Надежность и эффективность шпоночных соединений
Покупка
Основная коллекция
Издательство:
Ставропольский государственный аграрный университет
Год издания: 2015
Кол-во страниц: 140
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-9596-1069-2
Артикул: 621983.01.99
Представлены основные направления решения проблемы надежности и эффективности шпоночных соединений. Получены математические зависимости, позволяющие определить влияние конструктивных параметров модернизированного шпоночного соединения на величину передаваемого им крутящего момента. Даны результаты исследований показателей безотказности шпоночных соединений зерноуборочных комбайнов, микрометража их деталей, поступающих в качестве запасных частей, стендовых и экспериментальных испытаний их модернизированной конструкции. Для научных работников, студентов и аспирантов вузов, специалистов сельскохозяйственных подразделений и ремонтно-технических предприятий, занимающихся эксплуатацией и ремонтом шпоночных соединений.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 15.04.01: Машиностроение
- 15.04.02: Технологические машины и оборудование
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» НАДЕЖНОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Монография Ставрополь «АГРУС» 2015
УДК 621.886.6 ББК 34.441 Н17 Авторский коллектив: А. Т. Лебедев, Р. В. Павлюк, Р. А. Магомедов, П. А. Лебедев, А. В. Захарин Рецензент профессор Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии, доктор технических наук И. Н. Краснов Надежность и эффективность шпоночных соединений : моно графия / А. Т. Лебедев, Р. В. Павлюк, Р. А. Магомедов и др. – Ставрополь : АГРУС Ставропольского гос. аграрного ун-та, 2015. – 140 с. ISBN 978-5-9596-1069-2 Представлены основные направления решения проблемы надежности и эффективности шпоночных соединений. Получены математические зависимости, позволяющие определить влияние конструктивных параметров модернизированного шпоночного соединения на величину передаваемого им крутящего момента. Даны результаты исследований показателей безотказности шпоночных соединений зерноуборочных комбайнов, микрометража их деталей, поступающих в качестве запасных частей, стендовых и экспериментальных испытаний их модернизированной конструкции. Для научных работников, студентов и аспирантов вузов, специалистов сельскохозяйственных подразделений и ремонтно-технических предприятий, занимающихся эксплуатацией и ремонтом шпоночных соединений. УДК 621.886.6 ББК 34.441 Публикуется в авторской редакции. Подписано в печать 28.11.2014. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Times». Печать офсетная. Усл. печ. л. 8,1. Тираж 500 экз. Заказ № 498. Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции ОК 005-93-953000 Издательство Ставропольского государственного аграрного университета «АГРУС», 355017, г. Ставрополь, ул. Пушкина,15. Тел/факс: (8652) 35-06-94. Е-mail: agrus2007@mail.ru Отпечатано в типографии издательско-полиграфического комплекса СтГАУ «АГРУС», г. Ставрополь, ул. Пушкина, 15. ISBN 978-5-9596-1069-2 © ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный университет, 2015 Н17
СОДЕРЖАНИЕ Предисловие............................................................................................ 4 1 Состояние вопроса надежности шпоночных соединений сельскохозяйственных машин……………. 5 1.1 Краткая характеристика состояния машин и оборудования в АПК......................................................... 5 1.2 Анализ работ и современных методов по повышению надежности сложных сельскохозяйственных машин.... 10 1.3 Классификация неподвижных соединений........................ 18 1.4 Причины выхода из строя и механизм изнашивания неподвижных соединений.................................................... 25 2 Теоретические предпосылки повышения надежности шпоночных соединений ……………………………….… 30 2.1 Основные показатели, влияющие на надежность сложных машин…………………………………………... 30 2.2 Разработка иерархической схемы технических средств.……………………………………………………... 34 2.3 Повышение долговечности рабочих поверхностей деталей машин в соединениях…………………………… 43 2.4 Теоретическое обоснование повышения надежности шпоночного соединения....................................................... 