Техническое обслуживание и ремонт машин в сельском хозяйстве

Раздел: Техника

В процессе функционирования элементы машин (кинематические пары и звенья) находятся в сложном и непрерывно изменяющемся взаимодействии, закономерности их изнашивания в большинстве случаев нелинейны. Сущность взаимного воздействия сопряженных элементов, например А и Б, состоит в следующем. При функционировании машины, допустим элемент А, состояние которого под действием внешних факторов (внешних возмущений) непрерывно изменяется во времени, оказывает воздействие с переменным характером на элемент Б, изменяя с разной интенсивностью во времени и его состояние. Оказавшись в новом износном состоянии, элемент Б уже более интенсивно действует на элемент А, чем он действовал прежде. В связи с этим дополнительно

возникшее механическое воздействие представляется -как внутреннее возмущение данного сопряжения, появившееся в процессе функционирования технической системы. Поэтому и ухудшается работоспособность машины. Скорость изменения состояния сопряженного элемента А' усиливается в возрастающей степени, так как условно-постоянное влияние внешних факторов на элемент А складывается с непрерывно усиливающимся действием на него внутренних возмущений, повышая интенсивность напряжений в этом элементе.

Диалектическое взаимодействие элементов сложной технической системы в упрощенном виде рас- сматриватся на самом простом сопряжении вал — подшипник скольжения. Передающий некоторое уси- лие вал неизбежно изнашивает подшипник. При определенном износе подшипника возрастает скорость изнашивания шейки вала вследствие изменения нагрузки из-за появления несоосности, вибрации, ухудшения условий смазки и т. д. В свою очередь, при изменившемся состоянии шейки вала повышается скорость изнашивания подшипника. При некоторой величине износа деталей этого сопряжения скорость их изнашивания под действием внутренних возмущений может достигать больших значений, нежели от передачи валом рабочего усилия (внешнего воздействия).

Поверхности деталей изнашиваются в большинстве случаев неравномерно, чем и объясняется нарушение их формы и правильного сопряжения. В поступательно движущейся паре неравномерность изнашивания неизбежна, потому ' что отдельные участки поверхности деталей периодически выходят из соприкосновения.-Во вращательной паре с постоянно направленной нагрузкой износ сосредоточивается на од: ром участке поверхности неподвижной детали, что и приводит к смещению оси вращения в направлении местного износа.

В цилиндрических деталях отклонения от правильной геометрической формы проявляются, как известно; в овальности или огранке, бочкообразности или вогнутости поверхности, а также конусности. Изменения формы снижают износостойкость движущих- ся деталей в связи с повышением удельного давления на выступах контура, снижают прочность неподвижных и прессовых посадок из-за неравномерности натяга.

При отклонении от правильного расположения поверхностей происходит смещение осей, радиальное и торцовое биение, нарушение правильного расположения параллельных, пересекающихся или скрещивающихся осей. В результате накапливаются ошибки механизмов, возникают и развиваются внутренние возмущения.

Возникновение и развитие внутренних возмущений представляют собой случайный процесс в связи с тем, что зависят от качества элементов и их сопряжений, условий работы сопряжений, характера нагрузки. Поэтому его исследование должно выполняться вероятностными методами.

На элементы каждой машины наряду с внешними действуют внутренние случайные факторы, вызывающие общее изнашивание их, которое подразделяется на изнашивание, происходящее под действием внешних факторов, и изнашивание, вызываемое внутренними Возмущениями машины.

Комплексное воздействие внешних факторов на состояние элементов машин объективно, оно не зависит от воли человека и определяется некоторым постоянным или почти постоянным значением во времени.

Проявление внутренних возмущений в мащине неизбежно. Величина их, определяемая в начальный период эксплуатации машины некоторым исходным значением vycyM, зависит от качества ремонта (изготовления) деталей, их сборки и регулировки и может икеть разные, в том числе и довольно высокие значения. Она обусловлена прежде всего степенью точности изготовления деталей и сборки машин и зависит от величины перекосов, несоосности, дисбаланса и других недостатков изготовления и монтажа деталей, которые частично устраняют приработкой и обкаткой элементов машин в процессе ремонта (изготовления).

Величина внутренних возмущений может существенно возрастать при замене конструктивных элементов во время технического обслуживания или ремонта машины, если при этом не обеспечивается соблюдение определенных технических требований, контролируемых с помощью соответствующих операций.

Полностью устранить исходные внутренние возмущения в механизмах и узлах йашин при современном техническом уровне их производства или ремонта практически чрезвычайно трудно и, видимо, нецелесообразно, так как при этом могут существенно; возрастать трудоемкость и стоимость изготовления и ремонта машин. Однако их величина должна контролироваться и ограничиваться определенными значениями. Чем больше значение исходной величины VycyM, тем меньше бывает при прочих равных условиях величина межремонтного (доремонтного) ресурса Тир. Состояние машины, при котором ее ресурс считается исчерпанным, характеризуется предельной величиной внутренних возмущений Упрвд. Поэтому величина обобщенных предельно допустимых значений внутренних возмущений vnpefl — показатель необходимости возобновления работоспособности машины, подлежит обоснованию, а затем и тщательному контролю в процессе ее использования.

