лекции. 3 Лекции НСХТ. Лекции по дисциплине Надежность сельскохозяйственной техники Тема 1. Введение. Цель и задачи курса. Цель Изучение теории надежности транспортной техники План
 Скачать 2.82 Mb.
|
|
Тема №12 Конструктивные мероприятия повышения надежности. Цель: Изучение теории надежности технологических машин. План: 1.Выбор долговечных материалов деталей. 2. Обеспечение нормальных условий работы. 3. Создание оптимальных температурных режимов работы. 4. Создание эффективных устройств для очистки. 5. Обеспечение достаточной жесткости базовых деталей машин. Повышение надежности машин и оборудования при их конструировыании ведется по следующим основным направлениям. 12.1 Выбор долговечных материалов деталей. Детали современных машин изготавливают из конструкционных, износостойких, антифрикционных, фрикционных, антикоррозионных и других материалов. Материалы деталей подбирают на основе получения нужной долговечности. Для каждой конкретной детали (сопряжения) учитывают условия работы, вид изнашивания, применение термической и химико-термической упрочняющей обработки. Долговечность определяется сопротивляемостью изнашиванию в сочетании с абразивным износом. Большая группа деталей подвергается воздействию циклических нагрузок (коленчатые валы, оси, поворотные цапфы) в связи с чем, к материалам предъявляются дополнительные требования высокой усталостной прочности и ударной вязкости. Требования высокой контактной усталостной прочности предъявляются к материалам для изготовления шестерен, подшипников качения, кулачковых валов, крестовин карданных валов и дифференциалов. 12.2 Обеспечение нормальных условий работы. Для длительной и надежной работы деталей расчетами определяют рациональные размеры трущихся поверхностей, их геометрическую форму. Подшипники скольжения меняют на более надежные подшипники качения. При этом снижаются потери на трение, уменьшается расход цветных металлов, упрощается обслуживание. Вместе с тем они выдерживают меньшие скорости и нагрузки, требуют увеличения размеров деталей, вызывают шум и снижают сопротивляемость вибрациям. Снижение концентрации напряжений при выборе формы и размеров деталей. Особое внимание необходимо обратить на это в местах галтелей, надрезов, канавок, особенно деталей, подверженных динамическим и циклическим нагрузкам. 12.3 Создание оптимальных температурных режимов. Регулировать температуру в узлах трения и нагрев деталей можно за счет охлаждения воды, (воздуха) и картерного масла, а так же применением таких конструкторских решений, как создание теплоизолирующих прорезей (в головках блока и на поршнях), установка в бобышках поршней пластинок из инвара, заполнение пустотелых клапанов металлическим натрием и др. 12.4 Создание эффективных устройств для очистки. Эффективными мероприятиями по улучшению очистки воздуха, топлива и смазки в современных двигателях стали следующие: - по очистке воздуха – применение новых конструкций циклонных и комбинированных воздухоочистителей; - по двойной очистке топлива - использование фильтров грубой и тонкой очистки с новыми фильтрующими элементами; - по очистке масла - создание полнопоточных масляных центрифуг, применение центробежной очистки масла в полостях шатунных шеек коленчатых валов, установка в картерах магнитных пробок, применение фильтров для фильтрации масла в трансмиссиях, использование подшипников с одноразовой смазкой. Улучшение конструкции и материалов уплотнительных устройств и герметизация сборочных единиц и агрегатов имеет большое значение для повышения их долговечности. Для улучшения герметизации сборочных единиц используют специальные прокладочные материалы и герметизирующие пасты. 12.5 Обеспечение достаточной жесткости базовых деталей машин. Базовые детали (рамы, блоки цилиндров, корпуса коробок передачи задних мостов) определяют работоспособность других деталей и обеспечивают для них достаточную жесткость, устойчивость и стабильность размеров, особенно взаимного расположения рабочих поверхностей. Применение двойных силовых пружин для сцепления, повышение качества крепежа, использование распределительных валов с безударным профилем кулачков, ужесточение допусков на подбор деталей цилиндро-поршневой группы, введение динамической балансировки деталей двигателя, сцепления, карданных валов, применение сменных стаканов под подшипники качения в корпусных деталях трансмиссий. Список рекомендуемой литературы 1. Решетов Д.Н., Фадеев В.З. Надежность машин. М, Высшая школа, 1988. 2. Селиванов А.И., Артемьев Ю.Н. – Теоретические основы ремонта и надежности сельскохозяйственной техники. М. Колос, 1978 3. Авдеев М.В., Воловик Е.Л., Ульман И.Е. – Технология ремонта машин и оборудования. М.: Агропромиздат, 1986 Контрольные вопросы: 1. Какие требования предъявляются к материалам для изготовления машин? 2. Какие требования предъявляются для изготовления шестерен, кулачковых валов, подшипников скольжения и качения, крестовин карданных валов? 