51 3 Практическая реализация способов повышения надежности шпоночных соединений основных систем.. 77 3.1 Показатели надежности зерноуборочных комбайнов в эксплуатации………………………………………….…… 77 3.2 Параметры и свойства деталей шпоночных соединений, поступающих в качестве запасных частей….. 87 3.3 Проверка работоспособности модернизированного неподвижного соединения…………………….………….. 92 3.4 Результаты эксплуатационных испытаний………………. 97 3.5 Технико-экономическая эффективность восстановления работоспособности неподвижных соединений 101 Заключение.............................................................................. 108 Литература............................................................................... 110 Приложения............................................................................. 124
ПРЕДИСЛОВИЕ Сложные механические системы сельскохозяйственных машин тре буют при своей эксплуатации обеспечение высокой надежности, как в процессе перевозки грузов, так и пассажиров, а также при выполнении производственных операций. Любые сбои в работе современной техники неизбежно приводят к серьёзным экономическим потерям, а часто и к экологическим катастрофам. Касаясь надёжности работы зерноуборочной техники (в частности, комбайнов «Акрос 530», «Вектор 410», «Нива Эффект», «ДОН-1500Б» и др.), следует отметить, что сбои и простои в эксплуатации сельскохозяйственной техники ведут к значительным финансовым убыткам. Обычно зерноуборочный комбайн состоит из большого числа разно родных, но связанных между собой составных частей и деталей: редуктор, подборщик, отбойный битер, молотильный агрегат, жатка, зерновой шнек, шкивы, звёздочки, шнеки, подшипники, шпонки, насосы, фильтры, транспортёр, тормоза и др. Из таблиц дефектации, указанных в специальных руководствах, нор мах и правилах изготовления и ремонта, следует, что в большинстве случаев определённые ограничения по эксплуатации имеют многочисленные пары трения, в частности, шпонки, шпоночные пазы, как правило, работающие в сложных условиях реверса и попадания абразива. Вынужденные внеплановые простои сельскохозяйственной машины (комбайна) из-за отказа шпонки, обычно приводят к нарушению всего производственного процесса - от уборки, до погрузки и транспортировки готовой продукции. В итоге отказ шпоночных соединений техники в период уборочной страды оборачивается для страны миллионными убытками. Вместе с тем, на снижение надёжности работы неподвижных соеди нений, как показывает практика, оказывает заметное влияние, как низкое качество изготовления, так и ремонта. При этом не всегда выдерживаются установленные допуски на изготовление или ремонт. Иногда применяется имеющийся материал, не соответствующий техническим требованиям. Есть случаи повреждений и отдельных элементов при сборке или демонтаже. Не точное изготовление шпоночно-шлицевых соединений приводит к тому, что шпонка в пазу начинает перекашиваться не равномерно воспринимая возникающие усилия, и, как следствие, быстро изнашиваться и сминается, повреждая пазы вала и втулки. В связи с этим, для повышения эффективности использования слож ных сельскохозяйственных машин, снижения затрат при их функционировании, повышения сменной производительности и снижения потерь
зерна при его уборке, возникла необходимость модернизации шпоночных соединений зерноуборочных комбайнов. 1 Состояние вопроса надежности шпоночных соединений сельскохозяйственных машин 1.1 Краткая характеристика состояния машин и оборудования в АПК Сельское хозяйство является одной из важнейших отраслей экономи ки государства. Оно дает жизненно необходимую человеку продукцию: основные продукты питания и сырье для выработки предметов потребления. Сельское хозяйство производит свыше 12% валового общественного продукта и более 15% национального дохода России, сосредоточивает 15,7% производственных основных фондов. Одним из важных и перспективных направлений в развитии сельского хозяйства является интенсификация возделывание зерновых и пропашных культур [148]. Статистический анализ динамики урожайности зерновых культур в России по годам и распределения полей по урожайности показывает, что в России в целом около 75 % площадей стабильно имеют урожайность зерна менее 20 ц/га при среднем отношении массы зерна к