Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

для параллельных испытаний отдельных деталей, сборочных еди­

особенности сборочных единиц, можно точнее выбрать оптималь­ ные значения форсированных режимов испытаний и проще на­ блюдать за появлением признаков разрушения рабочих поверх­ ностей, во втором случае детали и сборочные единицы подверга­ ют испытанию на реальных опорах, поэтому исключаются ошибки из-за влияния жесткости на надежность и учитываются монтажные ошибки. Для машин с легко отделимыми агрегатами может оказаться целесообразным испытывать отдельно сбороч­ ные единицы, а в тех случаях, когда сборочные единицы имеют общие сложные базовые детали и их разъединение возможно только по трущейся паре, рекомендуется испытывать машины или группы сборочных единиц агрегатов в сборе.

При выборе конструкции испытательного стенда нужно отда­ вать предпочтение конструкциям, работающим по принципу замкнутого энергетического потока, в которых все детали испы­ туемой сборочной единицы нагружаются вследствие внутренних сил упругости закрученных валов. В замкнутых системах (напри­ мер, при испытании зубчатых передач) рабочие поверхности изнашиваются одной стороной. Эта особенность присуща, напри­ мер, всем подъемным механизмам экскаваторов, подъемников и кранов в реальных условиях нагружения. Для таких механиз­ мов, чтобы обеспечить двусторонний износ деталей, необходимо предусматривать возможность реверсирования.

Оценка результатов ускоренных испытаний. Для сравнения конструктивных вариантов деталей, узлов и машин необходимо выбрать критерии появления отказа. При решении этого вопроса возникает ряд трудностей. Так, например, можно ли, оценивая долговечность детали или сборочной единицы при испытании циклической прочности, ограничить срок службы началом появ­ ления трещин, или во всех случаях конструкцию необходимо доводить до полного разрушения. Наиболее часто сроки появле­ ния первых трудноустранимых разрушений принимают за кри­ терий для оценки долговечности.

Для правильной оценки результатов ускоренных испытаний необходимо воспроизводить один или несколько типичных экс­ плуатационных режимов нагружения, чередующихся в опреде­ ленной последовательности. Для выбора таких режимов необхо­ димо определить типичные условия эксплуатации, характерные для машин данного типа и назначения; выявить типичные режи­ мы нагружения детали, сборочной единицы или агрегата, соот­ ветствующие типичным условиям эксплуатации машины, а также выявить характерные циклы нагружения, многократно повторя­ ющиеся в условиях эксплуатации и более всего способствующие разрушению исследуемых деталей, сборочных единиц или агре­ гатов.

Характеристика типичного цикла нагружения в условиях экс­ плуатации может быть выявлена с помощью тензометрирования или других средств.

В качестве показателя долговечности, например бульдозера, при ускоренных испытаниях можно принять число циклов при заданной дальности перемещения с максимальной нагрузкой на отвал. Такой показатель может оказаться более точным, чем число часов работы под нагрузкой. По числу циклов можно оп­ ределить долговечность и установить коэффициент ускорения для сопоставления результатов ускоренных испытаний с эксплуатаз ционными до появления одинаковых видов разрушения деталей сборочных единиц и агрегатов.

По установленным таким образом соотношениям и режимам ускоренных испытаний можно в дальнейшем сравнивать долго­ вечность различных конструктивных и технологических вари­ антов.

Применительно к условиям эксплуатации следует определять (с помощью регистрирующей аппаратуры или других средств) скорости перемещения рабочих органов, нагрузки на основные

методы. Ускоренные испытания на выносливость и износ сопро­ вождаются разбросом данных по отдельным деталям, сборочным единицам и агрегатам. В связи с этим для объективного опреде­ ления исходных характеристик выносливости изделий надо проводить статистическую обработку результатов ускоренных испытаний, например метод регрессионного анализа, который позволяет оценить надежность при небольшом количестве испы­ танных деталей. Пользуясь методом линейного регрессивного анализа, можно установить границы рассеяния и получить урав­ нения характеристик выносливости (долговечности).

Примером методики ускоренных испытаний сложных сбороч­ ных единиц в эксплуатационных условиях и приемов обработки результатов исследований могут служить работы, проведенные в НАТИ Р. В. Кугелем.