4. Какие мероприятия применяются для повышения эффективности очистки воздуха, топлива, масел? Тема №13. Технологические мероприятия повышения надежности. Цель: Изучение теории надежности технологических машин. План: 1. Обеспечение точности и качества изготовления деталей. 2. Выбор рационального вида обработки деталей. 3. Химико-термические способы упрочнения деталей. 4. Нанесение покрытий (антикоррозионных, из высокопрочных материалов). 13.1 Обеспечение точности и качества изготовления деталей. С повышением точности изготовления деталей уменьшаются начальные в подвижных сопряжениях и более жестко регламентируются натяги в неподвижных соединениях, что значительно повышает долговечность машин и их доремонтный ресурс. Повышение качества рабочих поверхностей необходимо для создания оптимальной шероховатости, необходимой для уменьшения коррозионного износа, повышения циклической и динамической прочности деталей машин. Достижение высоких геометрических характеристик качества поверхности возможно при использовании ряда принципиально различных методов и оснастки, а именно: срезание неровностей поверхностей путем тонкого шлифования, хонингования, суперфиниша и полирования с применением синтетических алмазов (паст, брусков, лент); смятия поверхностей за счет поверхностного пластического деформирования, обкатывания, раскатывания, виброобкатывания алмазными наконечниками; создания нового микропрофиля поверхности применением электрических методов обработки: электромеханической, электрохимической, обработкой в магнитном поле и др. Отклонения геометрической формы (макрогеометрия) оказывают определенное влияние на значение и равномерность зазора (натяга) в сопряжении, условия контактирования, смазки и, таким образом, в значительной мере определяют эксплуатационную надежность узлов машины. Учитывая большое влияние качества поверхности и геометрических размеров, значительное внимание оказывается вопросам оценки качества поверхности. За критерий оценки качества поверхности пока принимают такие не регламентированные ГОСТом параметры, как величина опорной поверхности, поверхность фактического контакта, радиусы закругления вершин и впадин микронеровностей, углы наклона образующих неровностей при основании, отношение радиуса закругления вершин неровностей к их максимальной высоте, среднее квадратическое отклонение высот микронеровностей, т.е. критерии, определяющие форму микронеровностей, их направление, и друтие показатели. 13.2 Выбор рационального вида обработки деталей. Как в промышленном, так и в ремонтном производстве в настоящее время сложились следующие способы повышения долговечности: упрочнение деталей способ поверхностно-пластической деформации; упрочнение деталей химико-термическими способами; упрочнение электрофизическими и электрохимическими способами; нанесение на рабочие поверхности высокопрочных материалов; нанесение на поверхности антикоррозийных покрытий; чистовые (финишные) способы обработки поверхностей деталей. Эффективным способом упрочнения деталей является упрочнение поверхностным пластическим деформированием, повышающим их несущую способность и долговечность. Эффективно применение поверхностного пластического деформирования для деталей, работающих при переменных нагрузках, так как во многих случаях их запасы прочности повышаются в 1,5…2 раза и более, увеличивая тем самым сроки службы деталей. Упрочнение поверхностей этими способами является эффективным средством. При пластической деформации в поверхностном слое образуются напряжения сжатия, которые способствуют увеличению выносливости деталей. Природа упрочнения коротко состоит в том, что при деформации происходит дробление зерен, искажение кристаллической решетки, а это и придает упрочнение металлу. 1. Дробеструйный наклеп – в основе процесса пластическое деформирование поверхности под действием кинетической энергии потока дроби. Глубина наклепочного слоя определяется кинетической энергией дроби и длительностью обработки. В результате ударного действия дроби поверхность детали покрыта многочисленными лунками, которые снижают класс шероховатости. Но одновременно устраняются дефекты механической обработки (риски, надрывы). Толщина слоя достигает 0,5 мм. Твердость повышается в 2 раза. Дробеструйный наклеп производят пневматическими и механическими способами. Подвергают обработке: пружины (долговечность 1,5-2 раза), рессоры (10-12 раз), шатуны, шестерни (2 раза). 2. Центробежно-шариковая (ротационная) обкатка поверхности. Шарики свободно перемещаются в пазах. Шарик наносит удар по поверхности, отталкивается, возвращается в гнездо, но под действием центробежной силы выходит на поверхность. Глубина наклепа до 1,5 мм. Им упрочняют: валы, цапфы поворотные (по галтелям). 3. Упрочнением обкаткой роликом. Ролик перекатывается по поверхности под определенным давлением. Может быть упрочняющая и упрочняюще-сглаживающая обработка. 4. Вибронакатывание. Перспективный способ. При обработке на поверхности детали остаются углубления. Увеличивается усталостная прочность. 