородность дисперсий по критерию Кохрена подтверждается. Значение
коэффициента множественной корреляции R=0,938, а коэффициента множест­
венной детерминации R^=0,879. Коэффициенты регрессионного уравнения яв­
ляются значимыми по критерию Стьюдента. Полученная модель достаточно
определена по критерию Фишера включенными переменными при вероятности
Р=0,95. Поверхность, описываемая полученной моделью, показана на рисунке
6.
Анализ поверхности отклика показывает, что оптимальный угол поворота
- 180°, что подтверждает теоретическое предположение. Оптимальное время
поворота - при достижении 0,6 от расчетной наработки.
Для более детального изучения влияния относительного времени поворота
на суммарную наработку карданного шарнира построим экспериментальные
фафики. По оси абсцисс откладываем значения относительного времени пово­
рота (X), по оси ординат - соотношение суммаргюй наработки к расчетной
средней по шарниру (вариант I (Y|)) и соотношение суммарной наработки к
расчетной по каждому ггодгпипниковому узлу (вариант П (Y2)) (рисунок 7). У
12
экспериментальных точек серийных шарниров, из разумных соображений, ко­
ординаты точек буду г равны 0:1 и 1:1 (рисунок 7).
^^^^.^
^
Щ^.
^
- 55
|52
I 49
f-4«
Из
J 40
угол повогта,
фая
180
О 10,2
,0,4"'
относительное
время поворша
Рисунок 6 - Зависимость суммарной наработки от времени замены
рабочих поверхностей и угла поворота втулок
В результате аппроксимации экспериментагилгых точек получены уравне­
ния вида:
Y, = -7,95Х^ + 10,5Х^ - 2,52Х + 1,
(14)
Ya =-19,0Х' +30,2X^-11,IX+1.
(15)
Значение коэффициентов множественной корреляции Ri=0,956, R2=0,986,
а коэффициентов множественной детерминации R|^'=0,913, R2^=0,792.
s
-J
5
0,65
0,75
т
i-M
0.80
on, г
'''Iti
on
Рисунок 7 - Определение оптимального времени замены
рабочих поверхностей
13
1,00
Изучение уравнений на оптимум показало, что для шарнира в целом
оптимальное время поворота втулок наступает при достижении значения
наработки в 0,741 (вариант I) от расчетной, а для дифференцированного
поворота - 1фи достижении 0,815 от расчетной наработки (вариант II).
При одновременном воздействии на все подшипниковые узлы карданного
шарнира эффект увеличения долговечности составляет 1,68. Эффект от
дифференцированного воздействия ири нарабопсе 0,815 от расчетной
составляет 1,73.
Для оценки износов элементов карданных шарниров были проведены
измерения партии изношенных карданных шарниров, эксплуатировавшихся на
сельскохозяйственных машинах в хозяйствах Белгородской облает. Анализ
износов элементов карданньге шарниров показал, что распределение величин
износов для всех контролируемых параметров подчиняется теоретическому
закону распределигая Вейбулла. Наиболее достоверные результаты получены в
результате анализа износов цюшндрических и торцевых поверхностей шипов
крестовин. При этом до 70% шарниров, снятых с эксплуатации не выработали
свой ресурс, а около 30% карданных шарниров нуждаются в восстановлении.
В шестой главе '(Проиэводственная проверка и технико-экономическая
оценка разработок» представлен технологический процесс ремонта крестовин
карданных шарниров, определено снижение себестоимости восстановления и
выполнен расчет экономической эффективности внедрения ремонтопригодного
карданного шарнира и способа замены рабочих поверхностей.
Разработанный технологический процесс ремонта крестовин карданных
шарниров постановкой ремонтных втулок, отличительной особенностью
которого является ю, что при ремонте применяется метод селективной сборки с
ужесточенными требованиями к натягу в соедт1ении, позволяет
восстанавливать за одну операцию не только цилиндрические поверхности
шипов, но и их 1Х)рцевые поверхности.
Технико-экономическая оценка предлагаемого способа ремонта показала
снижение себестоимости восстановления крестовин на 68,9%, а кресювин в
сборе с подшипниками на 24,1% по сравнению с приобретением новой детали.
Расчетный экономический эффект от внедрения кардаптюго шарнира и способа
замены рабочих поверхностей (патент РФ №2232309) составляет 500 руб. в год
на одну сельхозмашину.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Разработаны конструкции ремонтопригодных карданньгх пгарниров
(патенты РФ № № 2232309, 2238446), позволяющие повысить послеремонтный
ресурс в 1,68 ... 1,73 раза путем замены рабочих поверх1юстей подпшпниковых
узлов при техническом обслуживании и ремонте.
2. Обоснованы посадка в соединении шип крестовины - втулка К6/к6
(формулы 6 . . 9) и количество замен рабочих поверхностей, равное единице
для карданного шарнира по патенту № 2232309.
14
3. Экспериментально определены оптимальные значения диаметра соеди­
нения шип крестовины - втулка 19,25...19,74 мм и натяга в этом соединении
7... 16 мкм, обеспечивающие усилие иапрессовки не более 1100 Н, и момент по­
ворота не более 46 Нм.
4. Исследование долговечности карданного шарнира повышенной ремон­
топригодности и способа замены рабочих поверхностей показала, что ресурс в
среднем увеличивается на 68...73 % . При этом, замену рабочих поверхностей
подшипниковых узлов целесообразно производить при наработке в 74,1...81,5
% от расчетной.
