CC BY
31
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Эффект применения предлагаемого способа проявляется в исключении проблемы базирования гладких заготовок, уменьшении припусков на обработку и повышении производительности процесса обработки на 20-25%. Способ предлагается к использованию в машиностроении, а также в производстве изделий нефтегазового комплекса и трубопроводной арматуры.
УДК 631.3.004.67:620.179.18
С.Г. Тютрин, Л.Н. Сабуркин
Курганский государственный университет
МОДЕРНИЗАЦИЯ ГОЛОВКИ НОЖА КОСИЛКИ КС-2,1 ПО РЕЗУЛЬТАТАМ КОНТРОЛЯ УСТАЛОСТНЫМИ ДАТЧИКАМИ
Аннотация. Описана технология повышения прочности и долговечности головки ножа косилки КС-2,1. Приведены результаты экспериментального определения опасных участков детали. Применены усталостные датчики из оловянной фольги в условиях циклического нагружения. Предложены схемы испытаний для построения калибровочных зависимостей датчиков и определения амплитуд циклических напряжений детали с использованием универсального оборудования. Работа нацелена на повышение надёжности косилок КС-2,1 при эксплуатации.
Ключевые слова: ремонт, надёжность, долговечность, усталостный датчик, косилка.
S.G. Tyutrin, L.N. Saburkin Kurgan State University
MODERNIZATION OF THE MOWER KC-2,1 HEAD ACCORDING TO THE RESULTS OF FATIGUE GAGES CONTROL
Abstract. This paper describes the durability-increasing technology of head of the «КС-2,1» mower. The results of experimental search of dangerous zones are offered. The tin foil fatigue gag-es under cyclic loading are used. Testing schemes for gauge dependence and stress amplitude estimating with the help of universal equipment are proposed. The work is aimed at reliability growth of mowing-machine «КС-2,1» in operation.
Keywords: repair, reliability, durability, fatigue gage, mowing-machine.
ВВЕДЕНИЕ
В конструкции косилки КС-2,1 в качестве предохранительного устройства, защищающего детали косилки от кратковременных перегрузок, используется ременная передача, в которой «натяжение ремней не должно быть сильным»^]. Но слабое натяжение ремней приводит к заметному снижению производительности косилки, что не устраивает механизаторов. Желание повысить производительность косилки за счёт повышения частоты работы режущего аппарата и снижения скольжения в ременной передачи путём усиления натяжения ремня приводит к поломкам головки ножа косилки. В процессе эксплуатации излом головки ножа происходил в течение 2...10 часов работы косилки, что при частоте 1200 об/мин составляет
144...720 тысяч циклов нагружения (рисунок 1).
Целью исследования было предложить способ повышения прочности и долговечности головки ножа косилки КС-2,1. Данная работа является продолжением научно-технической поддержки отечественных производителей в агропромышленном комплексе РФ [2] .
Рисунок 1 - Головка ножа с датчиками после разрушения
1 Схема и технология модернизации головки ножа
Исследование нагруженности головки ножа косилки КС-2,1 в реальных условиях эксплуатации было проведено осенью 2014 г с помощью усталостных датчиков [3-9]. Детали были обклеены усталостными датчиками из оловянной фольги промышленного производства толщиной 20 мкм с дополнительным отжигом при температуре 203 °С и полированной наружной поверхностью. Использовались клеи «Момент-1» и «Супер Момент». Осмотр усталостных датчиков после разрушения головки ножа показал наличие следов дислокаций на всех установленных датчиках, что свидетельствует о высокой циклической нагруженности детали в процессе работы (а не об однократных перегрузках). Наибольшая повреждённость датчиков (в виде макротрещин) наблюдалась в галтели между вертикальной стенкой и боковым выступом под крепёжный болт (по линии разрушения), а также в галтели между вертикальной стенкой и подошвой (под тем же боковым выступом), что указывает на высокую концентрацию напряжений в этих местах.
