Экспериментальная оценка повышения долговечности КШ (RU 2075878) способом замены рабочих поверхностей ПУ без проведения разборки ПУ при ТО проведена по величине коэффициента использования ресурса К_ИР, определяемого на основании результатов ресурсных стендовых испытаний, как отношение долговечности L_ha серийного КШ к суммарной долговечности КШ до L^Д_ha и после L^П_ha проведения замены рабочих поверхностей при значениях радиального зазора в ПУ ?_н1 и ?_н2=?_пр1. Применение предложенного ремонтопригодного КШ позволяет реализовать ресурс ПУ на 67.88 % или в среднем в 1,8 раза, что следует из отношения средних значений наработок, которому соответствует средний коэффициент ресурса K_ИР=0,557.

На основании ресурсных стендовых испытаний, на примере КШ VII типоразмера, получена математическая модель для случая расчета потенциальной долговечности L_{ha max} с учетом рассмотренных факторов

. (44)

Исследования повышения долговечности КШ при ремонте и в эксплуатации способом замены рабочих поверхностей ПУ (RU 2232309) проводили на примере КШ IV типоразмера. При обработке результатов ресурсных испытаний введены параметры: наработка каждого ПУ - L_hi^оп; средняя наработка для КШ - L_h^оп; наработка до поворота элементов ПУ - L_hд^оп; наработка после поворота для каждого из ПУ - L_hп^оп; суммарная наработка - L_У^оп; отношение наработки до поворота к наработке ПУ (относительное время поворота) - L_hд^оп/L_hi^оп; отношение суммарной наработки к средней наработке - L_У^оп/L_h^оп; отношение суммарной наработки к наработке ПУ - L_У^оп/L_hi^оп.

Цель испытаний - изучение влияния угла поворота (Х₁) и относительного времени L_hд^оп/L_hi^оп поворота (Х₂) на суммарную наработку L_У^оп, ч, КШ (Y). Угол поворота элементов ПУ варьировался на двух уровнях 0є и 180є. При 180є функцией отклика являлась наработка опытных крестовин, а при 0є - серийных, что позволяло имитировать поворот без замены рабочих поверхностей. В результате получена регрессионная модель в виде полинома второй степени

. (45)

Исследование полученной зависимости показало, что максимум функция имеет при значении угла поворота 180є, а оптимальное время поворота наступает при достижении КШ наработки, порядка 0,6 от расчетной.

На основании результатов испытаний построены зависимости между относительным временем поворота L_hд^оп/L_hi^оп (Х) и соотношениями суммарной наработки КШ к средней по шарниру L_У^оп/L_h^оп (вариант I - Y₁), а также суммарной наработки КШ к расчетной для ПУ L_У^оп/L_hi^оп (вариант II - Y₂) (рисунок 22).

В результате аппроксимации экспериментальных данных получаем

, (46)

. (47)

Следовательно, для шарнира оптимальное время поворота втулок наступает при наработке 0,74 от расчетной (вариант I), при этом долговечность повышается в 1,68 раза, а для дифференцированного поворота ПУ - при 0,82 от расчетной наработки (вариант II), повышение долговечности составляет 1,73 раза.

Рисунок 22 - Определение оптимальной периодичности замены рабочих поверхностей

С целью оценки эффективности разработанных мероприятий выполним прогнозирование их надежности в эксплуатации. Рассмотрим реализацию метода статистического моделирования при испытаниях КШ повышенной долговечности (RU 2106548) и ремонтопригодности (RU 2075878) на примере КШ VII типоразмера.

Объект моделирования - модель долговечности КШ по формуле (44). Средние значения и среднеквадратические отклонения изучаемых факторов составляют:

1) К_вср=1,065, у=0,060;

2) C_Опср=43,8 кН, у=0,27 кН;

3) K_ИРср=0,557, у=0,024. Варьирование параметров распределения проводили в пределах Х_Ср±у.

Значение параметров нагружения принимаем на основе режимов нагружения шарниров КП трактора Т-150К в эксплуатации - T^Э_КШ=0,82 кН·м и при стендовых испытаниях - T^Ст_КШ=2,0 кН·м. Средний эксплуатационный начальный зазор в ПУ - Д_Н=69 мкм. Средний ресурс КШ до капремонта - 4250 ч.

