автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Использование остаточного ресурса деталей при ремонте тракторов (на примере тракторов Т-130М и Т-4А)

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

БУРАЕВ Михаил Кондратьевич

УДК 629.114.02.004.67

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА

ДЕТАЛЕЙ ПРИ РЕМОНТЕ ТРАКТОРОВ (на примере тракторов Т-130М и Т-4А)

Специальность 05.20.03 -.эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени'кандидата технических наук

Новоеибнрск-1994

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

БУРАЕВ Михаил Кондратьевич

УДК 629.114.02.004.67

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА

ДЕТАЛЕЙ ПРИ РЕМОНТЕ ТРАКТОРОВ (на примере тракторов Т-130М и Т-4А)

Специальность 05.20.03 - ¡зксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск-!?^

Работа выполнена на кафедре "Ремонт машин" Иркутского ордена Дружбы народов сельскохозяйственного института

Научные руководители - кандидат технических наук, доцент |А.Я.Хальхаев| - Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, чл.корр.СО АН ВШ, доктор технических наук, профессор И.П.Терских

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

В.Ы.Натарзан - кандидат технических наук, доцент В.В.Коноводов

Ведущее предприятие - Сибирский филиал ГОСНИТИ

Защита диссертации состоится № " ОиХЫс 1994 г. г#> ч. на заседании специализированного совета при Новосибирском государственном аграрном университете С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГАУ Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатьо, просим направлять по адресу: 630039, г.Новосибирск, ул.Никитина, НГАУ, Ученому секретарю специализированного совета.

Автореферат разослан исаллУЛША г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд.техн.наук, доцент А Е.Хусаиноп

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В "Концепции совершенствования технического сервиса в агропромышленном комплексе Российской Федерации в новых условиях хозяйствования" предусмотрены повышение эффективности и качества ремонта и технического обслуяивэния сельскохозяйственной техники, обеспечение ее надежности на разных этапах эксплуатации.

Одним из путей реализации этой Концепции являются разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий восстановления работоспособности машин, обеспечивающие уменьшение потерь "остаточных ресурсов при их ремонтах. Поиск и разработка методов повторного безремонтного использования деталей с остаточным ресурсом позволяют уменьшить ремонтные издержки, не снижая заданного уровня качества, и полнее использовать при этом ресурсы деталей.

Практика эксплуатации тракторов в сельском хозяйстве предъявляет качественно новые требования к их техническому и ремонтному обслуживанию, в том числе обслуживанию машин с маркой ЧТЗ (Т-130). Возросший спрос сельского хозяйства на тракторы этого класса обусловлен необходимостью коренного улучшения земель и повыления их биологической продуктивности на основе мелиоративных и других культур-технических работ.

Ресурсные возможности тракторов и их составных частей в большой степени зависят от уровня и условий эксплуатации. Учет этих факторов дает возможность объективно оценивать реальное техническое состояние техники и на этой основе более целенаправленно строить стратегию ремонтно-технического сервиса.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научных исследований по теме "Совершенствование технологии и организации ремонта машинно-тракторного парка, обеспечивающее снижение затрат на ремонт сельскохозяйственной техники в условиях Иркутской области" (И гос.регистрации 01В601301С2).

Цель работы. Повысить эффективность оксплуатацни тракторов путем улучшения использования ресурса их составных частей пря ремонтах.

Объект исследования - процесс изменения технического состояния составных частой тракторов в период их жспдуптпцин.

Предмет исследования - тракторы Т-130Ы, Т-4А и их составные части.

Научная новизна. Установлена теоретически и подтверждена экспериментально зависимость между скоростью изнашивания деталей и уровнем технической эксплуатации тракторов (ТЭТ). На этой основе разработана методика определения остаточного ресурса деталей тракторов с учетом показателя уровня ТЭГ. Обоснована рациональная стратегия использования деталей с разной степенью износа.

Практическая ценность. Использование результатов исследова-. ния в ремонтной практике повышает качество ремонтных работ и культуру производства, создает предпосылки для разработки и планирования элементов сервисного обслуживания техники с привлечением заводов-изготовителей машин. Выявлены наименее долговечные элементы конструкций, своевременное техническое и ремонтное обслуживание которых позволяет совершенствовать технологию восстановления работоспособности тракторов, увеличить сроки их службы. Результаты работы могут быть использованы заводями-изготовителями машин при улучшении надежности конструкций выпускаемых и проектируемых тракторов.

