Повышение долговечности гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕХНИЧЕСКИЙ СЕРВИС В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ КОМПЛЕКСЕ

УДК 631.354:620.169.1

С.А. Ищенко, канд. техн. наук, докторант

B.И. Балабанов, доктор техн. наук, профессор

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

C.В. Иншаков, канд. техн. наук, доцент

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Приморская государственная сельскохозяйственная академия»

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ГУСЕНИЧНОГО ДВИЖИТЕЛЯ РИСОЗЕРНОУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ

Рыночная экономика обусловила необходимость проведения работ по повышению качества, конкурентоспособности и безопасности выпускаемой продукции, выполняемых работ и услуг агропромышленного комплекса Российской Федерации. Анализ зарубежного и отечественного опыта свидетельствует о том, что эффективные механизмы решения возникающих по этим направлениям проблем могут базироваться только на концепции управления качеством. Это требует проведения теоретических и экспериментальных исследований процессов повышения технологических уровней и эффективности технического сервиса машин, оборудования и коммуникаций в агропромышленном комплексе путем моделирования и оптимизации организационно-технологических решений на каждом этапе жизненного цикла сельскохозяйственной техники.

Анализ современного состояния механизации уборки зерновых культур в России выявляет ее низкую эффективность. Статистические данные свидетельствуют о постоянном сокращении обще-

84

го числа комбайнов в парке, росте доли неисправных машин, старении парка, увеличении средней нагрузки на комбайн [1]. По сравнению с 1990 г. годовой выпуск комбайнов уменьшился в 10 раз, причем уменьшение их общего парка лишь в 2,5 раза произошло за счет того, что в эксплуатации остаются машины со средним возрастом 13 лет и более, из которых число исправных машин, постоянно участвующих в уборке, составляет менее 70 %. Рост нагрузки на комбайн приводит к значительному увеличению продолжительности уборочного сезона, что отрицательно сказывается на сохранении биологической ценности и полноты уборки возделываемых пищевых и кормовых культур.

В настоящее время еще отмечают продолжительные простои вследствие недостаточной надежности ряда сборочных единиц и деталей уборочной техники, низкого качества ремонта и технического обслуживания [2]. Для повышения надежности машин необходимо прежде всего точно оценивать их показатели, выявлять наиболее слабые детали

и устанавливать причины низкой работоспособности. На основе обобщения фактических данных важно разработать конкретные способы восстановления изношенных деталей, обеспечивающих заданный ресурс деталей и машин. Одним из путей повышения уровня надежности машин является полное использование ресурса деталей за счет своевременного проведения операций технического обслуживания, диагностирования, грамотной организации ремонтных процессов с применением методов дефектации и современных технологических процессов восстановления формы и посадок соединений.

Почвенно-климатические условия при возделывании риса и сои обуславливают использование уборочных и транспортных машин на гусеничном ходу. Высокая металлоемкость движителя, значительные нагрузки на детали, механический состав и кислотность среды (почвы) определяют высокую скорость изнашивания сопрягаемых поверхностей ходовой части и, как следствие, периодичность ремонтно-обслуживающих работ. Анализ производственных и статистических данных использования парка рисозерноуборочных комбайнов в специфических почвенно-климатических условиях Дальнего Востока выявил низкие показатели надежности как машины в целом, так и ее отдельных агрегатов, при этом гусеничная цепь является одним из самых недолговечных узлов движителя при одновременно значительной стоимости ремонта [2, 3].

В связи с низкой надежностью гусеничных цепей рисозерноуборочных комбайнов необходимо их плановое диагностирование. Предлагаемый способ предусматривает измерение длины 10 звеньев верхней ветви цепи путем базирования штангенин-струмента с одноименных сторон крайних втулок контролируемого участка. Установлено, что форма кривой, которую принимает верхний участок гусеничной цепи в момент диагностирования, зависит от значения дополнительной растягивающей нагрузки, приложенной изнутри обвода. Теоретически определено, что достаточно приложения силы в 5000 Н для обеспечения относительной разности длины дуги (т. е. реальной формы цепи) и прямой (т. е. фактически измеряемого расстояния) между крайними точками контролируемого участка менее 0,5 %. Рост силы свыше 7500 Н нецелесообразен, так как приводит к плавному стремлению погрешности к бесконечно малой величине [4].