Рассмотрим основные вопросы методики ускоренных испыта­ ний рам гусеничных тракторов. Сравнительному испытанию под­ вергались рамы различного конструктивного и технологического исполнения. В основу методики испытаний был положен прин­ цип значительного увеличения частоты приложения эксплуата­ ционных нагрузок, оказывающих на сборочные единицы и детали тракторов наибольшее разрушающее действие: переезд тракто­ ром (без навешенных орудий) препятствий высотой 180 мм;' крутые повороты трактора на 180° с навесным плугом ПН-4-35, установленным в транспортное положение. Скорость переездов препятствий и поворотов составляла 6 км/ч.

При назначении объема ускоренных испытаний руководство­ вались следующими соображениями: расшатывание заклепок рам происходит примерно после 2 лет эксплуатации трактора, а при ускоренных испытаниях примерно после 70 000 переездов препятствий и 100 000 поворотов. В связи с этим из расчета деся­ тилетнего срока службы была установлена длительность испы­ таний: 350 000 переездов препятствий и 500 000 поворотов. Если рама выдержит такое число нагружений без поломок, можно предполагать, что в течение всего срока службы (10 лет) трак­ тора она будет работать надежно.

В связи с отсутствием или недостаточностью сведений об экс­ плуатационной нагруженное™ и характеристиках усталостной прочности деталей сборочных единиц машин часто возникают затруднения при выборе режимов нагружения для ускоренных испытаний и при расчетной оценке усталостной прочности. Хо­ рошие результаты получаются, когда действительные данные о напряженности деталей в условиях эксплуатации определяют­ ся тензометрированием. Учитывая разнообразные условия рабо­ ты машин и переменный характер нагрузок на их детали, следу­ ет признать наиболее правильным статистический метод обра­ ботки данных, полученных с помощью тензометрирования.

В настоящее время в основном применяются два метода об­ работки результатов тензометрирования: метод размахов и метод максимумов. Общим для них является выравнивание экс­ периментальной кривой по выбранным экстремальным точкам. Выравнивание экспериментальной кривой имеет целью выделить существенные для прочности детали напряжения с исключением всех незначительных, второстепенных колебаний. После обра­ ботки результатов тензометрирования для дальнейшего исследо­ вания используют только часть результатов измерения с напря­ жениями выше предела выносливости.

Определение оптимальной долговечности

с учетом физического износа

Наиболее важное значение при проектировании и производ­ стве современных машин имеет правильная оценка физической, моральной и оптимальной долговечности. Физическая долговеч­ ность определяется сроком службы машины до ее предельного износа и характеризует собой межремонтный срок службы. В ре­ зультате физического износа машина теряет первоначальные эксплуатационные свойства под действием механических, хими­ ческих, тепловых, электрических и других факторов.

Физическая долговечность іф регламентируется сроком служ­ бы быстроизнашивающихся, т. е. наименее долговечных деталей.

При этом имеются в виду только те детали, которые определяют назначение той или иной сборочной единицы или машины (дви­ гатель, трансмиссия, рабочий орган).

Наиболее общей характеристикой предельного износа, напри­ мер вала в подшипнике, может служить максимально допусти­ мый зазор в месте наибольшей выработки (рис. 15).

Рис. 15. Изменение зазора Д в зависимости от времени рабо­ ты в результате износа вала (кривая /) и подшипника (кри­ вая 2 )

Межремонтный срок службы с учетом физического износа /ф приработанного соединения в случае равномерного износа со­ пряженной пары определится из выражения

зазора Ащах (зона III). Практически tg а можно определить за время, значительно меньшее іф.

Моральная долговечность обусловлена техническим прогрес­ сом в области создания машин данного назначения и характери­ зует тот срок службы, после которого машина данной конструк­ ции становится экономически неэффективной. Технический про­ гресс в настоящее время направлен к повышению физической долговечности машин до моральной. В действительности разрыв между моральной долговечностью и физической настолько зна­ чителен, что целесообразным оказывается ремонт машины как средство восстановления ее работоспособности. В связи с этим возникает необходимость в определении оптимальной долговеч­ ности, т. е. такого срока службы, за пределами которого ремонт машин как средство восстановления работоспособности стано­ вится экономически нецелесообразным. Оптимальный срок служ­