Реализация результатов исследования. Результаты исследования использованы при ремонте тракторов в мастерских хозяйств Иркутской области, а также лабораторией надежности ГСКБ АО "УРАЛТРАК" (ЧГЗ им.В.И.Ленина).

Апробация работы. Основные положения работы были доложены и одобрены на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Иркутского ордена Дружбы народов сельскохозяйственного института (1965-1993 г.г.), на научно-технической конференции "Повшение эффективности использования автомобильного транспорта" (г.Улан-Удэ, 1965 г.), на научной конференции Восточно-Сибирского филиала НАТИ (г.Иркутск, 1966. г.), на конференции молодых ученых Приангарья (г.Иркутск, 1Ш6 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Пути повышения уровня эксплуатации и эксплуатационной технологичности машин в новых условиях экономического развития агропромышленного комплекса" (г.Харьков, 19^0 г.)

Публикации, Основные положения диссертации опубликованы в

семи печатных работах общим объемом 3,5 печатных листа.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения, включает в себя 18 таблиц, 23 рисунка, 2 схемы, 4 фотографии и содержит всего 146 страниц. Список литературы включает ПО наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности теш исследования и аннотацию к работе.

В первой главе, на основе литературных источников выполнен обзор работ, посвященных проблеме восстановления работоспособности сельскохозяйственной техники, рассмотрены вопросы, связанные с ремонтом тракторов методами, основу которых составляет принцип замены вышедших из строя составных элементов работоспособными, дан анализ методов оценки и использования остаточного ресурса деталей, узлов.

Большой вклад в разработку и развитие научных основ ремонта сельскохозяйственной техники внесли В.И.Казарцев, В.М.Крягков, И.С.Левитский, Е.А.Лисунов, В.М.Михлин, А.И.Селиванов, Ю.Н.Петров, И.П.Терских, Н.Ф.Тельнов, И.Е.Улькан, С.С.Черепанов, В.И.Черноиванов и другие.

Многочисленные труды, выполненные ГОСНИТИ, НАТИ, ВИМ, ЧеГАУ, ПГАУ, НГАУ и другими научными подразделениями страны, заводами-изготовителями машин, показывают, что основной причиной ухудшения 1араметров технического состояния, а следовательно и сокращения эесурса, является изнашивание деталей.

Глубокие и всесторонние исследования по обеспечению гпбото-¡пособности сельскохозяйственной техники выполнили Ю.Н.Ломоносов, 3.А.Артемьев, В.М.Натарэан, А.А.Сельцор. М.Н.Зуль, В.А.Ушанов, 1.А.Анфиногенов, А.Я.Хальхавв и другие.

Реальный процесс изнашивания протекает под воздействие* ¡ольшого количества фпкторои, влияющих по-разному на долговоч-юсть составных частей машин. В результате не рое детали достм-■ают своего предельного состояния на момент ремонта трактор*.

В работах В.М.Михлина, Б.А.Улитовского, В.И.Голиченко, А.А.Сельцера, В.И.Кирса, М.Н.Зуля, В.Г.Рякова, В.Л.Рыбаковой и других разработаны разнообразные методы оценки остаточного ресурса и предложены возможные пути их совершенствования. Анализ этих методов показал, что несмотря на достоинства, их целесообразные области и пределы пока не установлены. В частности, в приводимых моделях не отражены такие факторы, влияющие на остаточный ресурс, как уровень технической эксплуатации тракторов. Известно, что бережное отношение к технике, своевременное и качественное ее обслуживание и хранение замедляют процесс изнашивания деталей и увеличивают длительность работоспособного состояния катин.

Учитывая это, целесообразно определять остаточный ресурс деталей с учетом уровня ТЭТ и использовать его для обоснования стратегии замены деталей с разной степенью износа.

В связи с изложенным, нами были поставлены следующие задачи исследования.

1. Провести анализ ремонта машин в условиях Восточной Сибири и методов ресурсооценки, провести микрометраж деталей, установить техническое состояние ремонтируемых тракторов и возможность оценки остаточного ресурса составных частей с учетом уровня ТЭТ.

2. Установить взаимосвязь скорости изнашивания деталей с уровнем технической эксплуатации тракторов.

