CC BY
74
ки порошка ФБХ-6-2 — до 19,6 га. При этом толщина наплавляемого слоя должна быть в первом случае 3,6 мм, во втором — 2,96 мм.
При вспашке таких почв опытным лемехом из стали 40Х ресурс лемеха после упрочнения электродом Т-590 возрастает с 26,5 га до 29,9 га, а после плазменном напылении порошка ФБХ-6-2 — до 33,6 га. Учитывая, что опытный лемех имеет плоскую форму, его можно упрочнять пластинами из износостойкой стали Х12, износостойкого чугуна, твердого сплава ВК-20 и других материалов. При этом ресурс лемеха может быть доведен до 40 га и более.
В 2007 г. полевым испытаниям были подвергнуты опытные лемехи из стали 40Х. Их носки упрочняли пластинами толщиной 3,5 мм из стали Х12. После вспашки 20,5 га остаточный ресурс лемехов составил около 20 га. Результаты испытаний подтвердили обоснованность предложенной методики по прогнозированию долговечности рабочих органов при применении разных способов упрочнения.
Список литературы
1. Розенбаум, А.Н. Изнашивание лезвий в почвенной среде / А.Н. Розенбаум // Труды ВИСХОМ. — М., 1969. — Вып. 53. — 123 с.
2. Бахтин, П.У. Твердость почвы и износ / П.У. Бахтин // Тракторы и сельхозмашины. — 1973. — № 2.
3. Новиков, В.С. Материаловедческое направление повышения надежности рабочих органов плуга / В.С. Новиков, Д.А. Сабуркин, Н.В. Поздняков // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. — 2007. — № 3.
4. Севернев, М.М. Износ деталей сельскохозяйственных машин / Севернев М.М. [и др.]. — Л.: Колос, 1972. — 288 с.
5. Сидоров, С.А. Методика расчета на износостойкость моно- и биметаллических почворежущих рабочих органов / С.А. Сидоров // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2003. — № 12.
6. Ерохин, М.Н. Выбор марки стали для изготовления лемеха плуга / М.Н. Ерохин, В.С. Новиков // Тракторы и сельхозмашины, 2008. — № 1.
7. Рабинович, А.Ш. Элементарная теория и методика проектирования самозатачивающихся почворежущих лезвий // Тракторы и сельхозмашины, 1961. — № 10.
УДК 631.3; 621.313.13-233.2
Ю.С. Борисов, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник А.А. Некрасов, инженер
Государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства»
ОцЕНКА ПОЛНОГО И ОСТАТОчНОГО РЕСУРСОВ
подшипниковых узлов электродвигателей
Подшипниковый узел (ПУ) является одной из главных частей электродвигателей (ЭД). Его надежность в значительной мере определяет длительность работоспособности всего электропривода.
Типовые электродвигатели содержат две подшипниковые опоры, одна из которых «плавающая» (обычно со стороны рабочего конца вала), другая — фиксирующая [1]. Установленный в «плавающей» опоре подшипник воспринимает только радиальную нагрузку и имеет возможность определенного свободного перемещения в аксиальном направлении с целью предотвращения заклинивания как при сборке или ремонте ЭД, так и вследствии теплового расширения нагревающегося при работе ЭД.
Ввиду высоких частот вращения и нагрузок, малых площадей контакта тел качения с поверхностями качения колец, а также вследствие малой длины посадочных поверхностей колец относительно их диаметров, к посадкам, посадочным местам под подшипники, к монтажу и демонтажу подшипников при изготовлении и ремонте ЭД предъявляют достаточно жесткие требования (ГОСТ 3325-85;
СТ СЭВ 773-77) [2]. Строго регламентируются численные значения предельных отклонений сопрягаемых элементов, натяги и зазоры. Они имеют определенные значения для подшипников разного типа и класса точности, характера нагрузки, вида нагружения каждого из колец, условий работы, перепада температур между валом и корпусом, возможных монтажных и контактных деформаций колец, материала и состояния посадочных поверхностей, условий и качества монтажа.
На надежность ПУ существенно влияют коррозия и абразивный износ его элементов: шариков, роликов, беговых дорожек, колец, посадочных мест, трущихся поверхностей и других деталей. Образующиеся абразивные мелкие частицы постепенно разрушают все поверхности взаимного соприкосновения деталей, способствуют увеличению зазоров и биения ротора ЭД. Попадание в ПУ инородных частиц возможно уже при сборке или ремонте ЭД из-за небрежного хранения, плохой промывки подшипников, заправки загрязненной смазкой. Реальные условия работы ПУ в сельскохозяйственном
Таблица 1
Значения скорости изнашивания основных элементов ПУ электродвигателей, 10-6 мм/ч
Значение скорости Начальная скорость изнашивания Конечная скорость изнашивания
подшипника (уп н) посадочного гнезда (угн) подшипника (уп п) посадочного гнезда (укп)
Среднее значение 1,06/0,98 0,98/1,12 1,35/1,25 1,17/1,37
95 %о-го доверительного 1,0...1,2 0., .9 . 0. . 9. 9.. ,.2 1,11 1,23
интервала 0,89.1,07 0 -1^ 2 1,16.1,34 1,29.1,45
Примечание. В числителе указаны значения скорости изнашивания ПУ для клиноременной передачи, в знаменателе — для соединения с муфтой.
