Файл: Эксплуатационная надежность сельскохозяйственных машин..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 65
Скачиваний: 0
способности. Для рассматриваемого случая безотказная работа зависит от начальных размеров детали и ее из носостойкости (или скорости изнашивания). Причем на чальные параметры определяют начальное качество, обусловленное определенным способом изготовления (чистота поверхности, класс точности обработки, твер дость и т. д.), а скорость изнашивания зависит от на чального качества и сил, действующих на деталь.
Конструктор может повысить надежность изнашивае мых деталей, применяя более износостойкие материалы, что равносильно снижению скорости изнашивания, кото рая, в свою очередь, зависит от удельного давления и относительного скольжения деталей. Надежность тере бильного аппарата свеклоуборочного комбайна КСТ-3 была повышена за счет частичного снижения удельных давлений и устранения проскальзывания путем рацио нального расположения в пространстве трущихся дета лей [Х.12].
В некоторых случаях конструктивные решения по снижению нагруженное™ элементов машин являются наиболее целесообразными и единственными. Так, ВИСХОМом [Х.19] разработаны высоконадежные пыле защитные уплотнения подшипниковых узлов, позволяю щие снизить загрязнения смазки абразивом в 5—10 раз, что равноценно снижению нагруженное™ подшипников. Предложения по изменению формы и размеров насеч ки сегментов уборочных машин существенно повышают срок службы режущих аппаратов за счет снижения нагрузок на рабочие грани сегментов [Х.З].
Конструктивные способы повышения надежности ма шин позволяют не только снижать нагруженность, но и в некоторых случаях ее видоизменять. Характерным для этого случая является замена колебательных пар трения на жесткое соединение двух эластичных звеньев меха низма. Такой способ нашел применение в грохотах сель скохозяйственных и угольных машин (Х.15].
■ Основная задача конструктора при проектировании сельскохозяйственных машин заключается в обеспечении безотказной работы машины. При возникновении отказа машины необходимо, чтобы ее конструкция была при способлена к восстановлению этого отказа за короткое время. Таким образом, задача конструктора заключает ся в сокращении простоев машины, то есть в обеспече нии ее ремонтопригодности и равнопрочное™. Вопросы ремонтопригодности изложены в других разделах книги,
195
здесь мы рассмотрим рекомендации по обеспечению равнопрочное™.
При создании машин конструкторы должны стре миться к обеспечению равнопрочное™ деталей и узлов. Это стремление обусловлено прежде всего экономически ми соображениями. Равнопрочное™ деталей позволяет экономить материал. Рассмотрим факторы, влияющие на равнопрочное™ машины.
Различают равнопрочность детали, узла, машины. В связи с нагруженностью детали ее форму выбирают такой, чтобы максимальные напряжения во всех сечениях были одинаковы. Осуществление таких конструкций деталей представляет значительные трудности, преиму щественно технологического характера. Поэтому детали с формами «равного сопротивления» заменяются более технологическими путем увеличения теоретических раз меров сечения, т. е. повышением запаса прочности. Од нако необходимо учитывать при этом масштабный фак тор, который проявляется при действии переменных нагрузок, заключающийся в том, что с увеличением се чения может произойти снижение запаса прочности. Следует иметь в виду, что при прочих равных условиях жесткость равнопрочных деталей меньше, чем жесткость деталей, имеющих хотя бы местные повышенные запасы прочности.
Термин «равнопрочность» для узла и машины неко торые авторы [Х.10] рекомендуют заменить на «неравнопрочность». Это совершенно справедливо, так как в действительности узлы любой сложной машины имеют в основном различную прочность и долговечность. Одни детали узла выходят из строя за время «жизни» машины несколько раз, другие же и по истечении срока службы машины являются пригодными для использования. При чины неравнопрочности деталей заключаются в разно образии выполняемых ими функций: колебания нагру женное™, качества изготовления и эксплуатации. Дета ли одного и того же узла испытывают различные дефор мации, одни подвергаются изгибу, смятию, другие — растяжению, сжатию и истиранию. В связи с этим прак тически очень трудно обеспечить равнопрочность конст рукции узла. Изменение условий работы машины также влияет на нарушение равнопрочное™.
Эффект равнопрочное™ численно можно оценить удельными затратами на осуществление замен недолго вечных деталей за весь срок службы машины [Х.10,18]
196
или величиной, обратной количеству замен за этот же срок службы.
Целесообразно оценку равнопрочности выполнять в функции времени, поскольку равнопрочность на некото ром отрезке времени может в последующем нарушаться.
2. Повышение надежности машин при их производстве
Если от конструктора зависит выбор среднего значе ния несущей способности, то обеспечение в производстве минимальных отклонений несущей способности отдель ных деталей от их среднего значения целиком зависит от совершенства технологического процесса. Характер ным примером влияния производства на надежность машин могут служить показатели готовности машины в первый и во второй год выпуска. Так, коэффициент го товности свеклоуборочного комбайна КС-3 в 1963 г. был равен 0,57, а на второй год выпуска — 0,73. В по следующие годы коэффициент готовности увеличивался постепенно. Резкое увеличение коэффициента готовности во второй год выпуска объясняется улучшением качества изготовления машины, отработкой технологии изготов ления, устранением производственного брака.