3. Разработать теоретические предпосылки и методику определения остаточного ресурса составных частей тракторов с учетом уровня ТЭТ и стратегию замены деталей с разной степенью износа.

4. Оценить экономическую эффективность результатов исследования и разработать рекомендации ремонтному производству.

Во второй главе рассматриваются теоретические предпосылки оценки остаточного ресурса деталей с учетом уровня ТЭГ и дается ' обоснование стратегии замены деталей с разной степенью износа при ремонте тракторов.

При разработке методики оценки остаточного ресурса деталей использовалась известная степенная функция зависимости изменения износа от наработки:

им - &П(Ц . «>

где иШ - изменение величины износа за наработку i ; С - скорость изнашивания;

- показатель степени, характеризующий необратимый процесс накопления износа с увеличением наработки? д/7Ш - начальное состояние (величина приработки) детали. При достижении деталью предельного состояния ресурс ее при дЛ«>0 будет равен:

• (2)

где и„р - предельное значение износа

Ресурс детали tu¡íi на момент оценки технического состояния определяется из выражения:

I _ Уизм изн и па /

ипР I г- ' (3)

где Ц-ым - значение износа на момент измерения

Остаточный ресурс детали Ьосг , на достигшей предельного состояния, определяется по формуле:

Скорость изнашивания зависит от большого количества изменяющихся во времени эксплуатационных факторов. При исследовании формулы (4) нами была выдвинута гипотеза о том, что рассеивание остаточного ресурса является следствием воздействия факторов, определяющих уровень ТЭТ. Следовательно, скорость изнашивания можно представить как функцию факторов уроьня ТЭТ:

С = ..... *„}] (Ь)

где У§ - показатель уровня технической эксплуатации тракторов:

- факторы уровня ТЭТ ( I « 1,2,..., Л )

Для проверки установленной нами зависимости (5) были использованы Методика МСХ РФ "Оценка уровня ТЭТ" и методика количественной оценки уровня ТЭТ в зонах холодного климата, разработанная Д.А.Антонцом применительно к районам Иркутской области.

Зависимость между скорость» изнашивания С и показателем уровня ТЭТ в первом приближении можно апроксимировать полиномом вида:

с = а0+а1У ^ > ,(б)

где Оа , 04 - коэффициенты, определяемые экспериментально

С учетом (6) формулу (4) можно записать:

t =1/ Мш ' ({ - Ьш) (7)

Ча.+а.У^ V' и„р 1

Скорость изнашивания, как функция факторов уровня ТЭТ, а также показатели Л и иилм являются случайными величинами. Случайной величиной в выражении (7) является и £ , характеризующая своим законом распределения.

Решение о дальнейшем использовании детали принимается на основании законов распределения остаточных ресурсов работоспособной ¿гоег и отказавшей составных частей с' использованием принципа композиции функции нескольких переменных (рис.1). Область перекрытия этих распределений £*= ^ - ?/ост характеризует вероятность достижения второй деталью предельного состояния (состояния детали 1). Плотность распределения показана на рис. 2.

Целесообразность замены составной части обусловлена сопро-вождяпцимся при этом убытком вследствие недоиспользования ресурса из-за преждевременного изъятия и простоя машины из-за разбо-рочно-сборочных работ. Условие замены можно представить в виде неравенства:

фюсИ'< ¿Ма'ш* , (8)

чо О

где Ср, О - издержки на замену детали при ремонте мая^чы и в процессе ее эксплуатации

Решение неравенства (8) с использованием функции Лапласа

Рис Л. Плотности распределений значений вероятности остаточных ресурсов отказавших и неотказав-

ших элементов.

Рис.2. Плотность распределения случайной величины °^лас,гь безотказной работы, О&о)- область отказов.

сp+d

позволяет получить:

Ф(г) -

где Ф&) - функция Лапласа

Аргумент 2 «ожет принимать положительные значения ( 2>0 ) и удовлетворять неравенство (8) при условии, что d >ср . В этом случав с вероятностью PCO = / - может приниматься ре-

шение о совместной замене. При 2■ < О и d <Ср деталь используется до следующего ремонта. При 2-0 , ср-~ d с одинаковой вероятностью и учетом реальной ремонтной ситуации принимается решение о совместной замене или дальнейшем использовании деталей.