производстве, особенно в животноводстве, теплицах, на открытом воздухе, установках водоснабжения, некоторых перерабатывающих и других предприятиях, резко отличаются от условий, принятых в России при нормировании показателей надежности ПУ электродвигателей. Воздушная среда большинства сельскохозяйственных производственных помещений характеризуется повышенной влажностью, запыленностью, наличием газов. Так, на животноводческих объектах относительная влажность может достигать 100 %, концентрация пыли — 0,8 г/м3, содержание агрессивных газов (в первую очередь, аммиака) — 0,4 мг/м3. Кроме того, нередки перегрузки электроприводов, загрязнения ЭД, случаются обливания водой и дезинфицирующими растворами, заваливание обрабатываемым материалом. Из-за низкого уровня эксплуатации ослабляются крепления ЭД и рабочей машины, не всегда сохраняется соосность их валов. Все эти факторы существенно сокращают срок службы ПУ.
Основная причина выхода из строя любой детали — достижение ею определенного предельного износа или изменение в процессе работы геометрической формы поверхности свыше максимально допустимой. За обобщенную координату процесса изнашивания ПУ принят основополагающий параметр — скорость износа v рабочей поверхности.
Для выявления статистически обоснованных значений v выполнены специальные хозяйственные и лабораторные испытания ПУ, в процессе которых уровни изменения и сочетания основных реально действующих факторов выбирали с учетом всего диапазона их эксплуатационных значений [3, 4].
Для испытаний выбраны электродвигатели серии 4А. Полученные для них результаты в определенный мере применимы и к ЭД серии АИР, поскольку в ПУ обеих серий смонтированы, в основном, идентичные по общим техническим характеристикам комплектующие, а условия эксплуатации их одинаковые.
Установлено, что значения v распределяются по нормальному закону. По мере увеличения износа ПУ возрастает относительный эксцентриситет рото-
ра в расточке статора ЭД, который приводит к росту силы одностороннего магнитного притяжения и, следовательно, к росту v, т. е. процесс износа протекает с некоторым ускорением и график изменения v во времени представляет собой кривую выпуклостью вниз. Значения скорости изнашивания основных элементов подшипниковых узлов электродвигателей представлены в табл. 1.
Полный ресурс Rп, ч, сопряжений ПУ определяется по формуле, полученной исследованиями [3],
где 5п, 5н — соответственно предельный и посадочный (номинальный) зазоры в сопряжении, мм; уд, уи — соответственно конечная (при предельном зазоре) и начальная скорости изнашивания, мм/ч.
Предельный зазор — это наибольшее значение 5, при котором подшипник или посадочное гнездо подлежат выбраковке (подшипник заменяют, гнездо восстанавливают либо то же заменяют). Посадочный зазор — это зазор, который появляется после установки подшипника на рабочее место, т. е. после уменьшения внутреннего диаметра наружного кольца и увеличения наружного диаметра внутреннего кольца за счет посадочного натяга. При этом в подшипнике сохраняется некоторый зазор или образуется натяг.
Значения 5 для подшипников регламентированы ГОСТ 248Т081 (СТ СЭВ 77587) [5]. Предельные зазоры 5г.п в посадочных гнездах подшипников, а также радиальный 5п н и посадочный 5 номинальные зазоры рассчитаны с учетом нормируемых допусков в сопряжениях [2]. Значения указанных зазоров для ПУ наиболее широко распространенных в сельском хозяйстве ЭД указаны в табл. 2.