Большинство деталей сельскохозяйственных машин обрабатываются резанием, а также холодным и полугорячим пластическим деформированием. Последний спо соб находит все более широкое применение вследствие высокой производительности, низкой себестоимости и упрочняющего воздействия. Так, замена точеных крепеж ных изделий на изделия, полученные методом холодной высадки, позволяет снизить их себестоимость в 5—10 раз при увеличении производительности в 10—20 раз и по вышении прочности изделий из стали 08КП до прочности сталей 25—35 [Х.8]. Упрочнение металла при обработке давлением происходит в результате превращения рых лой структуры слитка в уплотненную структуру с ориен тированным направлением кристаллитов, т. е. обработка давлением позволяет устранить дефекты на границах зерен, полученных при литье заготовок или неполностью устраненных при прокатке стандартных профилей заго товок. Таким способом могут изготовляться детали типа стаканов и поршневых пальцев с размерами до 100 мм.
197
Детали с большими размерами можно изготавливать этим способом, но необходимо применять подогрев.
Неоднородность структуры металла детали порож дает внутренние напряжения, которые с напряжениями, вызываемыми действием внешних нагрузок, определяют реальную прочность детали. Внутренние напряжения зависят от технологии изготовления детали и могут ока зывать разупрочняющее и упрочняющее действие. К числу упрочняющих факторов относятся процессы «тре нировки» материала действием кратковременных напря жений, превосходящих предел текучести, деформацион ное упрочнение, вызываемое структурными изменениями в напряженных микрообъемах материала; самопроиз вольно протекающие процессы старения, сопровождаю щиеся кристаллической перестройкой материала и рас сеиванием внутренних напряжений. Разупрочняющие факторы действуют, в основном, в условиях эксплуата ции (коррозия, износ идр.) [Х.14].
Технологическая обработка представляет собой мно гостадийный процесс, поэтому внутренние напряжения в готовой детали являются результатом наложения и взаимодействия напряжений, возникающих на каждой стадии процесса. Неоднородности слитка переходят в паковку или прокат, горячая обработка давлением вво дит новые неоднородности, а механическая обработка вызывает перераспределение напряжений, имеющих место в заготовках, и вносит в поверхностные слои до полнительные напряжения. Термическая обработка, час тично устраняя напряжения, возникающие на предшест вующих стадиях, вместе с тем вызывает появление новых напряжений.
Для практических целей необходимо, чтобы знак внутренних и рабочих напряжений был разным. В этом случае внутренние напряжения могут повысить предел прочности материала, в противном случае возможна в отдельных местах детали концентрация напряжений, приводящих к поломке детали.
Различают два способа упрочнения — упругое и пластическое. Упругое упрочнение скорее всего относит ся к конструктивному способу повышения надежности машин. Сущность его заключается в создании в детали деформаций (напряжений), противоположных деформа циям при рабочем нагружении. Примером этого вида упрочнения могут служить рамные конструкции широко захватных сельскохозяйственных машин (сеялки, проре-
198
живатели и др.), деформированные шпренгелями-стерж- нями из высокопрочного материала. Во время работы рама вначале разгружается, потом нагружается рабочей нагрузкой, а шпренгель только нагружается.
При пластическом упрочнении участки материала, наиболее нагруженные в рабочем состоянии, предвари тельно подвергают пластической деформации, создавая в них остаточные напряжения, противоположные по зна ку рабочим. Различают следующие виды пластического упрочнения: упрочнение перегрузкой, наклепом, объем ным уплотнением.
Упрочнение перегрузкой заключается в воздействии на деталь повышенной силы того же направления, что и рабочая, вызывающая пластические деформации крайних волокон. Например, при изгибе бруса силой того же направления, что и рабочая нагрузка, но большей вели чины, в крайних волокнах возникает пластическая де формация, а в средних упругая. После снятия упрочняю щей нагрузки под действием упругой деформации серд цевины в наружных волокнах появляются напряжения обратного знака рабочим напряжениям. Таким спосо бом упрочняют также резервуары и детали, работающие на изгиб и кручение при нагрузке одного знака.
Разновидностью пластического упрочнения является поверхностный наклеп, заключающийся в уплотнении поверхностного слоя на глубину в среднем 0,2—0,8 мм и создании в нем благоприятных для прочности напря жений сжатия. Наклеп может создаваться струей дро би. Поток чугунной или стальной дроби диаметром 0,3— 2,0 мм с очень большой скоростью ударяется о поверх ность детади, вызывая напряжения до 100 кГ/мм2. Дро беструйному упрочнению подвергают рессоры, пружины, шестерни, различные валы, втулки, поршневые пальцы. После дробеструйного наклепа срок службы рессор увеличивается в 2,5—3,0 раза, а шестерен, в зависимости от материала, .— до 5 раз. В результате обработки дробью уничтожаются неблагоприятные напряжения рас тяжения, возникающие на поверхности после шлифовки, снижается чувствительность резких переходов детали к концентрации напряжений при закалке.