массе соломы 1 : 1,5 (хотя каждый регион имеет свое распределение) [148]. Ставропольский край – один из главных поставщиков зерна в России и за рубеж. Развитие производственного сектора АПК невозможно без коренного обновления машинно-тракторного парка, оборудования для животноводства и поддержания его в исправном состоянии и проведения своевременного ТО. Тенденция снижения машин и механизмов, необходимых для выпол нения производственных процессов, коснулась и Ставропольский край (см. табл. 1.1), но при этом резкий спад производства продукции растениеводства не наблюдался из-за того, что в севооборот включались земли, ранее используемые для пастбищ или для производства корма отраслью животноводства, имеющую низкую рентабельность [148]. Пик сокращения приходился на конец 90-х годов XX века, так как техника, приобретенная в дореформенный период, устаревала и списывалась, а средств, для покупки несоразмерно подорожавшей новой техники, у сельскохозяйственных предприятий не имелось. Значительными темпами убывает быстроизнашиваемая техника (плу ги, культиваторы, сеялки), мелиоративная техника (дождевальные машины и установки), а также техника, используемая в животноводстве
при производстве зеленых кормов (кормоуборочные и кукурузоуборочные комбайны). Таблица 1.1 – Состояние основных видов техники по Ставрополь скому краю (на конец года, шт.) Вид техники Год 1996 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Трактора 30700 24600 22300 20300 19800 18000 16600 15700 15200 14500 13900 13300 12900 Комбайны: зерноуборочные кукурузоуборочные кормоуборочные 6800 459 2400 5800 349 1800 5300 308 1600 5200 274 1400 5000 247 1200 4600 201 1100 4300 183 900 4300 148 800 4200 137 700 4300 150 600 4200 124 600 4100 109 500 4100 93 500 Свеклоуборочные машины 320 219 186 180 174 172 168 165 146 130 123 121 114 Плуги 9700 7800 7300 6800 7400 6400 6000 5700 5500 5300 5200 5000 4700 Культиваторы 14000 11500 10800 10300 10600 10300 9900 9700 9700 9600 9500 9400 9400 Сеялки 13000 11200 10600 10100 10000 10200 9700 9400 9400 9200 9200 9000 8900 Дождевальные машины и установки 3357 2112 1842 1597 1547 1299 1168 1067 977 905 810 729 691 Разбрасыватели мин. удобрений 1343 944 865 836 791 736 668 697 730 780 792 805 850 Опрыскиватели и опыливатели тракторные 2102 1552 1426 1265 1243 1185 1129 1101 1129 1175 1174 1210 1234 Доильные установки и агрегаты 2529 1552 1344 1147 1046 827 630 552 511 491 490 490 480 Из таблицы 1.1 видно, что за последние 15 лет идет тенденция сниже ния основных видов сельскохозяйственной техники, в частности количество тракторов, зерноуборочных комбайнов, свеклоуборочных машин уменьшилось более чем в 1,5 раза. В особо плачевном состоянии находится оборудование для животноводства. Резкое сокращение производства продукции животноводства привело к сокращению поставляемого оборудования. При этом количество доильных установок и агрегатов в крае сократилось более чем в 5 раз, а в целом по стране в 1,8 раза [102, 119]. Анализ сельскохозяйственной техники по Ставропольскому краю на 2011 год показывает, что 50 – 70% МТП выработало свой срок службы и требует повышенных затрат на поддержание этой техники в рабочем состоянии. Также из-за большого износа техника списывается, но не всегда ей на смену приобретается необходимое количество техники. Динамика списания и приобретения с. х. техники представлена на рисунке 1.1.
а) б) Рисунок 1.1 – Диаграммы списания и приобретения с. х. техники: а) тракторов и плугов; б) зерноуборочных и кукурузоуборочных комбайнов По Ставропольскому краю за последние пять лет приобретение трак торов составило 1589 единиц, а списано 4420, зерноуборочных комбайнов – 1172 и 1210, соответственно. Это практически означает, что темп выбытия техники превышает ее обновление в 1,5…3 раза [148]. Сложившееся положение усугубляется тем, что значительно возрос ли нагрузки на технику. В 2011 году они составили на 1 трактор – 220 га пашни (норматив – 73 га), на зерноуборочный комбайн - 420 га посевов соответствующих культур (131 га), на кукурузоуборочный комбайн – 1023 га кукурузы (157 га). В целом энергообеспеченность сельского хозяйства Ставропольского края крайне низка и составляет всего 1,7 кВт на 1 га. Это в 2…4 раза ниже, чем за рубежом [148].