Под приобретенными внутренними возмущениями машйны понимаются все вновь возникающие дополнительные механические воздействия на ее элементы, которые появляются и возрастают при эксплуатации в результате происходящего изменения состояния, элементов машин по причине их изнашивания и отклонения положения элементов от исходных свыше допустимых значений. Величину этих отклонений, и особенно влияние их на стабильность функционирования машины в синтезированном виде, установить пока еще трудно. Не помогает здесь и поэлементный анализ характеристики машины.

Между тем происходящее в процессе использования машины Изменение конструктивно-технологических параметров состояния основных, и особенно корпусных и базовых элементов, которое обычно называют старением машины, прЪявляется в виде специфических свойств, присущих машинам, в сопряжениях и узлах которых по мере наработки и переборок возникают и развиваются указанные своеобразные явления, выводящие гармоничное взаимодействие Элементов из равновесного состояния. Возникновением и развитием этих своеобразных явлений в техни- ских системах и объясняется существенное снижение стабильности и функционирования даже в тех случаях, когда часто заменяют элементы и многократно . ремонтируют с непрерывным повышением трудовых и денежных затрат на поддержание машин в работоспособном состоянии.

К такого рода основным явлениям и процессам, ускоряющим старение машин, относятся следующие.

Вибрация элементов. Вибрационные возмущения возникают под действием сил инерции неуравновешенных вращающихся и поступательно движущихся деталей машин. В двигателях в дополнение к силам инерции периодическое возбуждение возникает от давления газов, что приводит к возникновению крутильных и изгибных колебаний коленчатых валов.

Инерционные усилия неуравновешенных вращающихся и поступательно движущихся деталей машин вызывают их гармонические колебания (вибрацию), при сложении которых в силу колебаний различных частот образуется негармоническое колебание с периодом, равным наименьшему кратному периодов, составляющих гармонические колебания.

В результате возникают дополнительные нагрузки на контактирующиеся поверхности и на опоры деталей, которые способствуют расшатыванию элементов машины (особенно резьбовых соединений).

При вибрации возникает относительное движение сопряженных деталей, создающее дополнительную работу сил трения. *В результате происходит рассеивание передаваемой мощности и снижение коэффициента полезного действия агрегатов и машин.

Уровень вибрационных возмущений зависит от зазоров между вращающимися и неподвижными' частями машин. Поэтому при изнашивании элементов величина этих возмущений значительно возрастает, как и при постановке несбалансированных вращающихся элементов (коленчатых валов, маховиков, карданных шарниров, соединительных муфт и т. д.). Другой источник вибрационных возмущений — смещение элементов деталей относительно оси вращения, что довольно часто бывает в крупных деталях, работающих с относительно невысокими оборотами (валы, соединительные муфты, шестерни).

Действие вибрации отрицательно сказывается на работоспособности машин, и в первую очередь на величине ресурса сопряжений подвижных элементов систем с неподвижными (опоры, подшипники и др.). С помощью сконструированного в ГОСНИТИ электроакустического стетоскопа установлено, что вибрация элементов новых ненагруженных коробок передач гусеничного трактора достигает в среднем 6—10 относительных единиц. А в коробках изношенных и требующих ремонта вибрации достигали 25—30 единиц, или возрастали в 3—4 раза. По мере увеличения износа элементов и ослабления свяаей взаимодействия между ними усиливается их вибрация - и механическая нагрузка на элементы, повышается скорость изнашивания. Следовательно, использование механизмов и машин с повышенными износами элементов приводит к' повышению скорости убывания их ресурса. При полной нагрузке изношенной коробки передач происходило увеличение вибрации до 50—60, относительных единиц.

В подтверждение существенного влияния явлений вибрации на снижение ресурса элементов машин в соответствующей литературе указывается, что автомобиль с полностью уравновешенным коленчатым валом двигателя может иметь пробег без смены подшипников в размере 112 тыс. км, автомобиль с неуравновешенным коленчатым валом пробегает только 32 тыс. км.

Нарушение геометрии взаимного расположения элементов (размерных цепей). Достаточно нормальное обеспечение машиной или ее агрегатом задан-

~ ной функции достигается лишь тогда, когда базовые детали и другие установочные поверхности занимают строго определенное относительное положение, чем и обеспечивают правильное перемещение поверхностей одних движущихся деталей относительно других.