Для повышения долговечности головки ножа косилки КС-2,1 предложено увеличить толщину вертикальной стенки, в том числе её толщину и высоту над боковым выступом, увеличить радиусы галтелей между вертикальной стенкой и подошвой, вертикальной стенкой и боковым выступом (рисунок 2). Указанные изменения конструкции головки ножа (материал - сталь 30Л) были выполнены в лаборатории кафедры «Технология и автоматизация сварочного производства» путём наплавки ручной электродуговой сваркой предварительно подогретой до 300°С детали с помощью электрода марки LB-52U при обратной полярности постоянного тока. После этого была проведена зачистка сварных швов и отжиг
Рисунок 2 - Расчётная схема (а) и размеры головки ножа в базовом (б) и модернизированном (в) вариантах
2 Оценка напряжений в головке ножа с помощью усталостных датчиков
Известные формулы сопротивления материалов для
расчёта на прочность головки ножа малопригодны из-за криволинейности фактической поверхности разрушения. Поэтому величины возникающих максимальных напряжений были определены экспериментально в лабораторных условиях. Использованы усталостные датчики из отожженной при 203°С оловянной фольги.
Для построения калибровочной зависимости из головки ножа вырезались образцы круглого поперечного сечения диаметром 6,6 мм и длиной 147 мм. Испытания проводились на токарном станке при скорости 100 об/ мин по схеме консольного изгиба с вращением (рисунок 3). Полученная калибровочная кривая представлена на рисунке 4 (для контроля за появлением следов дислокаций использовался микроскоп МБС-9 при увеличении 98х).
1 - кулачковый патрон; 2 - счётчик циклов; 3 - образец; 4 - груз
Рисунок 3 - Использование токарного станка при испытаниях калибровочного образца из головки ножа косилки КС-2,1
1 (показано пунктирными стрелками на рисунке 5), где I - расстояние от горизонтальной оси троса до середины вертикальной стенки детали 1. При последующем опускании груза 3 весом 2G создаётся горизонтальный изгибающий момент противоположного направления в детали 1 величиной 201—01=01 (показано сплошными стрелками на рисунке 5). Таким образом, при чередовании поднятия и опускания груза 3 создаётся симметричный цикл напряжений головки ножа в опасном сечении.
Рисунок 4 - Калибровочная кривая оловянных усталостных датчиков
Испытание головки ножа с датчиками осуществлялось по схеме, представленной на рисунке 5.
Головка ножа 1 закреплялась на столе фрезерного станка, а в отверстие головки вместо болта крепления шатуна устанавливался рычаг 2 (рисунок 5). Грузы 3 и 4 с помощью тросов 5 и 6, перекинутых через направляющие ролики 7 и 8, подвешивались к рычагу 2. При этом вес груза 3 ровно в два раза больше веса груза 4. Нагру-жение осуществлялось путём поднятия и опускания груза 3 вручную с помощью рычага.
При поднятии груза 3 до полной разгрузки троса 5, груз 4 весом G создаёт горизонтальный изгибающий момент величиной Gl в месте крепления рычага 2 в детали
1 - испытуемая деталь (головка ножа); 2 - рычаг; 3, 4 - мерные грузы; 5, 6 - тросы; 7, 8 - направляющие ролики Рисунок 5 - Схема нагружательного устройства
При испытании базового варианта головки ножа масса груза G=10 кг, плечо £ =1,06 м и изгибающий момент составил 103,99 Нм. Первые следы дислокаций на поверхности датчика были обнаружены после 300 циклов нагру-жения. Контроль осуществлялся с помощью микроскопа МБС-9 при увеличении 98х, а для того, чтобы удостовериться, что наблюдались именно следы дислокации, на-гружение было доведено до 400 циклов. По калибровочной кривой (рисунок 4) определена амплитуда действовавшего напряжения: 143 МПа.
При испытании модернизированного варианта головки ножа масса груза G=14,25 кг, плечо I =1,07 м и изгибающий момент составил 149,58 Нм. Первые следы дислокаций на поверхности датчика были обнаружены после 10000 циклов нагружения, а для того, чтобы удостовериться, что наблюдались именно следы дислокации, нагружение было доведено до 15 тысяч циклов. Интересно отметить, что эти следы дислокаций были обнаружены на поверхности второго усталостного датчика, расположенного на головке ножа по другую сторону от рычага: эта часть детали теперь стала наиболее нагруженной. По калибровочной кривой (рисунок 4) определена амплитуда действовавшего напряжения: 65,8 МПа.