Техническое состояние гусеничной цепи составного типа определяется ее шагом. В процессе эксплуатации шаг цепи увеличивается вследствие износа сопрягающихся деталей, при этом наибольший износ в линейном и массовом выражении отмечен у втулок и пальцев.

Исследованиями установлены следующие средние значения линейного износа втулок: по наружному диаметру - = 0,7 мм, по внутреннему диа-

метру Г = 0,56 мм, средняя потеря массы втулки от износа - = 55,4 г, что доказывает необходимость разработки технологии восстановления этих деталей [3].

Дефектация бывших в эксплуатации щек выявила следующие результаты. В случайной выборке деталей распределение размера беговой дорожки по высоте близко к теоретическому закону распределения Вейбулла и имеет следующие характеристики: - = 91,7455 мм, о = 1,02 мм, V = 0,386. Распределение значений ширины беговой дорожки щеки над пальцем подчиняется закону нормального распределения с характеристиками: - = 26,88 мм, о = 1,05 мм, V = 0,335. Распределение замеров ширины беговой дорожки над втулкой близко к теоретическому закону нормального распределения с характеристиками: - = 15,078 мм, о = 0,652 мм, V = 0,287. Распределение значений диаметров отверстий под болты крепления опорных плит подчиняется закону распределения Вейбулла с характеристиками: Г = 16,655 мм, о = 0,272 мм, V = 0,656. Распределение диаметров отверстий под палец согласуется с теоретическим законом нормального распределения с характеристиками: Т = 27,502 мм, о = 0,055 мм, V = 0,433. Распределение диаметров отверстий под втулку близко к теоретическому закону нормального распределения с характеристиками: - = 44,953 мм, о = 0,068 мм, V = 0,251 [4].

Форма отверстий позволяет отметить большую жесткость щеки в районе соединения с пальцем, где распределения диаметров отверстия, измеренных в направлении параллельном (- = 27,491 мм, о = 0,054 мм, V = 0,471) и перпендикулярном (- = 27,479 мм, о = 0,054 мм, V = 0,415) оси щеки, не имеют существенных различий. Распределения диаметров отверстий под втулку, измеренных в направлении параллельном (— = 44,9525 мм, о = 0,084 мм, V = 0,310) и перпендикулярном (- = 44,903 мм, о = 0,0618 мм, V = 0,238) оси щеки, существенно различаются [4].

Теоретическими исследованиями установлена взаимосвязь между размерами сопрягаемых поверхностей деталей и выявлено влияние расстояния в щеке между центрами отверстий в щеке под втулку и палец на общее техническое состояние цепи. Экспериментальными исследованиями выявлено эксплуатационное изменение межцентрового расстояния и установлена необходимость его контроля специальными средствами при проведении дефектации. Экстремальные значения статистического ряда значений межцентрового расстояния приходятся на интервал 174,65.. .174,75 мм. Установлено, что рекомендации завода-изготовителя по назначению величины ремонтного увеличения наружных размеров втулок и пальцев, а соответственно и отверстий в щеке на 0,3 мм не учитывают значительный разброс межцентрового расстояния, но даже

85

при ремонтном увеличении на 0,6 мм можно принять к ремонту не более 80 % деталей, а собранная из них цепь получит удлинение, адекватное 8 %-му сокращению ресурса.

При ремонте необходимо обеспечить начальные значения звеньев цепи, восстановив правильную геометрическую форму деталей и их изношенных поверхностей, а также плотность сборочных посадок.

Для более полного использования ремонтного фонда щек при стремлении к наибольшему соответствию межцентрового расстояния номинальному размеру, заданному чертежом, а также лучших условий рельсовости необходимо на поверхности отверстий предусмотреть добавление металла за счет термопластической деформации или наплавки, создавая тем самым достаточный запас для механической обработки.

Экспериментально установлено влияние скорости резания и подачи на изнашивание задней поверхности режущего инструмента и качество обработанной поверхности при чистовом точении после восстановления. Анализ результатов свидетельствует о том, что в диапазоне скоростей резания от 0,2 до 2,0 м/с наиболее благоприятные условия для режущего инструмента обеспечиваются в интервале 0,9__1,2 м/с, которому соответствует частота враще-

ния инструмента относительно отверстия под втулку (0 45 мм для детали В 34025 Л/П) 380_510 мин-1, а относительно отверстия под палец (0 27,5 мм для В 34025 Л/П) — 62_83 с-1. Увеличение скорости резания вызывает снижение стойкости режущего

Схема восстановления изношенных пальцев и втулок гусеничной цепи:

1, 5 — изношенные втулки; 2 — компенсационные кольца (диски); 3 — установочный штифт;

4 — пуансоны; 6 — полуматрицы; 7 — поверхности разъема; 8 — фиксатор

86

инструмента и стабилизацию шероховатости обработанной поверхности.

Для восстановления и повышения долговечности пальцев и втулок гусеничных цепей движителей комбайнов тракторов разработана технология ТПД с приваркой к восстанавливаемым деталям кузнечной сваркой при рабочем ходе осаждения компенсационных колец и дисков для компенсации уменьшения длины втулки и пальца вследствие износа (см. рисунок).

Проведенные исследования показывают, что пластическая деформация втулок гусеничной цепи, изготовленных из конструкционной стали 20Г, является следствием сдвигов, происходящих внутри и по границам зерен. При сжатии каждое зерно сплющивается. Сдвиг происходит по кристаллографическим плоскостям — плоскостям скольжения. Поскольку марганцовистые стали в холодном состоянии не поддаются пластической деформации, рассмотрена осадка втулок гусеничной цепи с предварительным их нагревом [3]. Большое значение имеет режим нагрева втулок перед пластическим осаживанием. Размеры и форма втулок позволяют применить один из современных видов нагрева — индукционный нагрев токами высокой частоты.

Предварительно нагретые до температуры 900_950 оС изношенную втулку 1 (палец 5) и компенсационные кольца или диски 2 совместно укладывают в полуматрицу 6 и зажимают установочным штифтом 3, фиксирующим размер внутреннего диаметра втулки под палец. Матрицу помещают на столе гидравлического молота и посредством пуансона 4 производят удар. При этом происходит осадка втулки или пальца и одновременная приварка компенсационного кольца за счет энергии удара и трения (совместный процесс кузнечной сварки и сварки трением).

После снятия нагрузки полуматрицы разъединяют по поверхностям разъема 7 и удаляют установочный штифт выпрессовкой. Размеры деталей после пластического деформирования соответствуют размерам заготовок. Термической обработкой, шлифованием и развертыванием получают пальцы и втулки нормальных размеров. Толщину компенсационного кольца или втулки определяют исходя из объемных значений износа пальцев и втулок.

Для ремонтного процесса разработаны, изготовлены и испытаны промышленные образцы че-тырехпуансонных штампов, позволяющие получать поковки осадкой из изношенных втулок, соблюдая необходимые припуски по наружному и внутреннему диаметрам и уменьшение их высоты на 6_8 мм, что в дальнейшем компенсируется установкой колец (высота 3,4 мм) между втулкой и щекой при сборке гусеничной цепи. Причем компенсационные кольца изготавливают из выбракованных втулок.

Установка для процесса ТПД втулок гусениц комбайнов также включала в себя нагревательное устройство на базе высокочастотного генератора, молот и пресс. Конструкция нагревательного устройства рассчитана на одновременный нагрев нескольких втулок. Технологический режим восстановления втулок гусеничной цепи характеризуется следующими основными показателями: температура предварительного нагрева Тпн = 1150 °С, температура окончания процесса деформирования втулки в штампе Тк = 900 °С, усилие пластической деформации Fд = 150 кН, скорость деформации е = 20 с-1. Цементацию восстановленных втулок проводят в электропечи СШЦП-6,12/9113 в газе синтин, а закалку — в воде с отпуском на воздухе [5].

Механическая обработка восстановленных втулок подразумевает черновое шлифование наружного диаметра на полуавтомате СА 501М-114 и чистовую доводку на бесцентровошлифовальном полуавтомате СА 501М-11а.

Исследования, проведенные на поперечных сечениях втулки, показали, что снаружи глубина закалки цементованного слоя для втулок колеблется от 1,3 до 2,1 мм, а на внутренней поверхности в пределах 1,7_1,9 мм, что соответствует требо-

ваниям на изготовление новых втулок. В процессе лабораторных исследований установлено, что микротвердость и микроструктура восстановленных втулок после соответствующей химико-термической обработки идентичны свойствам новых деталей и соответствуют требованиям ГОСТ 3443-77. Твердость наружной и внутренней поверхностей втулки после термопластического восстановления и термообработки изменяется в пределах 59_64 HRC, что соответствует требованиям завода-изго-товителя.

В целом разработанный технологический процесс позволяет восстанавливать 90 % втулок всего ремонтного фонда, даже если их линейные и массовые износы выходят за пределы существующих технических требований на капитальный ремонт гусеничных комбайнов (ГОСТ 22.611-80).

Использование разработанного способа и устройства для деформирования в горячем состоянии при восстановлении втулок и пальцев гусеничных цепей комбайнов позволяет снизить расход металла, так как в настоящее время практически все втулки и пальцы из нового материала изготовляют точением, т. е. экономить около 20 т стали марки 20Г.

Для восстановления изношенных зубьев ведущего колеса, наружных поверхностей и реборд опорных и поддерживающих катков гусеничного движителя предлагается применять индукционные методы наплавки твердосплавных порошковых сплавов.

Для повышения скорости и качества наплавки, а также абразивной износостойкости нанесен-

ных индукционными способами покрытий разработана новая наплавочная композиция порошкового материала.

Порошковый материал для индукционной наплавки твердосплавных покрытий, включающий в себя углерод, хром, никель, кремний, марганец, феррохром, железо, борную кислоту, кальцинированную соду, гидроксид кальция, силикокальций, сварочный флюс, тетраборат натрия и никелевый порошковый сплав ПГ-СР-2М, в качестве упрочняющего компонента содержит абразивный материал, получаемый после шлифования наплавленных поверхностей алмазными и другими износостойкими (эльбор, электрокорунд, карбид кремния, нитрид бора, монокорунд и др.) шлифовальными кругами, или материал минерального происхождения (гранит, базальт и др.) с дисперсностью частиц не более 1 мм.

Порошок сушат, калибруют на ситах с отверстиями диметром до 1,2 мм и тщательно перемешивают. На изделие наносят заданный слой разработанного порошкового материала и расплавляют плоским индуктором на установках типа ВЧГ-9 или аналогичных. Для механической зачистки наплавленных покрытий используют износостойкие шлифовальные круги. Толщину наплавленного слоя контролируют ремонтным шаблоном.

Эксплуатационные испытания гусеничных цепей с восстановленными втулками проведены в условиях штатной эксплуатации комбайнов в хозяйствах Уссурийского, Хорольского и Ханкайско-го районов Приморского края. В процессе испытаний регистрировалась наработка на отказ и износ восстановленных цепей при помощи спроектированного и изготовленного приспособления для диагностирования гусеничного движителя. Долговечность втулок ГЦ, эксплуатируемых в условиях Дальнего Востока, увеличилась более чем в два раза.

Результаты исследований внедрены на ОАО «Уссурийский комбайноремонтный завод», ОАО «Аскольд», ОАО «Уссурийский авторемонтный завод», процесс диагностирования гусеничных цепей принят к выполнению при проведении технического обслуживания в ряде сельскохозяйственных предприятий Приморского края.

Экономический эффект от результатов исследований по совершенствованию технологии ремонта гусеничных цепей путем внедрения новой технологической оснастки и восстановления пальцев и втулок ТПД произведен применительно к условиям ОАО «Уссурийский комбайноремонтный завод» (г. Уссурийск) методом сопоставления экономических показателей базового и проектируемого вариантов. Сравнительный экономический эффект за расчетный период с учетом дисконтирования составил 308 тыс. р., срок окупаемости затрат —

87

0,25 года при годовой программе ремонта 200 цепей (21 600 щек).