Для стендового режима (рисунок 23, а) увеличение грузоподъемности карданных ПУ по решению RU 2106548 позволяет получить 50 % ресурс равный 926 ч, а 90% - 910 ч; выполнение замены рабочих поверхностей ПУ при ТО без разборки ПУ по решению RU 2075878 (рисунок 24, а) обеспечивает 50 % ресурс - 918 ч, а 90 % - 850 ч, а совместное применение мероприятий дает 50 % ресурс равный 905 ч и 90 % - 830 ч.

а - при стендовом нагружении; б - при эксплуатационном нагружении

Рисунок 23 - ВБР КШ повышенной долговечности RU 2106548

а - при стендовом нагружении; б - при эксплуатационном нагружении

Рисунок 24 - ВБР ремонтопригодного КШ RU 2075878

При эксплуатационном нагружении (рисунок 23, б) увеличение грузоподъемности позволяет получить 50 % ресурс шарнира порядка 15800 ч, а 90 % - 15500 ч; замена рабочих поверхностей ПУ по решению RU 2075878 (рисунок 24, б) обеспечивает реализацию 50 % ресурса в 15770 ч, а 90 % - 14900 ч. Применение комбинации мероприятий позволило получить 50 % ресурс порядка 15600 ч, а 90 % - 14100 ч.

По средней предельной наработке ПУ серийных КШ и результатам численного эксперимента (рисунки 23, а и 24, а) в условиях стендового нагружения средний коэффициент повышения долговечности составляет . При прогнозировании долговечности КШ повышенной надежности (рисунки 23, б и 24, б) в эксплуатации средний коэффициент повышения долговечности по отношению к среднему ресурсу КШ до капремонта составляет .

Оценку эффективности повышения долговечности шарниров КП путем применения ремонтопригодного КШ и способа его ТО (RU 2232309) проводили на примере КШ IV типоразмера, применяемого в приводах ВОМ РОУ-6 и КПРН-3,0, трансмиссии ГАЗ-53А и др., методом статистического моделирования на основе моделей (10, 17) при эксплуатационном уровне нагружения.

Варьируемые параметры:

1) Д_Нср=30,6 мкм, =5,63 мкм;

2) k_1Рcр=0,818, =0,114;

3) k_1ТОср=0,757, =0,070. Варьирование параметров объекта осуществлялось в пределах Х_ср3. Результаты расчетов представлены на рисунке 25.

Рисунок 25 - ВБР серийного и опытного КШ

Оценка долговечности ремонтопригодного КШ методом статистических испытаний при эксплуатационных режимах показала, что 50 % ресурс опытных КШ составляет 1163 ч, серийных - 737 ч, а 90 % ресурс опытных КШ составляет 969 ч, серийных - 645 ч. Таким образом, 50 % ресурс опытных превышает ресурс серийных в 1,58 раза, а 90 % ресурс - в 1,5 раза.

6 Производственная апробация, внедрение и технико-экономическая оценка разработок

Технико-экономическая оценка свидетельствует о том, что внедрение КШ с ПУ увеличенной грузоподъемности (RU 2106548) при повышении долговечности в 1,28 раза дает расчетный экономический эффект около 1400 руб., на примере трактора Т-150К; экономический эффект от внедрения ремонтопригодного КШ приспособленного к проведению ТОР (RU 2232309) при повышении долговечности в 1,5 раза составляет более 500 руб., на примере МТА МТЗ-82+РОУ-6, а экономический эффект от внедрения модернизированного стенда и методики ресурсных испытаний КШ СХТ составляет около 24,7 тыс. руб.

Результаты оценки эффективности рациональных способов ТОР (RU 2234008 и RU 2232309) по радару конкурентоспособности, на примере КШ VII и IV типоразмеров, по сопоставляемым способам ТОР представлены на рисунке 26. Сравнивали следующие способы: 1 - вибродуговая наплавка, 2 - железнение, 3 - пластическая деформация, 4 - электроконтактная приварка стальной ленты, 5 - газопламенное напыление, 6 - замена изношенной детали новой, 7 - предлагаемые способы ремонта. В качестве оценочных показателей приняты: стоимость восстановления крестовины (1), стоимость восстановленной детали в сборе (2), коэффициент долговечности (3), технико-экономический критерий (4), произведение стоимости новой детали на коэффициент долговечности (5), отношение показателя 5 к показателю 2 (6), минимальная цена восстановленной детали (7) и экономическая эффективность восстановления крестовины в сборе (8). Наибольшие значения коэффициент конкурентоспособности имеет для предлагаемых способов К_К=0,665 и К_К=0,819, а наименьшие - при замене отказавших КШ новыми.