5. Алмазное выглаживание Используется алмазный инструмент со сферической или цилиндрической рабочей поверхностью радиусом 0,5-0,3. Инструмент прижимается к детали тарированной пружиной, и осуществляют подачу вдоль. Высокая твердость, износостойкость, теплопроводность, низкий коэффициент трения алмазного инструмента обеспечивает высокую эффективность. Достигается очень хорошая шероховатость. Поверхностный слой не имеет абразивных включений (при шлифовании, хоннинговании) – это улучшает эксплуатационные свойства. 6. Внутренние поверхности упрочняют раскаткой роликами или шариками. Точность очень высокая, шероховатость тоже (втулки шатунов, гильзы цилиндров и т.д.). Особенно перспективно вибронакатывание. Износ деталей при этом значительно снижается. Отделочные операции необходимы не только для улучшения шероховатости, но и для удаления тонкого дефектного поверхностного слоя со сниженными обычно физико-механическими свойствами. 13.3 Химико-термические способы упрочнения деталей. Применение упрочнения деталей и их рабочих поверхностей термической и химико-термической обработкой – это основной метод для повышения износостойкости, статической и циклической прочности наиболее ответственных деталей. Используются следующие виды термической обработки: улучшение +объемная закалка +высокий отпуск, объемная закалка + средний отпуск, поверхностная закалка с нагревом т.в.ч. + низкий отпуск, изотермическая закалка. Для стабилизации свойств и структуры деталей применяют нормализацию и высокий отпуск. Улучшению, часто с предварительной нормализацией, подвергают стальные коленчатые валы двигателей, шатуны и др. детали. Поверхностной закалкой с нагревом т.в.ч. упрочняются детали, подвергнутые нормализации, улучшению, цементации и нитроцементации. Закаленные с нагревом т.в.ч. детали имеют твердость HRC 54—62 и отличаются высокой износостойкостью. Закалка с нагревом т.в.ч. оказывает положительное влияние на усталостную прочность, которая для стали 45 повышается в 2 раза. Из всех видов химико-термической обработки для упрочнения деталей наибольшее применение получили цементация, и цианирование. 13.4 Нанесение покрытий (антикоррозионных, из высокотвердых материалов). Повышение долговечности деталей достигается нанесением на их поверхности износостойких и коррозионностойких покрытий (пористое хромирование поршневых колец двигателей, цинкование, никелирование, оксидирование вилок, колец, крепежных деталей). Мероприятия конструктивно-технологического характера, направленные на повышение надежности следующие: термомеханическое упрочнение, изготовление шестерен, шлицевых валов, других деталей методом обкатывания (вместо нарезания заготовок в нагретом и холодном состоянии); армирование деталей и упрочнение их быстроизнашивающихся поверхностей постановкой втулок, колец, вставок из высоколегированных и износостойких материалов и сплавов, проведение статической и динамической балансировок деталей; обеспечение стабильности свойств материалов деталей применением искусственного старения для деталей из чугуна (блоки цилиндров, головки цилиндров, картеров трансмиссий и др.) и дополнительной обработки холодом закаленных сталей; повышение точности и качества сборки и окраски узлов, агрегатов и машин в целом, введение новых методов соединения деталей, особенно комбинированных, а также применение многих других мероприятий. Традиционные конструктивные материалы и способы их упрочнения по поверхностям трения в большинстве своем себя исчерпали. Надежность современных машин в смысле повышения прочности деталей и пар трения в настоящее время может быть решена только применением принципиально новых материалов (ПНМ) и принципиально новых технологий (ПНТ) упрочнения поверхностей трения. Возможность управление управления поверхностей активностью твердых тел в вакууме путем радиационного воздействия позволяет не только повысить эффективность твердых смазок путем их радиационной модификации, но и разработать новые способы управления поверхностными свойствами твердых тел, что может быть эффективно применимо и для обычного машиностроения. Создание практически безызносых деталей трения можно достичь обработкой материала лазерным лучом, обеспечивая нагрев детали до жидкого состояния и перевод слоя толщиной 10…15 мкм в аморфное состояние за счет резкого охлаждения (υохл = 1 000 000 К/с), вследствие чего атомы не успевают перестроиться в кристаллические решетки. Такой слой, обладая прочностью, близкой к теоретической, не подвержен разрушению от действий не только физического, но агрессивной среды. Список рекомендуемой литературы 1.Селиванов А.И., Артемьев Ю.Н. – Теоретические основы ремонта и надежности сельскохозяйственной техники. М. Колос, 1978 2. Авдеев М.В., Воловик Е.Л., Ульман И.Е. – Технология ремонта машин и оборудования. М.: Агропромиздат, 1986 Контрольные вопросы: 1. С помощью каких методов обработки достигается высокое качество поверхности деталей? 2. Какие методы применяются для повышения долговечности деталей? 