Следствием такой тенденции к снижению оснащенности сельскохо зяйственных производителей основными видами сельскохозяйственной техники является повышенный износ машин, в результате которого растет число отказов техники в период выполнения работ, что в свою очередь влечет за собой несвоевременность выполнения основных агротехнологических операций и ведет к снижению урожайности возделываемых культур. Данные факторы напрямую влияют на рентабельность производимой продукции, находящуюся пока на низком уровне, и финансовое положение сельскохозяйственных предприятий в целом. Несмотря на тенденцию к росту приобретаемых зерноуборочных комбайнов нагрузки на единицу данного вида машин не снижаются изза увеличения площади посадки зерновых, вместо которых ранее сеяли кормовые культуры (см. рис. 1.2). Рисунок 1.2 – Диаграмма загрузки комбайнов Сложившаяся ситуация, в которой оказался машинно-тракторный парк хозяйств края, привела к банкротству и самоликвидации многих сельскохозяйственных предприятий, так как производимая сельхозпродукция не убиралась в заданные агротехнические сроки, что способствовало значительным потерям урожая на корню. Из-за опережающих темпов сокращения численности тракторов, их обеспеченность прицепным и навесным технологическим оборудованием имеет тенденцию к увеличению (см. табл. 1.2). При этом возникает
дефицит энергетических мощностей и невозможность проводить разные технологические операции одновременно. Таблица 1.2 – Обеспеченность тракторов прицепным и навесным оборудованием на сельскохозяйственных предприятиях Ставропольского края Самым негативным образом на оснащенность сельскохозяйственных предприятий техникой оказал диспаритет цен на сельскохозяйственную и промышленную продукцию, начавшийся в конце 90-х годов прошлого века, когда цены на сельскохозяйственную технику выросли в 14 раз, на топливно-смазочные материалы в 36 раз, а на сельскохозяйственную продукцию только в 6,7 раза. В настоящее время соотношение индексов цен также складывается не в пользу сельскохозяйственных производителей, что напрямую влияет на поступление техники в аграрные предприятия края. Анализируя сложившуюся ситуацию в Ставропольском крае, видно, что идет снижение общего количества сельскохозяйственной техники, которое, как следствие, ведет к уменьшению производства сельскохозяйственной продукции. Вместе с тем, хотя в последние годы и закупается больше техники, но ее численные объемы малы и не покрывают потребностей сельских товаропроизводителей. Следовательно, работа ведется в основном на старой и изношенной технике, что обуславливает рост износа машинно-тракторного парка сельскохозяйственных предприятий края. В связи со снижением темпов поступления новой техники, задача своевременного и качественного ремонта, а также поддержание в работоспособном состоянии в период рядовой эксплуатации имеющихся в наличии машин, вновь становится весьма актуальной. Снижение количества зерноуборочных комбайнов и, как следствие, увеличение на них нагрузок приводит к тому, что значительно возрастает доля отказов данных сельскохозяйственных машин.