В третьей главе изложены общая и частная методики экспериментальных исследований, позволяющие с достаточной точностью проверить теоретические предпосылки оценки остаточного ресурса составных частей тракторов. Приведены номенклатура исследуемых деталей и порядок проведения микромэтражных исследований.

Эксперимент по исследованию износов проводился на ремонтных предприятиях Иркутской области. Выявление износов осуществлялось способом микрометрирования с использованием штатного измерительного инструмента и существующих требований на капитальный ремонт тракторов. Численные значения износов деталей определялись как разность между действительным размером изношенной детали (в месте наибольшего износа) и средним чертежным ра-емером. Погрешность измерений устанавливалась по ГОСТ 8.051-81 я не превшаяа 20.. .25% от допуска. Определение наработки проводилось по мотосчетчику трактора. Полученная информация об изно-сах деталей систематизировалась и обрабатывалась с помощью ЭВМ "Искра-1030".

При определении показателя уровня ТЭТ использовалась методика его количественной оценки в зонах холодного климата, согласно которой общий уровень ТЭТ определялся с учетом таких факторов, как уровень организации и качества ТО тракторов в теплое ( к(т ) и холодное ( kjX ) время года, продолжительность теплого (Тг) я холодного (Тх) периодов года в месяцах, уровень организации и качества ремонта тракторов ( Кг качественный состав трактористов ( к3 ), органиеация хранения тракторов ( kj ),

соответствие сортамента применяемых топлива и масел инструкциям по эксплуатации ( Дня оценки остаточного ресурса по результатам минрометраяных исследований разработана методика, в соответствии с которой прогнозирование tocr проводилось по значениям илр , иилм , У9 с учетом величин оI, Оо,0,1 по формуле (7). В основе выбора рациональной стратегии замены элементов использован метод имитации процесса замены деталей с разным остаточным ресурсом и сравнение результатов, полученных при замена деталей в ремонте и в эксплуатации машин. Объектами измерений были выбраны детали и узлы тракторов Т-130М и Т-4А,

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований. Статистические характеристики наработок исследуемых тракторов показали, что ресурс тракторов, поступивших в капитальный ремонт, ниже нормативного в среднем на 21% (Т-130М) и 17% (Т-4А) и составляет соответственно 3545...5384 мото-ч и 3090...4468 мото-ч.

Анализ статистических характеристик изнашивания показал, что износ деталей тракторов зависит от их наработки. Элементы с большим износом рабочих поверхностей чаще выявлялись у машин, имеющих как правило, большую наработку. При этом, ряд деталей изнашивается интенсивнее других и характеризуется меньшей долговечностью. Тесноту и форму связи между износом и наработкой определяли с помощью корреляционного и регрессионного анализов. Характер распределения износов большинства деталей имеет положительную ассиметрию с эксцессом и не противоречит законам распределения Вейбулла (ЗРВ) и нормальному (ЗНР). Проверка соответствия эмпирических данных теоретическому закону распределения по критерию Колмогорова показала близость (в пределах ошибки измерений, $= 1570 этих характеристик. О неравнопрочностн деталей свидетельствуют результаты измерений. Например, в коробке перемены передач трактора Т-4А контроль шлицевых валов в различных сечениях по длине показал, что износ посадочных мест не превышает 0,03 мм , а износ шлицев в зоне установки шестерен достигает максимального значения и составляет 1,67 мм. Превалирующими дефектами постоянно замкнутых шестерен являются торцовый износ зубьев, максимальное значение которого составляет 3-5 мм., и износ зубьев по длине, среднее значение которого находится в

пределах 2-3 мм. У шестерен постоянного зацепления превалирующим дефектом является износ зубьев по толщине, достигающий 2 мк по длине общей нормали. Износ внутренних шлицев у большинства этих деталей не достигает предельного значения.

Анализ нескольких функций, апроксимирующих процесс изнашивания, показал, что наилучшее приближение к эмпирическим даннш дает степенная функция вида (I). Определены значения показателей е£ и С этой функции. Построены графики изнашивания исследуемых деталей. Величина износа наиболее изнашиваемых деталей достигала, а в некоторых случаях выходила за рамки, предельного значения. Такие детали явились причиной резкого ухудаения параметров состояния тракторов и ремонта последних. В то же время анализ показал, что ресурсы ряда деталей далеки от их предельных значений. Величина нормированного (в долях предельного) износа этих деталей находится в пределах от 0 до 0,о. Это означает, что часть деталей по своим ресурсным показателям пригодна для повторного безремонтного использования.

