Исследование износного состояния деталей гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Таблица 3

Расход запчастей к топливоподающей аппаратуре дизелей дорожных машин

Запасная деталь СТС УТС

Общий расход, ед. % общего расхода Общий расход, ед. % общего расхода

Плунжер в сборе (втулка + плунжер) 59 19,09 27 18,39

Нагнетательный клапан в сборе (седло + клапан) 71 22,98 32 21,72

Распылитель в сборе (игла + корпус распылителя) 52 16,82 26 17,70

Толкатель 42 13,59 18 13,32

Детали топливоподкачивающего насоса 44 14,24 16 10,75

ФТО 41 13,28 27 18,39

Итого 309 100 146 100

составила 1296 машино-дней, за которую произошел 231 отказ деталей ТС, тогда как с УТС — 114 отказов за наработку 1822 машино-дней. Характер отказов, причины и их частота приведены в таблице 2. Из этой таблицы видно, что кратность снижения отказов деталей УТС машин в среднем составляет 2,82 раза.

Статистика отказов показала, что при СТС наработка на первый отказ плунжерной пары составила 1546 ± 200 ч, клапанной пары — 1365 ± 315 ч, распылителя — 1630 ± 160 ч; при УТС — соответственно 2760 ± 79,2816 ± 197,3030 ±115 ч.

Эти результаты подтверждены среднегодовым расходом запасных частей, приобретенных предприятием на восстановление работоспособности топливной системы машин (табл. 3). Двухразовое снижение расхода запчастей для УТС по сравнению с СТС очевидно. Особенно это касается топливоподкачивающего насоса, который первый из агрегатов

подачи топлива принимает на себя абразивную нагрузку загрязнений, содержащихся в топливе.

Таким образом, предлагаемый вариант совершенствования топливной системы сельскохозяйственных машин в 1,5____2,8 раза повышает надеж-

ность ее деталей с одновременным снижением расхода запасных частей, что приводит к повышению эффективности использования машин в эксплуатации.

Список литературы

1. Свиридов, Ю.Б. Топливо и топливоподача автотракторных дизелей / Ю.Б. Свиридов, Л.В. Малявинский, М.М. Викерт. — Л.: Машиностроение, 1979. — 248 с.

2. Удлер, Э.И. Фильтрация углеводородных топлив / Э.И. Удлер. — Томск: Изд-во Томского университета, 1981. — 150 с.

3. Григорьев, М.А. Очистка топлива в двигателях внутреннего сгорания / М.А. Григорьев, Г.В. Борисова. — М.: Машиностроение, 1991. — 208 с.

УДК 631.561.2.033.001.5

С.А. Ищенко, канд. техн. наук, докторант В.И. Балабанов, доктор техн. наук, профессор

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗН0СН0Г0 СОСТОЯНИЯ ДЕТАЛЕЙ ГУСЕНИЧНОГО ДВИЖИТЕЛЯ РИСОЗЕРНОУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ

Анализ современного состояния механизации уборки зерновых культур в России выявляет ее низкую эффективность. Статистические данные свидетельствуют о постоянной тенденции сокращения общего числа комбайнов в парке, роста доли неисправных машин, старения парка, увеличения средней нагрузки на комбайн. По сравнению с 1990 г. годовой выпуск комбайнов уменьшился в 10 раз, а уменьшение их общего парка лишь в 2,5 раза произошло за счет того, что в эксплуатации остаются машины со сред-

ним сроком службы 15 лет и более, из которых исправных машин, постоянно участвующих в уборке, менее 70 %. Рост нагрузки на комбайн приводит к нарушению сроков уборки урожая, значительному увеличению продолжительности уборочного сезона и потерь зерна.

Наблюдается большая продолжительность простоев вследствие недостаточной надежности некоторых сборочных единиц и соединений, особенно из-за низкой износостойкости их деталей, невысо-

кого качества ремонта и технического обслуживания, что приводит к потере урожая. С целью повышения надежности машин необходимо, прежде всего, достаточно точно оценить их показатели, выявить наиболее изнашиваемые детали и установить причины их низкой работоспособности. В дальнейшем, на основании обобщения фактических данных наблюдений и испытания разработать конкретные способы восстановления изношенных деталей, обеспечивающих заданный ресурс деталей, соединений и комбайнов в целом [1, 2].