Другой разновидностью поверхностного упрочнения деталей является пластическая деформация — упрочне ние обработкой роликами и резцами наружных поверх ностей деталей и дорнами для отверстий. Сущность метода состоит в том, что готовая деталь обкатывается
199
свободно вращающимися роликами или обрабатывается резцами с отрицательными передними углами и Дорна ми. Этот способ значительно улучшает сопротивление усталости детали, причем его эффективность выше, чем
обдувка дробью, он также |
способствует |
улучшению |
||
чистоты поверхности детали. |
В зависимости от давления |
|||
глубина |
упрочняемого поверхностного |
слоя достигает |
||
25 мм, |
предел усталости |
при этом |
повышается на |
|
204-190% [Х.6]. |
повышения |
усталостной |
||
Эффективными методами |
прочности являются гидроструйный наклеп и упрочнение взрывом. Первый метод применяется в основном для упрочнения литья и одновременно для очистки детали от формовочного песка, второй — для упрочнения (по вышения твердости в 1,5—2,0 раза) высокомарганцо вистых сталей (Г13 и др.). Наклеп, проведенный этими методами, повышает предел выносливости на 40—50% по сравнению с обработкой дробью [Х.6].
Как же влияет наклеп на износостойкость материала? Исследования, проведенные Хрущовым М. М. и Бабиче вым М. А. [Х.21] по влиянию наклепа на износостойкость, показывают, что наклеп практически не влияет на абра зивную износостойкость. Однако необходимо иметь в виду, что опыты были проведены при трении металла о фиксированные абразивные зерна, то есть в случае, ко торый в чистом виде практически не встречается в сель скохозяйственных машинах. Обычно износ деталей пред ставляет собой совокупность процессов микрорезания и пластического передеформирования микрообъемов, раз рушающихся по причине усталости. Таким образом, из нос наклепанных деталей в реальных условиях эксплуа тации будет зависеть от соотношения процесса микроре зания и пластического передеформирования микрообъе мов, которые устанавливаются экспериментально.
Существенное влияние на надежность машин оказы вают термическая и химико-термическая обработки.
Остановимся на некоторых способах закалки, раз работанных в последнее время и находящих ограничен ное применение. Здесь прежде всего необходимо отме тить изотермическую закалку в горячих средах, которая позволяет повысить в два раза износостойкость деталей при одинаковой твердости по сравнению с закалкой в масле или воде [Х.2]. До сих пор закалка в горячих средах сдерживалась недостаточной закаливающей спо собностью расплавов солей, щелочей и отсутствием эф
200
фективного способа охлаждения самих расплавов. Одна ко с разработкой на Горьковском металлургическом заводе способа охлаждения расплава водой, непосредст венно вводимой в него через зеркало ванны, он может найти широкое применение. Этот способ исключает так же «старение» солей, в связи с чем отпадает необходи мость в их обновлении. Изотермическая закалка стали 6ХС позволяет увеличить пластичность и ударную вязкость в 3-—5 раз по сравнению с трехслойной сталыо, закаленной на одну и ту же твердость [Х.2].
Из других способов упрочнения следует отметить силицирование, представляющее собой насыщение поверх ностных слоев детали кремнием, который позволяет зна чительно повысить износостойкость и коррозионную стойкость.
Большинство деталей и рабочих органов сельскохо зяйственных машин подвергаются в процессе эксплуата ции абразивному износу. Износостойкость таких деталей (лемеха плугов, культиваториые лапы, подкапывающие активные и пассивные рабочие органы свеклоуборочных комбайнов и т. д.) можно эффективно повысить путем применения наплавок. В таких случаях имеется возмож ность в качестве основы применять материалы понижен ной износостойкости, т. е. менее качественные, следова тельно, более дешевые.
Метод упрочнения поверхностей путем применения наплавок нашел особенно широкое применение после разработки индукционного способа — наплавки порош ковыми твердыми сплавами [Х.20].
К твердым сплавам относится сормайт 1, ПС-5, В-15, сплавы на хромо-титановой основе (типа XT) и др. Наи большее распространение в сельскохозяйственном маши ностроении нашел твердый сплав сормайт 1, представ ляющий собой высоколегированный чугун, микрострук тура которого состоит из крупных включений карбидов хрома, эвтектики и остаточного аустенита [Х.20].
В сельскохозяйственном машиностроении разрабаты ваются также новые способы наплавки. К ним прежде всего относится метод плакирования износостойкой лен той, в основу которого положена роликовая контактная сварка [Х.20]. Среди других способов упрочнения следует отметить борирование, наплавка плазменными горелка ми и др.
Наплавочные материалы обладают различной пла стичностью, которая влияет на характер износа деталей.
7 З а к . 1123 |
201 |
|