Таким образом, по результатам эксперимента снижение максимальных напряжений в модернизированном варианте головки ножа по сравнению с базовым вариантом (с учётом увеличенного изгибающего момента) составило (143/65,8)(149,58/103,99)=3,1 раза.
3 Сравнительный расчёт гамма-процентного ресурса головки ножа
Сравнительная оценка циклической долговечности головки ножа в базовом и модернизированном вариантах выполнена по методике [10]. Результаты расчёта сведены в таблицу 1. Размеры наиболее слабого участка головки ножа (соединение вертикальной стенки с боковым выступом под крепёжный болт) указаны на рисунке 2.
В соответствии с [10], для определения медианного
значения предела выносливости а-1 было эксперимен-
тально определено среднее значение предела прочности стали ав на образцах, изготовленных из новой головки ножа. Испытание образцов на растяжение до разрушения (рисунок 6) проведено на машине ИР-100. Установлено: ^ в = 647,6 МПа.
Рисунок 6 - Образец после испытания на растяжение
По результатам таблицы 1, приняв абсциссу точки перелома кривой усталости Лс=2-106 циклов [10], получено уравнение кривой усталости головки ножа для вероятности разрушения Р=50% в базовом варианте (рисунок 7, сплошная кривая 1) -
^ а = 140,9 + — ( 2000000 - ^ N) 5,87
и в модернизированном варианте (рисунок 7, сплошная кривая 2) -
^ а = 238,0 + ^ ( 2000000 - ^).
Кривые усталости для других уровней вероятности разрушения (пунктирные линии на рисунке 7) определены через пределы выносливости детали на той же базе Лс в предположении справедливости нормального закона распределения по формуле [10]:
Таблица 1 - Расчет характеристик сопротивления усталости головки ножа в базовом и модернизированном вариантах (обозначения и определение - в соответствии с [10])
Обозначение характеристики Расчетная формула, № рисунка или пункта указаний, пояснение Найденная величина
базовый вариант модернизированный вариант
1 2 4 5
СТ-1 (0,55-0,0001 ав) а в 314,2 МПа 314,2 МПа
Va 0,211-0,000143 ав 0,1184 0,1184
aa МКЭ 2,52 1
l ^=0,08 ^ 8,8 мм 8,8 мм
G 2,3/р+2/Л 7,87 мм-1 0,1761 мм-1
L G ь в 1,118 мм2 49,97 мм2
0 1 ь 88,3 в 0,0127 0,566
F (0, Va) 2/(1+е-то) 0,747 0,966
K a Kda аа' Р ( Уа) 1,882 0,966
Kf черт. 3 приложения 4 0,74 0,74
Ка п. 1.11.2 1 1
K и без упрочнения 1 1
K Г ^ + 1 -1]. 1 1 Каа КР ) К и КА 2,23 1,32
а-1 Д а-1 /к 140,9 МПа 238,0 МПа
c 5+ ав /80 13,1 13,1
m с/к 5,87 9,92
V a max 0,1/(1+еу) 0,063 0,052
Va-1 п. 3.3 0,08 0,08
V aa п. 3.4 0 0
Va-1 Д 1 2 2 2 V , л = л/у + V 1 + V а-1 Д V а шах у а-1 у аа 0,102 0,095
(р-1 Д =ст-1 Д -(1 + гР ■уст-1 Д ),
где гр - квантиль нормального распределения, соответствующая заданной вероятности разрушения р [11].
л' J0- ю* 10 A', ifiiKíi
1 - базовый вариант, усилие на шатуне - F1; 2 - модернизированный вариант, усилие на шатуне - F2 Рисунок 7 - Расчётные кривые усталости (с вероятностью разрушения Р=0,1...0,9) головки ножа
Наблюдаемая при эксплуатации долговечность головки ножа от 144 до 720 тысяч циклов практически равна (кривые 1 на рисунке 7) гамма-процентному полному ресурсу [12] для вероятности неразрушения от г=90% до г=10% соответственно при действии циклических напряжений с амплитудой уаН"190 МПа. Это соответствует усилию на шатуне в базовом варианте F1H"2,71 кН. При такой нагрузке на шатуне f2 в модернизированном варианте головка ножа выдержит неограниченное число циклов нагружения (кривые 2 на рисунке 7), что и требовалось получить.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Применение усталостных датчиков из отожжённой оловянной фольги позволило не только обосновать схему модернизации, но и подтвердить эффективность её применения для исследуемой детали. Проведённые в зимний период времени с помощью усталостных датчиков неразрушающие испытания модернизированной детали дают возможность использовать эту деталь в реальных условиях эксплуатации при проведении полевых работ.