Исследование надежности рисозерноуборочных комбайнов, эксплуатируемых в специфических почвенно-климатических условиях Дальнего Востока, показало, что наименее надежным агрегатом является гусеничный движитель, а в нем наименьшей долговечностью обладает гусеничная цепь и, в частности, втулка [2, 3].

Службы хозяйств по эксплуатации комбайнового парка не располагают данными об износе гусеничных цепей в зависимости от наработки и сдают в ремонт гусеничные цепи, не имея заключения

о их техническом состоянии.

Комплексным критерием оценки технического состояния гусеницы комбайна является удлинение ее шага с увеличением срока эксплуатации. Установлено, что изнашивание сборной гусеничной цепи приводит к отказу вследствие непрерывного увеличения ее шага, когда он достигает значения, при котором появляется опасность нарушения зацепления и как крайний случай — соскакивание ее с ведущей звездочки и направителей. Эти цепи при поступлении на ремонтное предприятие не восстанавливают, так как их износы находятся за пределами существующих допусков. При этом втулки испытывают основные нагрузки от ведущего колеса, а после истирания цементованного наружного слоя износ идет еще интенсивнее.

Для определения характера изменения износ-ного состояния гусеничной цепи с увеличением наработки замерены удлинения 10 звеньев 165 гусеничных цепей на комбайнах «Енисей-1200Р» в сельскохозяйственных предприятиях Уссурийского, Хорольского и Ханкайского районов Приморского края.

Комбайны выбирали в зависимости от срока службы и наработки. Наработку гусеничных цепей фиксировали в гектарах /у убранной площади зерновых, зер- ({

нобобовых культур и риса. Удли- \\

нения 10 звеньев замеряли непосредственно на комбайне в конце рабочей смены.

Износ гусеничных цепей при дефектации по действующим ] «Техническим требованиям на ка-

питальный ремонт рисозерноуборочного комбайна СКД-6Р» ТК 70.0001.114-82 определяли по увеличению шага цепи — длине 10 звеньев цепи на стенде ОР-5012А для снятия и установки опорных плит гусениц. При этом номинальная длина 10 звеньев составляла 1740 мм + 1,5 мм. Согласно этим требованиям, когда данный размер равен 1810 мм и более, цепи необходимо браковать.

Однако, специальный стенд 0Р-5012А имеют только специализированные предприятия по ремонту гусеничных полотен. Поэтому дать заключение о техническом состоянии гусеничной цепи непосредственно в хозяйствах не представляется возможным и гусеничные цепи там эксплуатируют до предельного износного состояния. Когда их доставляют на ремонтные предприятия, такие составные детали как втулка, палец и щека в большей части невосстановимы в силу их критического из-носного состояния. При этом ремонтные предприятия вынуждены до 85 % гусеничных цепей собирать из новых деталей, что значительно удорожает себестоимость ремонта гусеничных полотен.

Для повышения качества ремонтно-диагностических работ разработано специальное приспособление КСП-89-11 (рис. 1), предназначенное для диагностирования и определения износа гусеничных цепей без снятия их с движителей рисозерно- и кукурузоуборочных комбайнов.

Устройство состоит из гидравлического механизма натяжения провисшей гусеницы 2 — специального домкрата 4 со встроенными в гидросистему манометром 3 для контроля за усилием, развиваемым домкратом, подставки под домкрат, устанавливаемой рамой каретки гусеничного движителя, и упорной пластины ], размещаемой под штоком домкрата. Для измерения удлинения 10 звеньев цепи используют масштабную линейку и рейку со шкалой до 2000 мм.

Чтобы определить износ гусеничной цепи, комбайн вначале подают назад до полного натяжения верхней ветви гусеницы. Затем устанавливают домкрат с подставкой на раму каретки и подводят шток с пластиной до верхней правой ветви гусе-

Рис. 1. Схема установки приспособления для определения износов гусеничных цепей на комбайне:

— упорная пластина; 2 — гусеничная цепь; 3 — встроенный манометр; 4 — специальный домкрат

ничной цепи. Затем продолжают натяжение гусеницы до полного исчезновения зазоров в соединениях втулка-палец-щека, руководствуясь показаниями предварительно проградуированного манометра или зная высоту выдвижения штока домкрата. При этом верхняя часть гусеничного полотна вытягивается в ровную линию. Износ определяют по удлинению расстояния между центрами крайних десяти пальцев, которое замеряют масштабной рейкой.

Точное значение длины измеряемого участка гусеничной цепи получают по формуле

I = _ 4+^2 ,

1 2

где I — длина 10 шагов, измеренная штангенциркулем;

42 — диаметры крайних втулок звеньев измеряемого участка цепи, мм.

Если износ 10 звеньев цепи превышает 1810 мм (предельное допустимое удлинение), то гусеницы необходимо заменить на новые или восстановленные.

Преимущество разработанного приспособления — простота конструкции с соблюдением требуемой точности измерений. Его может использовать ремонтная служба при технических обслуживаниях и ремонте комбайнов в хозяйствах с незначительными денежными и трудовыми затратами.

Основные показатели распределения измеряемых значений даны в табл. 1.

Исследования показали, что некоторые детали, выбракованные хозяйствами, могут еще работать с допустимым износом в сборе с новыми деталями, т. е. детали гусеничной цепи неравноизносостойки. В данном соединении наименее износостойкой оказалась поверхность отверстия в щеке под палец, имеющая пониженную твердость по сравнению с другими рабочими поверхностями. Кроме того, поверхности одной детали изнашиваются по-разному. Например, самая металлоемкая деталь

цепи — щека имеет по всем рабочим поверхностям разный процент годности.

Необходимо отметить, что износ гусеничной цепи превышает допустимые пределы уже при наработке комбайна 200_250 га. Причем наиболее интенсивное изнашивание наблюдается при наработке до 130 га. Дальнейшая эксплуатация этой цепи должна быть прекращена и цепь направлена в ремонтное предприятие для восстановления изношенных деталей.

В условиях Дальнего Востока рисозерноуборочный комбайн отрабатывает за сезон 148 га (согласно исследованию авторов), поэтому можно сделать вывод, что гусеничные цепи отрабатывают до ремонта полтора-два сезона, в то время как в Красноярском крае и зоне Нечерноземья гусеничные цепи до капитального ремонта эксплуатируют четыре сезона. Следовательно, на интенсивность износа деталей гусеничных цепей существенно влияют специфические почвенно-климатические условия Дальнего востока.

С другой стороны, из проведенных исследований по износу гусеничных цепей, по ремонтному фонду Уссурийского комбайноремонтного завода следует, что около 35 % гусеничных цепей доставляют на ремонт с удлинением выше допустимого.

Наблюдается большой интервал колебания высоты беговой дорожки ремонтопригодной щеки 89,5_94 мм и размеров отверстия щеки под палец 27,2_27,7 мм, что существенное влияет на надежность и долговечность гусеничной цепи после восстановления с неподобранными по размеру деталями. Увеличение шага происходит вследствие износа отдельных элементов цепи.

Износ втулок является весьма существенным видом износа. Втулки гусеничных цепей комбайнов изнашивается по внутреннему диаметру в соединении с пальцем, а по наружному диаметру в соединении с ведущим зубчатым колесом. Износ цепи

Таблица 1

Показатели распределения отклонений нормального размера деталей гусеничного полотна, поступивших в ремонт

Соединение Математическое Среднее квадратич- Коэффициент Доверительные

ожидание, мм ное отклонение, мм вариации границы, мм

Палец — щека 0,092 0,025 0,282 0,007

Втулка — ведущее колесо 0,96 0,45 0,469 0,126

Втулка — палец 1,01 0,61 0,607 0,171

Втулка — щека 1,66 0,57 0,344 0,16

Беговая дорожка: 2,36 0,95 0,406 0,715

по высоте

по ширине А 1,46 0,96 0,663 0,266

по ширине Б 0,95 0,57 0,605 0,164

по ширине В 0,49 0,12 0,252 0,087

Отверстие под втулку 0,307 0,16 0,53 0,012

Отверстие под палец 0,281 0,15 0,54 0,044

Таблица 2

Распределение размеров изношенных рабочих поверхностей деталей сопряженных со щекой гусеничной цепи комбайна

Наименование соединения деталей Доля деталей, годных к эксплуатации с допустимым износом, % Значение среднего износа, мм

Отверстие в щеке:

под палец 19 0,22

под втулку 36 0,243

под болты 92 0,426

Беговая дорожка 97 1,902

Поверхность контакта пальца со щекой 99 0,053

Поверхность контакта втулки со щекой 96 0,054

увеличивается с ростом скорости движения комбайна, т. е. с увеличением частоты вращения ведущего колеса. У втулок разрушение выражается в местном выкрашивании частиц металла из-за ударных нагрузок, действующих на цепи при заходе на зубья ведущей звездочки. При этом вследствие поворота втулки в цепи только угол на 60° наблюдается односторонний износ ее поверхности.

Согласно тензометрических исследований, втулка гусеничной цепи комбайнов испытывает нагрузки сложного спектра, что обусловило необходимость разработки конструкции стенда, на котором можно воспроизводить эти нагрузки, как в реальных условиях эксплуатации.

В конструкции предлагаемого стенда (рис. 2) трущиеся звенья работают во влажной среде почв при нагрузках, полученных авторами при тензометрии гусеничной цепи комбайнов на почвах Приморского края.

Схематично стенд представляет собой раму 1, установленную вместе с двигателем 10 и редуктором 2 на плите 4. Эксцентрик редуктора через кривошип 3 связан с качающейся на шарнире 11 плитой 4. При каждом повороте эксцентрика плита совершает касательное движение. На плите 4 закреплено одно из испытуемых сочленений втулка-палец-щека 5 гусеничной цепи, проушины которого посредством скобы и стержня соединены на кронштейны плиты. Проушина второй гусеничной цепи растягивается пружиной 9. Требуемую силу натяжения устанавливают при помощи регулировочного устройства. Гидроцилиндры 8 стенда обеспечивают изменение нагрузки по заданной программе, что соответствует результатам тензометрии на втулке цепи при эксплуатации реального комбайна.

Абразивная масса помещена в бункер 6. Для имитации динамических нагрузок в гусеничной цепи и относительного поворота звеньев при прохождении через ведущее и ведомое колесо стенд позволяет осуществлять поворот звеньев на угол до 60° при воздействии нагружающего усилия до 15 кН, вследствие чего в его шарнирах наблюдается трение и изнашивание, аналогичные эксплуатации на комбайне.

Мощность приводного двигателя 22 кВт. Габаритные размеры стенда 3000 х 1550 х 2300 мм. Частота складывания шарнира 96 мин-1. Число одновременно испытуаемых образцов — два. Для повышения интенсивности изнашивания шарнир погружают в жидкую абразивную среду, характерную для почв зоны Дальнего Востока. Для оценки

степени соответствия режимов нагружения на стенде реальным, возникающим в условиях эксплуатации, проведена тензометрия. Записывали значения касательной и нормальной реакций в пальце, нагружающее усилие и углы поворотов звена.

Стенд можно использовать при сравнительных ресурсных испытаниях шарниров гусеничной цепи для получения данных по надежности и износостойкости серийных и опытных шарниров, а также для оценки достигнутого ресурса.

По результатам испытаний на износное состояние втулок гусеничных цепей в условиях стендовых испытаний можно оценить износостойкость новых и восстановленных различными способами втулок гусеничных цепей комбайнов.

Из анализа приведенных результатов износно-го состояния ремфонда втулок гусеничных цепей по наружному и внутреннему диаметру следует, что около 90 % втулок сборных гусеничных поло-

I - г

ц Н

Рис. 2. Схема стенда для сравнительных испытаний на износостойкость звеньев гусеничных цепей комбайнов:

1 — рама; 2 — редуктор; 3 — кривошип; 4 — плита;

5 — испытуемые звенья; 6 — бункер абразивной массы; 7 — палец звена; 8 — гидроцилиндр;

9 — пружина; 10 — двигатель; 11 — шарнир

123

тен комбайнов не соответствуют техническим требованиям заводов-изготовителей и подлежать восстановлению.