а) VII типоразмер КШ б) IV типоразмер КШ

Рисунок 26 - Радар конкурентоспособности для способов ТОР КШ

Совокупность теоретических и экспериментальных исследований при решении научной проблемы повышения надежности КП СХТ дает возможность получить научные и практические результаты, обобщенные в следующих общих выводах.

Общие выводы

1. Долговечность карданных передач механических трансмиссий тракторов, грузовых автомобилей и сельскохозяйственных машин в 1,5…2,0 раза меньше долговечности основных агрегатов, при этом 67…95 % всех отказов карданных передач приходится на крестовину в сборе с подшипниками.

2. В результате теоретических исследований выявлен резерв повышения схемной надежности карданных шарниров, выполнена оценка точности размерных цепей радиального, осевого и окружного зазоров в карданных подшипниковых узлах, обоснованы направления и предложены способы повышения надежности карданных передач при техническом обслуживании и ремонте.

3. Предложены конструкции карданных шарниров, позволяющие увеличить динамическую грузоподъемность подшипниковых узлов на 7,4…9,3 %, вероятность безотказной работы карданных шарниров в 1,3…1,5 раза и их ремонтопригодность на 30 % при повышении долговечности в 1,28…1,88 раза за счет их приспособленности к эксплуатационному нагружению, техническому обслуживанию и ремонту. Данные технические решения защищены 10 патентами РФ на изобретение (RU 2075878, RU 2106548, RU 2205304, RU 2215207, RU 2220338, RU 2224917, RU 2224918, RU 2232309, RU 2234008, RU 2238446).

4. Усовершенствованы и разработаны методы оптико-поляризационных и статических испытаний, методики и технические средства стендовых ресурсных (RU 2134412, RU 2205377) и статистических испытаний, позволяющие осуществлять оптимизацию конструктивных параметров, оценку и прогнозирование долговечности шарниров карданных передач в эксплуатации.

5. Получены количественные значения теоретически обоснованных и экспериментально подтвержденных параметров уточнения математических моделей долговечности карданных передач, учитывающих влияние динамического изменения угла излома шарниров (формула 10), более полное использование их ресурса (формулы 13 и 14) и приспособленность к эксплуатационному нагружению (формулы 11 и 12), техническому обслуживанию и ремонту (формулы 16 и 17).

6. Стендовые ресурсные и статистические эксплуатационные испытания показали высокую надежность опытных карданных шарниров по сравнению с серийными. Применение карданных шарниров, приспособленных к нагруженности (RU 2106548) и замене рабочих поверхностей подшипниковых узлов (RU 2075878) в эксплуатации повышает их 90 % ресурс в 2,5…3,7 раз, что соответствует сроку службы карданных передач до второго капитального ремонта на примере трактора Т-150К. Эксплуатация карданного шарнира, приспособленного к ремонту путем постановки втулки и проведения технического обслуживания заменой рабочих поверхностей подшипниковых узлов (RU 2232309), позволяет повысить их 90 % ресурс в 1,5…1,6 раза, что соответствует безотказной работе привода вала отбора мощности сельскохозяйственных машин на протяжении четырех-пяти лет.

7. Разработаны рациональные технологические процессы ремонта карданных передач сельскохозяйственной техники, основанные на оригинальных решениях замены рабочих поверхностей подшипниковых узлов (RU 2234008) и постановки дополнительной ремонтной детали-втулки (RU 2232309). Технико-экономическая оценка показала, что предлагаемые способы обладают экономической целесообразностью, конкурентоспособностью и перспективны для рынка технического сервиса, при этом стоимость восстановленных изделий составляет 52…74 % от цены нового изделия, а повышение ресурса достигнуто в 1,5…2,0 раза.

8. Опытные экземпляры шарниров карданных передач, способы их технического обслуживания и ремонта проходили эксплуатационную проверку в аграрных и производственную апробацию на ремонтных предприятиях Белгородской области. Технические материалы по разработанным конструкциям, предложенным технологическим процессам и изготовленным стендам для ресурсных испытаний карданных передач и их элементов переданы на предприятия производители и сервиса техники для агропромышленного комплекса.

Основные положения диссертации изложены в работах