5. Оценка долговечности карданного шарнира методом стагистических
испытаний при эксплуатационных режимах нагружения показала, ч го 90%-ный
ресурс опытных карданных шарниров составляет 969 ч, а серийных - 645 ч.
Таким образом, 90%-ный ресурс опытных карданных шарниров превышает ре­
сурс серийных в 1,5 раза.
6. Выявлено, что распределение величин износов для всеч контролируе­
мых парамс'фов подчиняется теоретическому закону распределения Вейбул1а.
Наиболее достоверные результаты получены в результате анализа износов ци­
линдрических и торцевых поверхностей шипов крестовин. При этом около 70%
шарниров, снятых с эксплуатации не выработали свой ресурс, а около 30% нуждаются в восстановле;шя.
7. Разработан технологический процесс ремонта крестовин карданных
шарниров постановкой ремонтных втулок в ycJювияx РТТТ. Техникоэкономическая оценка предлагаемого способа ремонта показала, что снижение
себестоимости восстановления крестовин составляет 68,9%, а крестовин в сбо­
ре с подшипниками - 24,1% по сравнению с приобретением новой дета/ш. Рас­
четный экономический эффект от внедрения карданного шарнира и способа
замены рабочих поверхностей (патент РФ №2232309) составляет 500 руб. в год
на одну сельхозмашину (карданный вал с двумя шарнирами).
lax:
Основные положения диссертации опубликованы в следуюи(их рабо-
1. Скурятин Н.Ф., Пастухов А.Г., Тимашов E.II Метод повышения эффек­
тивности использования сельскохозяйственной техники путем увеличения дол­
говечности карданных шарниров // Материалы конференции «11роблемы сель­
скохозяйственного производства на современном этапе и пути их решениям
Международная научно-производственная конференция, иосвященная 25летию образования Белгородской юсударственной сельскохозяйственной ака­
демии. Белгород, 2003. с. 123-124.
2. Пастухов А.Г., Скурятин П.Ф, Тимашов E.il. Аналитическое обоснова­
ние конструктивно-технологических параметров соединения шип кресювины втулка // Материалы конференции «Проблемы сельскохозяйственного произ­
водства на современном этапе и пути их решения». Международная научнопроизводственная конференция, посвяи1енная 25-летто образова)шя Белгород15
ской государственной сельскохозяйственной академии. Белгород, 2003. с. 122123.
3. Скурятин Н.Ф., Пастухов А.Г., Тимашов Е.П. Способ повышения долго­
вечности карданных шарниров сельскохозяйственной техники // Проблемы
сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения
/ Материалы V I I международной научно-производственной конференции. - Ч.
II: Белгород, 2003. с. 34.
4. Скурятин Н.Ф., Пастухов А.Г., Тимашов Е.П. Методика статических ис­
пытаний крестовин карданных шарниров с поворотными втулками // Материа­
лы конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на совре­
менном этапе и пути их решения».
VIII международная научнопроизводственная конференция, Белгород, 2004. с. 146 - 147.
5. Патент № 2232309. Карданный шарнир и способ его технического об­
служивания / Скурятин Н.Ф., Пастухов А.Г., Тимашов Е.П. Заявка №
2003100986. Заявл. 13.01.2003. Опубл. 10.07.2004. Бюл. № 19
6. Патент N? 2238446. Карданный шарнир и способ его технического об­
служивания / Тимашов Е.П., Пастухов Л.Г., Скурятин Н.Ф. Заявка №
2003106909. Заявл. 12.03.2003. Опубл. 20.10.2004. Бюл. Х» 29
7. Модернизированный стенд для ускоренных ресурсных испытаний шар­
ниров карданных передач / Сост. Пастухов А.Г., Тимашов Е.П. - ИЛ № 07-02904 Белгородский 1ЩТИ. 20. 12. 2004 г. - 4 с.
8. Патент № 2205377. Стенд для испытания карданных передач / Пастухов
А.Г., Тимашов Е.П., Кошелев А.И. Заявка № 2002112352. Заявл. 07.05.2002
Опубл. 217.05.2003. Бюл. № 15.
9. Тимашов Е.П. Результаты статических исиышний крестовин кардан­
ных шарниров с поворотными втулками // Конструкция, исгюльзование и на­
дежность машин сельскохозяйственного назначения. Сборник научных работ
Брянской ГСХА, Брянск 2005 г. с. 100 - 105.
10. Результаты обоснования оптимальных параме-фов соединения шип
крестовины - втулка. /Е.П. Тимашов.// Сетевой научно - методический элек­
тронный @грожурнал МГАУ. № 3 июнь 2005. http: // agromaga/ine. msau.ru.
16
Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры «Общетехнических
дисциплин» и кафедры «Эксплуатация, техническое обслуживание и ре­
монт машин в АПК» и ее заведующему д.т.н., профессору Скурятину Н.Ф.
за консультации и поддержку, оказанную при выполнении данной работы
Подписано к печати /t. и. 05
Формат 60x84 1/16
Бумага офсетная. Печать офсетная.
Уч.-изд. л. 1,0
Тираж 100 экз.
Заказ № 337^
i*
■*
Федеральное государственное
образовательное учреждение
высшего профессионального
образования «Московский
государственный агроинженерный
университет имени В.П. Горячкина
Отпечатано в лаборатории
оперативной иолифафии
ФГОУ ВПО МГЛУ
127550, Москва, Тимирязевская, 58
17
ч
123161
РНБ Русский фонд
2006-4
24753
^
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
850 Кб
Теги
bd000103405
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа