CC BY
82
Таблица 3
Экономия топлива
Марка автомобиля (тип двигателя) Значение показателя, % Место проведения испытания
Д-240 8,8 Белорусский государственный университет
ЗМЗ-21 9...12 Вильнюсский технический университет имени Гедиминаса
ВАЗ-2105 15,9 Испытательный центр автомобиль-
ГАЗ-2410 5,0 ных изделий НАМИ
ЗИЛ-131 12,3 В/ч 93268
ЗИЛ-4331 16,7 АМО ЗИЛ
менения полученных высокомолекулярных соединений в качестве высокоэффективных присадок к маслам.
Список литературы
1. Севернев, М.М. Износ деталей сельскохозяйственных машин / М.М. Севернев [и др.]. — Л.: Колос, 1972. — 288 с.
2. Рамбиди, Н.Г. Физические и химические основы нанотехнологий / Н.Г. Рамбиди, А.В. Березкин. — М.: Физ-матлит, 2008. — 456 с.
3. Ахматов, А.С. Молекулярная физика граничного трения / А.С. Ахматов. — М.: Физматгиз, 1963. — 472 с.
4. Пригожин, И. Самоорганизация в неравновесных системах / И. Приго-жин, Г. Николис; пер. с англ.; под ред.
Ю.А. Чизмаджева. — М.: Мир, 1979. — 512 с.
5. Соединения фтора: синтез и применение / Пер. с япон.; под ред. Н. Исикавы. — М.: Мир, 1990. — 407 с.
УДК 631.3.004.67.004.124
О.А. Леонов, доктор техн. наук, профессор
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ДОПУСКОВ ПОСАДОК ПРИ РЕМОНТЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ
В теории надежности отказы подразделяют на постепенные и внезапные. Чаще всего отказы происходят по какому-либо параметру, поэтому они называются параметрическими. Для более полного анализа надежности машин необходимо построить модель формирования параметрических отказов, которые отражают процессы, изменяющие выходные параметры.
Рассмотрим общие схемы формирования отказа изделий, когда процессы старения, повреждения и т. п. приводят к изменению во времени выходного параметра Л (рис. 1, 2). Вначале имеет место рассея-
ние конструктивных (начальных) параметров, характеризующихся средним квадратическим отклонением (СКО) соотносительно своего математического ожидания Дк . Затем в процессе эксплуатации параметры изделия изменяются по определенному закону старения U (t), что описывается функцией изменения оцениваемых параметров во времени:
A(t) — А к + U (t).
(1)
Отказ возникает при достижении верхнего или нижнего предела нормального функционирования — ЛРшах и ЛРш1п, которые также могут иметь некоторое рассеяние.
Рис. 1. Модель параметрического отказа по одному пределу
Рис. 2. Модель параметрического отказа по двум пределам
Реальные процессы старения отличаются от линейных, перемешиваются и могут иметь как монотонный, так и немонотонный характер. Эти свойства влияют на параметры закона распределения и оценку вероятности безотказной работы (ВБР).
Чаще всего модель параметрического отказа представляют в виде «сильно перемешанного» гауссовского процесса, что приводит к нормальному распределению [1]:
/ _ __ Л
АБшах ~ Ак ~ и(()
Р(£) = Ф
+°и (£)
(2)
где Ф — функция Лапласа; аи(?) — СКО рассеяния параметров процесса старения.
Конструктивный допуск Тк взаимосвязан с ок:
Тк = ^кзМ^ (3)
где X — показатель относительного рассеяния конструктивных параметров (юк — зона рассеяния), X = юк/Тк; К— коэффициент относительного рассеяния.
После преобразований в формуле (2), перейдя к квантильной оценке и используя зависимость (3), получим
Т =
(4)
где Тр — функциональный допуск; б — относительная износостойкость; Нк1 и Нк2 — квантили законов распределения начальных параметров и скорости изнашивания, характеризующие заданную ВБР (верхняя оценка).
Для более сложного случая, когда отказ происходит по двум пределам (рис. 2), запишем общую ВБР модели:
Р(£) = Р^і) + Р2(і) = Ф
-д к - и о)
V0к +°и (£)
(5)
+ф
л/°к + °и (£)
-1,
где Р1(() и Р2(0 — ВБР по нижнему и верхнему пределам.
Оптимальным условием конца эксплуатации будем считать равенство ВБР по нижнему и верхнему пределам, т. е. Р^О = Р2(0. Тогда, после математических преобразований в формуле (5), используя (3), получим
Тк =->,25Тр _ нк22во2иЦ). (6)
Исходя из (1) и рис. 2, получим Ак = 0,5Тр - и() + Аршт.
С помощью зависимостей (4) и (6) можно определить конструктивный допуск исследуемого параметра при заданных ВБР и ресурсе £, при этом необходимо исследовать процесс старения методами математической статистики.