Таким образом, продолжительность уборки зерновых культур напря мую зависит от количества зерноуборочных комбайнов, их надежности и производительности. Поэтому, в связи со значительным сокращением числа зерноуборочной техники и с необходимостью выполнять уборку в заданные агротехнические сроки актуальными вопросами, как в Ставропольском крае, так и в целом по стране являются: повышение надежности зерноуборочных комбайнов, снижения времени простоя на непроизводительные потери и снижение времени восстановления их работы. Повышение надежности комплекса уборочных машин имеет огром ное народнохозяйственное значение. Любая биологическая продукция после своего созревания лишь непродолжительное время сохраняет первоначальные количественные и качественные характеристики неизменными. Затем они начинают ухудшаться и в совокупности с изменяющимися погодными условиями, вызывают значительные потери продукции. Затраты рабочего времени на замену или восстановление отказавших элементов в процессе эксплуатации машин весьма велики. Простои, связанные с устранением последствий отказов и неисправностей, составляют значительную долю годового фонда времени машин. Для обеспечения надежной работы необходимо постоянно совершенствовать конструкцию и технологию производства, применять современные средства и методы диагностирования и обслуживания техники, разрабатывать и внедрять мероприятия по поддержанию работоспособности наиболее ответственных узлов и деталей машин. 1.2 Анализ работ и современных методов по повышению надеж ности сложных сельскохозяйственных машин Эффективная работа зерноуборочных комбайнов во многом зависит как от надежности их в целом, так и отдельно от агрегатов, узлов, сборочных единиц и деталей, каждый из которых выполняет определенные функции. Это обусловлено тем, что в процессе эксплуатации зерноуборочных комбайнов под действием нагрузок и факторов окружающей среды постепенно изменяются формы рабочих поверхностей деталей, увеличиваются зазоры в неподвижных соединениях, нарушается их взаиморасположение и, как следствие, работоспособность снижается, а основные показатели надежности ухудшаются. Для оценки надежности зерноуборочных комбайнов используются единичные и комплексные показатели. Для более полной оценки надежности применяют комплексные показатели такие, как коэффициент готовности, коэффициент техническо
го использования, коэффициент оперативной готовности, средние суммарные и удельные трудоемкости и стоимости технического обслуживания и ремонта [37]. Основополагающие исследования, посвященные технологическому процессу уборочной техники, динамике механических систем, прочности и надежности элементов конструкций зерноуборочных комбайнов и сельскохозяйственных машин, развитию технического обслуживания и ремонта, способов восстановления деталей и повышению их долговечности, провели В.П. Горячкин [35, 36], Н.Ш. Адигамов [1], В.Я. Анилович [3], К.А. Ачкасов [5], С.М. Бабусенко [6, 7], В.И. Балабанов [9, 10], А.Н.Батищев [11, 12], И.И. Блехман [16], Н.В. Валуев [22, 23], Е.Л. Воловик [26, 27], Ю.В. Гриньков [38], Л.М. Грошев [39], А.С. Денисов [40], М.Н. Ерохин [46, 47], Э.В. Жалнин [48, 49, 50, 51], В.И. Казарцев [59, 60], И.В. Крагельский [68], Ю.А. Конкин [63], В.В. Курчаткин [71, 72], П.П. Лезин [83], Э.И. Липкович [85, 86, 87], В.М. Михлин [93, 94], Е.А. Пучин [124, 125, 126], А.Г. Пастухов [120], А.И. Русанов [130, 131, 132], А.И. Ряднов [133, 134, 135, 136, 137], А.Э. Северный [140], А.И. Селиванов [143, 144, 145], И.А. Спицын [149], В.В. Спиченков [150], И.Е. Ульман [158], С.С. Черепанов [162, 163], В.И. Черноиванов [164, 165, 166, 167, 168, 169, 170, 171], М.И. Юдин [172] и другие ученые и исследователи. В работах указанных выше авторов рассматриваются и обосновываются теоретически, практически и экономически мероприятия, направленные на обеспечение надежности сельскохозяйственной техники, ее технического обслуживания и ремонта, как в целом, так и отдельно узлов. Значительный вклад в разработку методических положений по надежности внесены научно-исследовательскими институтами и учебными заведениями такими, как ГОСНИТИ, НАТИ, ВИМ, ВИСХОМ, КубНИТИМ, ВНИПТИМЭСХ, МГАУ, СПбГАУ, АЧГАА, а также лаборатория надежности ГСКБ ОАО «Ростсельмаш». Изучение надежности сельскохозяйственных машин начиналось с исследований износов отдельных их деталей, по результатам которых Казарцевым В.И. впервые были обоснованы их предельные состояния, обеспечивающие заданное качество работы [59, 60]. Теория нормирования и оптимизации надежности машин прослеживается в трудах В.Я. Аниловича, И.Н. Величкина, Н.С. Ждановского, Р.В. Кугеля, В.П. Забродина, В.Н. Курочкина и других. В частности Р.В. Кугель в работе [69, 70] сформировал основные положения нормирования срока службы машины, которые применимы к показателям безотказности.