Список литературы

1. О состоянии сельского хозяйства в Приморском крае в 1997-2003 годах (аналитическая записка). — Владивосток: Центр изд. услуг Прим. край. комит. гос. стат., 2004. — 18 с.

2. Пивоваров, А.Д. Надежность комбайнов / А.Д. Пивоваров, С.А. Ищенко. — Уссурийск: Приморский СХИ, 1990. — 86 с.

3. Ищенко, С.А. Повышение долговечности гусеничных цепей рисоуборочных комбайнов, эксплуатируемых в условиях Дальнего Востока: автореф. дис. ... канд. техн. наук. — М.: МГАУ, 1989. — 16 с.

4. Иншаков, С.В. Диагностирование и ремонт гусеничных цепей составного типа / С.В. Иншаков, С.А. Ищенко. — М.: «УМЦ Триада», 2007. — 144 с.

5. Ищенко, С.А. Прогрессивные технологии технического сервиса автотракторной техники / С.А. Ищенко. — М.: «УМЦ Триада», 2005. — 80 с.

УДК 629.113.5:66.067.3.31

С.А. Зыков, канд. техн. наук, доцент

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

Э.И. Удлер, доктор техн. наук, профессор А.В. Исаенко, канд. техн. наук, доцент

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный архитектурно-строительный университет»

ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ТРАКТОРОВ

Ресурс двигателей внутреннего сгорания (ДВС) предопределяется в первую очередь долговечностью цилиндропоршневой группы (ЦПГ), которая для серийных двигателей зависит от многих эксплуатационных факторов. К таким факторам следует отнести прежде всего географические и климатические условия, запыленность воздуха и состав пыли в зоне работы механизмов, а также техническое состояние агрегатов защиты деталей ДВС от коррозионно-механического изнашивания.

Для надежной защиты деталей ЦПГ от превалирующего вида изнашивания — абразивного — важное значение имеет состояние воздушных и топливных фильтров. Последние, кроме того, защищают детали топливоподающей аппаратуры (ТПА) от примесей, в той или иной мере всегда содержащихся в топливе. Роль ТПА в технико-экономических показателях ЦПГ специалистам известна.

В этой связи показателен анализ технического состояния ТПА дизелей тракторов различного назначения, проведенный авторами в условиях дорожного строительства в Сибирском регионе. Характеристика грунтов (следовательно, твердость пыли) этого региона представлена в табл. 1.

В таких условиях крайне важно обеспечить надежную защиту деталей топливоподающей систе-

мы от абразивного изнашивания. С этой точки зрения практический интерес представляет анализ технического состояния топливной аппаратуры тракторных дизелей, постоянно находящихся в зонах с повышенной запыленностью, которая без системы пылеот-деления составляет до 15 г/м3 на уровне топливных баков. При этом рабочая зона тракторов характеризуется следующим содержанием пыли с частицами размером: до 20 мкм — 50.60 %, от 20 до 40 мкм — 25.30 %, свыше 40 мкм — 10.15 %.

В дорожном строительстве используют в основном гусеничные бульдозеры марок Д-355ЛЗ «Комацу» (Япония), а также трактора Т-500 и Т-35.01 (Россия) с общей наработкой от 8 000 до 90 000 мо-точ, что соответствует от 9 до 340 % их износа.

Математическая обработка информации по отказам показала (табл. 2), что при больших рассеяниях средняя наработка на отказ тракторов составляет всего 287.350 моточ, что свидетельствует о значительной выработке их ресурса.

Таблица 1

Глубина залегания, м Характеристика грунтов Твердость по шкале М.М. Протодьяконова

02 сГ о Растительный слой с корнями легкий суглинок 0г5.. .1г0

1>г чоГ <4. оГ Мелко- и среднезернистые песчаники 1г2.. .2г0

°°Г ооГ <4. оГ Среднезернистые песчаники кварцевого состава 3Д. А0