Коэффициент стойкости (для подвижных соединений — коэффициент износостойкости), так часто используемый различными исследователями для фактической оценки процессов старения, можно определить как
к _ _ 1 ки - —--,
^с е
где уэ и ус — средние скорости процессов старения эталонного и сравниваемого соединений; б — относительная стойкость соединения к процессу старения (для подвижных соединений — относительная износостойкость).
Анализ зависимостей (4) и (6) показал, что при заданном ресурсе и ВБР для различных пар трения будут получаться различные допуски. Здесь возможна технико-экономическая оптимизация по минимуму затрат на создание (материалы, покрытия и т. п. — стоимость) и обработку (квалите-ты — стоимость) пар трения.
Сформулируем общее положение оптимизации стоимости создания элементов /-го соединения: сумма затрат на создание внешнего поверхностного слоя (материала определенной износостойкости, в дальнейшем — материала) Св и обработку Со должна быть минимальной при заданном ресурсе безотказной работы V.
£ = сош^ ВБР;
Тку = ТИ] + ТЩ : С2у = Сё2у + СЭ2у;
' Соі] Сёоу + СВоу;
С — с + с •
'-'у ^оу ^ 2і] ’
* тіп,
где гку — конструктивный допуск посадки, определен-
ный по зависимостям (4), (6) для исследуемого у-го способа создания; и Тщ — допуски на окончательную обработку вала и отверстия (элементов соединения) Соу = СЛоу + Сш^ — стоимость обработки складывает ся из стоимости обработки вала Сйо^ и отверстия Сш^ С - = Сйв^ + Сш^ — стоимость материалов для у-го способа складывается из стоимости материала вала Сйв^ и отверстия Сш^; = Со^ + Св^ — стоимость создания
у-м способом /-го соединения складывается из стоимости материала и обработки; ^ — коэффициент эффективности.
Варьируя ресурсом (£ = уаг) от нуля до нормируемого наибольшего значения в данных моделях,
Рис. 3. Зависимость показателя эффективности от ресурса при разных способах ремонта соединения
можно определить наилучшие способы создания элементов соединения и оптимальные значения ресурсов для каждого из них. Наглядно это отражено на рис. 3, где сравниваются два способа ремонта соединения. Первый более дорогой, но обеспечивает больший ресурс, второй — дешевый, но ресурс меньше. Для конкретного соединения лучшим будет второй способ ремонта, так как затраты на единицу ресурса меньше, чем у первого, но будет ли такой ресурс удовлетворять ресурсу узла или агрегата в целом?
Этот вопрос можно решить путем оптимизации стоимостей ремонта всех (/ = 1, ..., к) соединений, входящих в узел или агрегат на определенном ресурсе, где сумма всех затрат будет наименьшей. Так можно определить не только оптимальные способы обработки и восстановления деталей соединений, но и оптимальный ресурс узла или агрегата. Модель оптимизации тогда будет выглядеть так:
£ = уаг (от £ = 1 до £шах); ВБР;
Тку1 _ Т(1у1 ^ ^ Соу1 _ Сёо1)1 ^ CDoijt;
* С2ц! _ Сё2у + CD2ijt; Cijt _ Со1]! + С2уР (7)
к
Са = X Cijt; % = Си1£ ^ шin,
/=1
где С^ — стоимость ремонта соединений, образующих узел или агрегат (на £-м ресурсе).
Из модели (7) ясно, что оптимальным будет ресурс, где показатель эффективности наименьший.
Пример расчета допусков и назначения посадок для соединения вал-втулка унифицированного редуктора Н 090.20.000, широко используемого в сельхозмашинах, приведен в таблице. Интенсивность изнашивания полученного соединения 040Н9/х8 в 3 раза меньше интенсивности изнашивания серийного. Рассчитанные посадки обеспечивают доремонтный ресурс 8 лет, а при использовании современных способов восстановления — до 16 лет.