Приведенные сведения позволяют оценить ожидаемый полный ресурс подшипниковых узлов конкретных электродвигателей. На практике целесообразно рассматривать наихудший возможный вариант развития износа ПУ, чтобы заблаговременно узнать о приближающейся аварии (с запасом времени для принятия мер), чем получить неожидан-
Таблица 2
Нормативные зазоры в подшипниковых узлах электродвигателей, мм
Высота оси вращения, мм Радиальный зазор Зазор посадки подшипника в гнездо
номинальный 8 п.н предельный 8п п номинальный 8 г.н предельный 8гп
4А АИР 4А АИР 4А АИР 4А АИР
56 0,005 0,005 0,04 0,04 0,018 0,008 0,06 0,04
63 0,012 0,012 0,05/0,04 0,05/0,04 0,018 0,008 0,07/0,06 0,04
71 0,008 0,015 0,08/0,04 0,09/0,07 0,019 0,02 0,07/0,06 0,07/0,06
80 0,008 0,013 0,08/0,04 0,1/0,07 0,019 0,018 0,07/0,06 0,07/0,06
90 0,008 0,028 0,08/0,04 0,11/0,09 0,019 0,018 0,08/0,06 0,08/0,06
100 0,012 0,028 0,08/0,05 0,1/0,08 0,019 0,019 0,1/0,07 0,1/0,07
112 0,012 0,023 0,1/0,05 0,11/0,09 0,017 0,019 0,12/0,07 0,13/0,08
132 0,014 0,026 0,1/0,08 0,1/0,08 0,022 0,022 0,12/0,07 0,12/0,07
160 0,023 0,036 0,11/0,09 0,14/0,12 0,022 0,022 0,15/0,1/0,08 0,15/0,1/0,08
180 0,021 0,036 0,11/0,09 0,14/0,12 0,025 0,025 0,15/0,1/0,08 0,15/0,1/0,08
200 0,028 0,028 0,11/0,09 0,11/0,09 0,025 0,025 0,15/0,12/0,1 0,15/0,12/0,1
225 0,016 0,016 0,13/0,11 0,13/0,11 0,025 0,020 0,16/0,12 0,13/0,11
250 0,017 0,017 0,13/0,11 0,13/0,11 0,022 0,022 0,16/0,12 0,16/0,12
280 0,017 0,017 0,13/0,11 0,13/0,11 0,022 0,022 0,2/0,16 0,2/0,16
Примечание. В обычной дроби указаны значения зазоров для частот вращения 3000 мин 1 (числитель) и 1000;1500 мин-1 (знаменатель), в двойной дроби — соответственно для 3000, 1500, 1000 мин-1.
ный отказ электропривода со всеми вытекающими отрицательными последствиями.
Пример. Оценить для наиболее неблагоприятных условий эксплуатации ожидаемый полный ресурс ПУ электродвигателя 4А100 при частоте вращения 1500 мин-1, соединенного с рабочей машиной клиноременной передачей.
Решение. По табл. 1 принимаем верхние граничные значения скорости изнашивания из 95 %-го доверительного интервала, поскольку по условиям задачи должны учесть наихудший возможный вариант, т. е. v = 1,2 ■ 106 , v = 1,49 ■ 10-
п.н п.п
6, = 1,04 ■ 10-6, ^.п = 1,23 ■ 10-6 мм/ч. По табл. 2
для данного ЭД получаем 5п.н = 0,012; 5п.п = 0,08; 5г.н = 0,019; 5г.п = 0,07 мм. При помощи калькулятора находим натуральные логарифмы 1п(^ .Л.н) = 0,216 и 1п(^,п/тг.н) = 0,168. Подставив эти числа в приведенную ранее формулу, получим для подшипников ^.п = 106(0,05 - 0,012) 0,216 / (1,49 - 1,2) = 28 3 03 ч, а для посадочных гнезд под подшипник Rпг = = 106(0,07 - 0,019) 0,168 / (1,23 - 1,04) = 45 095 ч.
Как следует из расчета, ресурс всего ПУ определяется надежностью подшипников и составляет 28 303 ч. Для условий животноводства, где ЭД круглосуточно подвергается неблагоприятному воздействию окружающей среды, это равно 3,2 года. К окончанию данного срока следует запланировать средства на ремонт ЭД, либо его замену резервным.
Остаточный ресурс R(т) ПУ по завершению какого-то периода т работы ЭД (например, после
гарантийного срока) можно определить как разность между Rп и т. Например, если электродвигатель (см. пример) прослужил т = 8760 ч (1 год), то R(8760) = 28303 - 8760 = 19543ч или R(1 год) = = 3,2 - 1 = 2,2 года.
Представленная инженерная методика позволяет работникам любой квалификации оперативно оценить ожидаемые полный и остаточные ресурсы подшипниковых узлов электродвигателей, а также раздельно ресурсы подшипников и их посадочных гнезд.
Список литературы
1. ГОСТ 19523-81Е. Машины электрические вращающиеся от 50 до 355 габаритов. Двигатели асинхронные с короткозамкнутым ротором. Технические условия. — М.: Изд-во стандартов, 1982.
2. ГОСТ 3325-85 (СТ СЭВ 773-77). Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов. Посадки. — М.: Изд-во стандартов, 1985.
3. Буторин, В.А. К вопросу зависимости скорости изнашивания подшипниковых узлов асинхронных электродвигателей от действующих на нее факторов / В.А. Буторин, С.Н. Борозенцев // Труды ЧИМЭСХ. — Челябинск, 1978. — Вып. 143.
4. Сырых, Н.Н. Эксплуатационная надежность электродвигателей серии 4А и пути ее повышения / Н.Н. Сырых, Ю.С. Борисов, В.Г. Левашов, У.Г. Стецюк // Научные труды ВИЭСХ. — Т. 63: Автоматизированный электропривод в сельскохозяйственном производстве. — М., 1985.
5. ГОСТ 24810-81 (СТ СЭВ 775-87). Подшипники качения. Зазоры. — М.: Изд-во стандартов, 1982.