По мере изнашивания базовых опор и соединительных плоскостей предусмотренная конструкцией геометрия взаимного расположения- деталей в arp<jr' гатах, а агрегатов в машинах все больше изменяется, нарушаются условия параллельности и перпендикулярности плоскостей, соосности валов, межцентровые расстояния сопряженных шестерен, возникают другие дефекты, влияющие на кинематику механизмов. В результате изменения размеров, формы и геометрического положения деталей и агрегатов по отношению к заданному при эксплуатации машины происходит накопление отклонений и суммированное смещение сопряженных деталей в узлах и агрегатах, а узлов и агрегатов — в машине.

Нарушение размерных цепей, вызванное изнашиванием составляющих их элементов, обусловливает появление внутренних, возмущений смещения деталей й значительно ухудшает условия их. работы.

Коробление корпусных деталей происходит в течение первого-второго года эксплуатации машины. Можно утверждать, что при недостаточном контроле состояния геометрии взаимного расположения элементов основная масса машин используется с сопряжениями, геометрия которых нарушена.

Анализ технологического содержания процессов восстановления базовых опор, соединительных плоскостей и размерных цепей в целом позволяет утверждать, что устранения внутренних возмущений смещения, вызываемых нарушением геометрий взаимного расположения деталей, можно достигать, капитально ремонтируя машины и агрегаты с полным восстановлением геометрии базовых, корпусных и других деталей.

Износ элементов неподвижных разъемных соединений. Внутренние возмущения в механизмах машин во многих случаях возникают из-за недостаточной стабильности неподвижных сопряжений, выполненных с помощью гладких цилиндрических или резьбовых соединений. Между тем в современных машинах преобладающее большинство элементов взаимодействует через неподвижные соединения. Такие соединения характеризуют структуру машин и во многом определяют стабильность их функционирования.

Однако резьбовые соединения выполняют свои функции с достаточной надежностью лишь до тех пор, пока их состояние соответствует техническим условиям. При достижении некоторого износного состояния рабочих поверхностей резьб (рабочей высоты профиля резьбы) эти соединения утрачивают свойства самоторможения и быстро ослабевают независимо от усилия затяжки. Изменение основных параметров резьбового соединения нарушает посадку резьбовой пары, снижает ее прочность. Происходит взаимное смещение соединенных элементов, сопровождающееся возникновением вибрации и ударных нагрузок, течью масел и топлива. Появляются дополнительные внутренние возмущения нестабильности неподвижных соединений в узлах и агрегатах машин.

Устранение внутренних возмущений нестабильности неподвижных соединений достигается восстановлением посадочных цилиндрических поверхностей и резьб.          .

Явление усталости элементов. Эти явления возникают прежде всего в тех элементах машин, интенсивность напряжения которых наиболее высока. Часто явления усталости проявляются, как известно, в виде микротрещин на поверхности деталей, работающих при высоких знакопеременных механических нагрузках (на шейках коленчатых валов, поворотных кулаках, трансмиссионных валах и др.), в виде выкрашивания поверхности шариков и беговых дорожек подшипников качения, выкрашивания поверхности зубьев шестерен и т. д. Усталостные явления могут поражать также тело детали, вызывая, например, излом коленчатых валов и поворотных кулаков,' обрыв шатунов, клапанов и т. д.

Образование микротрещин, равно как и выкрашивание рабочей поверхности, снижает активную способность деталей противостоять механическим воздействиям, вызывает повышение интенсивности напряжения в оставшейся их работоспособной части, усиливая развитие процесса усталости.

Снижение интенсивности нарастания усталостных возмущений в процессе монтажа элементов и использования машин достигается за счет устранения вибраций и несоосностей между элементами машины, предупреждения механических перегрузок элементов. Устранение усталостных возмущений, помимо мер, указанных выше, может проводиться путем специального контроля деталей,'подверженных явлениям усталости, при ремонтах и ограничении постановки их на машины.

Таким образом, нами приведены основные виды внутренних возмущений, возникающих в узлах и механизмах машин: вибрационные, смещения, нестабильности неподвижных соединений, усталостные, Причины возникновения внутренних возмущении в узлах и механизмах машин, как и сами по себе внутренние возмущения, по своей физической природе очень сложны. В результате машиноиспользователи йе вооружены методами и средствами количественной оценки усталости и вибрации элементов машин. Не получили достаточного развития методы и средства контроля размерных цепей машин и агрегатов, геометрических параметров корпусных и базовых деталей, наружных и особенно внутренних резьб, а также их предельно допустимых износов.

В устранении внутренних возмущений в отремонтированных элементах машин и машинах,' а также ликвидации причин, порождающих их интенсивное нарастание, заключается главная цель, достигаемая ремонтом. Этому основному назначению ремонта агрегатов и машин должна соответствовать и технология. Отсюда и вывод о необходимости более широкого применения ремонта машин в межремонтный (до- ремонтный) период агрегатным методом как способа снижения скорости нарастания внутренних возмущений в их агрегатах и узлах, поскольку внутренние возмущения в них устраняются ремонтом на специализированных предприятиях.