Таким образом, теоретически решена проблема определения не только выбора наилучших способов создания соединений на заданный ресурс, но и выявлена возможность определить оптимальный ресурс работы соединения, сборочной единицы или агрегата, при котором, во-первых, будут наименьшие затраты, а во-вторых, будет обеспечиваться равноресурсность (или кратноресурсность) соединений, что также приводит к снижению общих затрат на эксплуатацию и ремонт агрегата. Причем затраты на эксплуатацию и внеплановый ремонт значительно снижаются, так как нет необходимости из-за отказа одного соединения проводить разборочно-сборочные работы (порой по нескольку раз) при замене одной или нескольких деталей. А затраты на ремонт немного повышаются, так как нужно ремонтировать не часть, а все детали
Точностные параметры для лучших способов восстановления валов соединения вал-втулка
Способ восстановления, способ обработки ре- сурс, сезо- нов £ ВБР Расчетный допуск посадки, мкм Посадка
0. Серийное соединение
Вал — Сталь 45+Ш 2 1,00 0,95 34 040Н7/к6
Втулка — Сталь 40Х+Р
1. Эталонное соединение 4 109 040Н9/х8
(только изменение посадки) 8 102 040Н9/х8
Вал — Сталь 45+Ш 12 1,00 0,95 94 040Н8/х8
Втулка — Сталь 40Х+Р
16 87 040Н8/х8
2. Вал — Контактная приварка 4 110 040Н9/х8
ленты + Ш 8 104 040Н9/х8
Втулка — Обработка под РР (Р) 12 0,87 0,95 97 040Н8/х8
16 91 040Н8/х8
3. Вал — Наплавка 4 109 040Н9/х8
Нп-30ХГСА(С02) + ППД 8 102 040Н9/х8
Втулка (новая) — Сталь 40Х+Р 12 0,9/ 0,95 95 040Н8/х8
16 88 040Н8/х8
4. Вал — Напрессовка тонко- 4 106 040Н9/х8
стенной втулки + Ш 8 99 040Н8/х8
Втулка — Обработка под РР (Р) 12 1,05 0,95 92 040Н8/х8
16 82 040Н8/х7
Условные обозначения: РР — ремонтный размер; Ш — шлифование до Я& = 0,32 мкм; Р — растачивание до Я& = 0,32 мкм.
и соединения (кроме кратноресурсных с повышенной кратностью).
Таким образом, для любого соединения или размерной цепи можно выбрать оптимальные параметры материалов пар трения и рассчитать допуск и стоимость обработки исследуемых поверхностей деталей при минимуме затрат для обеспечения заданного ресурса и ВБР.
Список литературы
1. Надежность и эффективность в технике: справочник. В 10 т. / В.С. Авдуевский [и др.]. — М.: Машиностроение, 1986.
2. Леонов, О.А. Обеспечение качества ремонта унифицированных соединений сельскохозяйственной техники методами расчета точностных параметров: дис. ... доктора техн. наук. — М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2004. — 324 с.
УДК 631.3.004.6
Л.В. Фёдорова, доктор техн. наук, профессор С.К. Фёдоров, доктор техн. наук, профессор Е.В. Нагнибедова, инженер
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина» В.Б. Салов, инженер
ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия»
ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ
Анализ деятельности российских предприятий машиностроения, станкостроения, автотранспортных предприятий, служб коммунального хозяйства, нефтегазовых компаний, строительных фирм и предприятий АПК свидетельствует о том, что наряду с потреблением метизной продукции специализированных компаний вышеперечисленные предприятия дополнительно занимаются производством и восстановлением деталей с резьбой. Для этого они содержат специальное и универсальное оборудование, штат квалифицированных специалистов и широкую номенклатуру резьбообразующего инструмента. При этом основным способом изготовления резьбы остается нарезание. После формирования резьбы изделия поступают в эксплуатацию, как правило, без дополнительных эффективных способов обработки резьбовых поверхностей [1]. Причем при выборе способа изготовления резьбы не учитываются ни условия работы деталей, ни наиболее характерные дефекты резьбы. До настоящего времени в ремонтных мастерских автотранспортных предприятий детали, подверженные усталостному разрушению по впадине резьбы, изготавливают нарезанием без какой-либо последующей обработки. Крепежные изделия, серийно выпускаемые и изготовленные в ремонтных мастерских, зачастую не соответствуют критериям износостойкости, прочности, пределу выносливости.
Существующие способы образования метрической резьбы нарезанием или накатыванием имеют недостатки (см. таблицу), что не позволяет производить изготовление резьбы со следующими свойствами: твердость поверхностного слоя резьбы
4000.7800 НУ МПа (42.64 НЯС) при сохранении вязкой сердцевины витков; отсутствие окисления и обезуглероживания поверхностного слоя; отсутствие коробления деталей; получение волокон металла, вытянутых вдоль профиля основания и боковых поверхностей резьбы; глубина слоя повышенной твердости 0,04.0,20 мм и глубина пластически деформированного слоя 0,02.0,08 мм; оптимальная микрогеометрия поверхностей по высоте и форме; мелкодисперсная мартенситная структура поверхностного слоя [2].
Изучение существующих способов изготовления и восстановления резьбовых поверхностей, анализ преимуществ и недостатков традиционных методов, теоретические и экспериментальные исследования в области электромеханической обработки (ЭМО) деталей позволили разработать следующие направления повышения долговечности резьбы:
• отделочно-упрочняющая электромеханическая обработка (ОУЭМО);
• электромеханическая поверхностная закалка (ЭМПЗ);
• электромеханическое восстановление (ЭМВ). ОУЭМО (рис. 1) производится после нарезания
или накатывания резьбы и основано на соединении в единой технологической схеме эффектов поверхностного пластического деформирования и поверхностной закалки исполнительных и (или) вспомогательных участков резьбового профиля.
ОУЭМО позволяет исключить дефекты окисления и обезуглероживания поверхностного слоя; формировать виток резьбы, закаленный поверхностно при сохранении вязкой сердцевины нижележа-
109