Список литературы
1 Косилка навесная КС-2,1. Техническое описание и инструкция по
эксплуатации. М., 1979. 46 с.
2 Тютрин С. Г. Нагруженность кронштейна колебателя жатки
«Полесье-600» //Вестник Курганского государственного университета. Серия «Технические науки». 2014. Вып. 9. №2(33). С. 17-19.
3 Fricke W. G., jr. Fatigue Gages of Aluminum Foil // Proceedings of the
American Society for Testing and Materials. V. 62 (1962). P. 268-269.
4 Троценко Д. А., Давыдов А. К., Лисихин И. В., Зайцев А. Н. Новый
датчик деформаций интегрального типа //Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления : материалы научно-технической конференции «Датчик-2004». М. : МИЭМ, 2004. С. 198-199.
5 Тютрин С. Г., Тютрина Л. Н. Техническая диагностика
металлическими покрытиями //Вестник Курганского государственного университета. Серия «Технические науки». 2010. Вып. 5. №1(17). С. 11-12.
6 Тютрин С. Г. Применение металлических покрытий для управления
надежностью машин: технологические рекомендации. Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2011. 86 с.
7 Тютрин С. Г., Манило И. И., Городских А. А., Герасимов С. В.
Усталостный датчик из оловянной фольги// Тракторы и сельхозмашины. 2013. №9. С. 82-84.
8 Тютрин С. Г. Оловянная фольга как инструмент эксплуатационного
контроля // Труды ГОСНИТИ. М. : ГОСНИТИ, 2013. Т. 113. С. 169-172.
9 Бурков М. В., Панин С. В., Любутин П. С., Алтухов Ю. А.,
Еремин А. В. Применение тонкопленочных датчиков-фольг для оценки усталостной поврежденности композитов, армированных углеродными волокнами//ХХВсероссийская науч.-технич. конф. по неразрушающему контролю и технической диагностике (Москва, 3-6 марта 2014 г.) : тезисы докладов. М. : Спектр, 2014. С. 313-316.
10 ГОСТ25.504-82 Расчеты и испытания на прочность. Методы
расчета характеристик сопротивления усталости. М. : Изд-во стандартов, 1982. 82 с.
11 Большев Л. Н., Смирнов Н. В. Таблицы математической
статистики. М. : Наука, 1983. 416 с.
12 ГОСТ 27.002-89 Надёжность в технике. Основные понятия.
Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1990. 39 с.
УДК 658.56
В.Н. Орлов А.А. Образцова, О.С. Семёнова Курганский государственный университет
РАЗРАБОТКА СТАНДАРТОВ ОРГАНИЗАЦИИ В СИСТЕМЕ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА ООО «КАВЗ»
Аннотация. В статье показаны недостатки существующих на ООО «КАВЗ» методических инструкций и обоснована необходимость разработки и внедрения стандартов организации (СТО). На примере одного из стандартов рассмотрим цель и область действия, оформленные в виде входов и выходов процесса.
Ключевые слова: стандарты организации, бизнес-процессы.
V.N. Orlov, A.A. Obraztsova, O.S. Semyonova Kurgan State University
STANDARDS DEVELOPMENT IN THE LLC «KAVZ» QUALITY MANAGEMENT SYSTEM
Abstract. The paper shows some shortcomings of existing methodical instructions in the LLC "KAVZ" and therefore the necessity to develop and introduce company standards (STO). The paper considers the purpose and purview made out in the form of inputs and outputs of the processes through the example of one of the standards. Keywords: company standards, business processes.
В мае 2005 года Курганский автобусный завод вошел в состав крупнейшего машиностроительного холдинга «Группа ГАЗ», объединяющего основных производителей автобусной и автомобильной техники в России. Для вывода предприятия из кризиса была разработана и утверждена программа развития ООО «КАВЗ».
Основными документами, регламентирующими деятельность предприятия в области управления качеством продукции, до настоящего времени остаются методические инструкции.
В целях создания унифицированной системы менеджмента и регламентации работы бизнес-процессов на ООО