3. С какой целью производится химико-термическая обработка деталей/ 4. Какие виды химико-термической обработки получили наибольшее распространение? 5. Какие методы термической обработки применяются для повышения износостойкости прочности наиболее ответственных деталей? Тема №14 Эксплуатационные мероприятия повышения надежности. Цель: Изучение теории надежности технологических машин. План: 1. Обкатка новых и отремонтированных машин. 2. Организация технического обслуживания. 3. Проведение периодических осмотров и технического диагностирования. 4. Соблюдение правил хранения машин. 14.1 Обкатка новых и отремонтированных машин закладывает основы длительной и безотказной работы машин и должна проводиться в течение 50…60 часов при постепенном повышении нагрузки в соответствие с рекомендациями заводов – изготовителей или ремонтных предприятий. Во время обкатки постоянно ведут контроль за работой двигателя и всех агрегатов, с целью выявления повышенного нагрева, шумов и стуков, утечки масла и др., проводят ежедневные ТО, а по завершению обкатки плановое ТО-1. В зимнее время рекомендуется применять смесь определенных для данной машины картерных масел с дизельным топливом. 14.2 Организация технического обслуживания. Создание для его проведения необходимой базы – основное условие обеспечения надежной и экономичной работы машин. Система технического обслуживания техники предусматривает проведение ежесменных, сезонных (2 раза в год) и плановых технических обслуживаний. Уровень проведения ТО зависит от средств и места их проведения и квалификации обслуживающего персонала. Наиболее высокой эффективности использования и надежности работы машин добиваются при организации стационарных пунктов технического обслуживания, создании звеньев мастеров – наладчиков и широкого использования необходимого моечного, смазочного, регулировочного, диагностического оборудования, приборов и оснастки, средств механизации работ. 14.3 Проведение периодических осмотров и технического диагностирования. Это составная часть общей системы технического обслуживания машин. При этом проводится выборочная проверка технического состояния машин, проверка организации и деятельности инженерной службы, ведение технической документации. Перегрузка машин (по нагрузкам и скорости), неправильные регулировки зазоров в подшипниках, шестернях и других соединениях вызывают нарушения температурного режима работы трущихся деталей, условий смазывания, что приводит к форсированному их износу. Наиболее высокие удельные нагрузки на детали машин и крайне ухудшенные условия их смазывания наблюдаются при начальных запусках двигателей в холодное время года (при температуре ниже 5оС). Несколько минут такой работы приводят к повышенным износам и даже авариям. Нормальными условиями эксплуатации являются: организация теплых стоянок; использование электроподогревателей масла; применение систем воздушного подогрева машин, хранящихся на открытом воздухе, с помощью теплогенераторов, газовых горелок; подача подогретой воды непосредственно к машинам; использование антифризов и др. На работу машин отрицательно влияет перегрев двигателей, который наблюдается в жаркие месяцы при ухудшении работы систем охлаждения. При этом повышается износ деталей, особенно цилиндро-поршневой группы, газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов. 14.4 Соблюдение правил хранения машин. Для обеспечения высокой сохраняемости техники необходимо организация специальных помещений и площадок с твердым покрытием, своевременное восстановление нарушенных лакокрасочных покрытий, хранение в закрытых помещениях электрооборудования, резины, приборов, рабочих органов машин и др. Соблюдать рекомендации заводов-изготовителей по применению топлива, картерных масел и др. смазок и обеспечивать их своевременную замену. При низких температурах (от -200С до -35оС и ниже) к дизельному топливу рекомендуется добавлять керосин.(10%), а к дизельному маслу – дизельное топливо (до 40%). Контроль и постоянное соблюдение требуемой герметизации агрегатов, сборочных единиц и систем машин в целях предупреждения попадания в них абразива – важный фактор повышения долговечности. Герметичность в большинстве случаев нарушается вследствие ослабления креплений крышек под действием вибраций, из-за низкого качества прокладочного материала, износа, несвоевременной замены сальниковых уплотнителей, коробления корпусных деталей и их плоскостей разъемов и др. причин. Список рекомендуемой литературы 1.Селиванов А.И., Артемьев Ю.Н. – Теоретические основы ремонта и надежности сельскохозяйственной техники. М. Колос, 1978 2.Авдеев М.В., Воловик Е.Л., Ульман И.Е. – Технология ремонта машин и оборудования. М.: Агропромиздат, 1986 Контрольные вопросы: 1. Какие процедуры включает обкатка машин? 2. Что включает в себя система технического обслуживания? 3. Что необходимо в зимний период для повышения долговечности машин? 4. Какие условия хранения машин необходимо предусмотреть? |