В связи с тем, что комплексный коэффициент годности изношенных втулок гусениц рисозерноуборочного комбайна равен 0,02, то можно рекомендовать ремонтным предприятиям исключить операцию дефектации для втулок, поступающих в ремонт, так как она целесообразна лишь для выбраковки деталей с аварийными дефектами.

С наружной поверхности втулка изнашивается значительно в центральной части, где идет зацепление с зубьями ведущего колеса, причем имея односторонний износ по наружной и внутренней поверхностям.

Чтобы получить полные данные об износном состоянии втулки гусеницы комбайна и в дальнейшем выбрать оптимальный способ ее восстановления, необходимо знать потерю веса изношенных втулок в результате эксплуатации. С этой целью выборочно была взвешена опытная партия изношенных втулок в количестве 1300 шт.

Из анализа приведенных результатов исследований следует сделать вывод, что втулки гусеничного полотна имеют значительный износ: среднее значение износа по наружному диаметру составляет Хн = 0,7 мм, по внутреннему диаметру Хв = 0,56 мм со средней потерей веса втулки от износа Хм = 55,45 г с доверительными границами = 57,24 г, ^ = 53,67 г; среднее квадратическое отклонение о = 7,31 г. Предельная относительная ошибка переноса при этом составляет 5 = 2,41 %.

Выводы

1. Наиболее быстроизнашиваемый элемент гусеничного полотна, ограничивающий срок его службы, — втулка, размеры которой выходят за допустимые пределы по основным дефектам в соедине-

ниях втулка — ведущее колесо и втулка — палец. При этом износ соединения втулка — палец оказывает решающее значение на удлинение шага гусеничной цепи.

2. Преобладающие дефекты гусеничной цепи: односторонний износ наружной поверхности в соединении с ведущей звездочкой; выкрашивание металла; износ поверхностей соединения втулка — палец и коррозионное разрушение.

3. Комплексный коэффициент годности изно-

шенных втулок равен 0,02, т. е. практически все втулки гусеничных полотен не соответствуют техническим требованиям и подлежат восстановлению. Кроме того, наработка до предельного износа втулок в 1,8__2 раза меньше, чем у других дета-

лей гусеничной цепи. Поэтому изношенные втулки гусеничной цепи целесообразно восстанавливать различными методами, например, такими как наплавка износостойких покрытий и термопластическое деформирование. Это позволит продлить ее ресурс и полнее использовать ресурс гусеничной цепи в целом [5].

Список литературы

1. О состоянии сельского хозяйства в Приморском крае в 1997-2003 гг. (аналитическая записка). — Владивосток: Центр изд. услуг Приморского края, 2004. — 18 с.

2. Пивоваров, А.Д. Надежность комбайнов / А.Д. Пивоваров, С.А. Ищенко. — Уссурийск: Приморский с.-х. ин-т, 1990. — 86 с.

3. Ищенко, С.А. Повышение долговечности гусеничных цепей рисоуборочных комбайнов, эксплуатируемых в условиях Дальнего Востока: автореф. дис. _ канд. техн. наук. — М.: МИИСП, 1989. — 16 с.

4. Иншаков, С.В. Диагностирование и ремонт гусеничных цепей составного типа / С.В. Иншаков, С.А. Ищенко. — М.: «УМЦ Триада», 2007. — 144 с.

5. Ищенко, С.А. Прогрессивные технологии технического сервиса автотракторной техники / С.А. Ищенко. — М.: «УМЦ Триада», 2005. — 80 с.

УДК 631.3.004.67:621.791.92

В.С. Новиков, канд. техн. наук, профессор А.Н. Самойленко, аспирант

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗАВИСИМОСТИ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ МАТЕРИАЛОВ ОТ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И ТВЕРДОСТИ

Совершенство любой почвообрабатывающей маши- кую форму должны иметь работающие части орудия

ны определяется, прежде всего, совершенством ее для более совершенной по качеству работы; 2) како-

рабочих органов. Особое внимание этим вопросам вы должны быть размеры и расположения всех со-

уделял В.П. Горячкин, который писал: «Теория вся- ставных частей (работающих и неработающих) ору-

кого орудия должна отвечать на два вопроса: 1) ка- дия для наиболее удобного управления ими при воз-

124---------------------------------- ВестникФГ0УВП0МГАУ№3'2008 ----------------------------------