Результаты оценки влияния уровня ТЭТ на скорость изнашивания показали, что связь между этими переменными достаточно тесная. Расчетное вначение выборочного коэффициента корреляции составило -0,Ь67. Интервал варьирования уровня ТЭГ в иссле дуемых хозяйствах колеблется в пределах 0,45-0,60.

Модель взаимосвязи скорости изнашивания и уровня ТЭТ на примере шестерни к.п.п. имеет вид:

С - 2,68 10~4 - 2,75 КГ4 Уэ

Графическая интерпретация полученного уравнения регрессии приведена на рис.3. Из графика видно, что с увеличением уровня 13] скорость изнашивания уменьшается. Выявленная закономерность служит для определения остаточного ресурса и подтверждает гипотезу о связи параметров изнашивания деталей тракторов с уровнем их технической эксплуатации.

Полученная на основе экспериментальных данных зависимость остаточного ресурса от уровня ТЭТ выглядит следующим образом:

Гоег " 7445 " 25647 Уэ * 24075, Ь У*

Рис.3. Зависимость скорости изнашивания детали от показателя уровня ТУГ.

Рис.4.. Зависимость остаточного ресурса от показателя уровня ТУГ.

Уценка значимости коэффициентов полученного уравнения .регрессии по t-критерию показала, что все коэффициенты статистически значимы и вполне достоверно описывают влияние уровня ТЗТ на величину остаточного ресурса. Значение расчетного /-"-критерия больше его критического значения на уровне значимости 0,05 ( Р » 6,12 > РКр » 2,05). Следовательно, линия регрессии значима, а полученная модель достаточно хорошо согласуется с экспериментальными данными. График этой зависимости приведен на рис.4. Аналогично получены зависимости для других исследуемых деталей.

По результатам оценки остаточного ресурса определены вероятность и целесообразность замены деталей с разной степенью износа. Рациональные варианты замен деталей выбраны по результатам сравнения указанных характеристик при ремонте машины и устранении отказов в эксплуатации.

В пятой глава приведены расчеты экономической эффективности результатов исследований и производственные рекомендации, которые подтверждают целесообразность использования остаточного ресурса деталей при ремонтах тракторов и их агрегатов.

ОЩИЕ ВЫВОДЫ

1.В результате анализа исследований установлено, что наработки тракторов имевт большой расброс значений, свидетельствующий о неравномерности изнашивания и недоиспользовании ресурса деталей, что обусловливает необходимость поиска новых, ресурсосберегающих технологий их использования.

2. Теоретическими исследованиями обоснована возможность оценки остаточного ресурса деталей с учетом уровня технической эксплуатации тракторов, позволяющая определить условия и количественные показатели дальнейшего применения составных элементов.

3. Микрометражные исследования позволили выявить динамику и получить функциональные зависимости изнашивания ряда деталей тракторов 1-130М и 1-4А, а также определить взаимосвязь износ-ных показателей с уровнем тохнической эксплуатации тракторов.

4. Анализ износного состояния выбракованных деталей, показал, что часть из них имеет высокий остаточный росурс по рабо-

чим поверхностям, который может быть использован при ремонте узлов и агрегатов.

5. Установлена взаимосвязь между скоростью изменения параметра состояния и показателем уровня ТЭТ, которая имеет вид: С = ао + а у Уэ. Видоизменена формула для определения остаточного ресурса с учетом уровня ТЭТ:

6. Анализ условий использования тракторов показал, что в исследуемых хозяйствах уровень технической эксплуатации колеблется в прзделах 0,45 - 0,60. При этом было- выявлено, что скорость изнашивания деталей снижается на 20 - 30 %, а остаточный ресурс повышается на lb - 20 %.

7. Разработанная методика оценки остаточного ресурса деталей тракторов с учетом уровня ТЭТ позволяет выбрать рациональнуй стратегию ремонта и почти вдвое сократить затраты времени на ремонт машины.

6. Годовой экономический эффект составляет 56700 руб..на одну машину (по уровню 1992 г.). Результаты работы использованы лабораторией надежности ГСНБ АО "УРАЛ1РА1Г (413 им.В.И.Ленина) при разработке методики оценки ресурсов тракторов и ремонтными предприятиями хозяйств Иркутской области.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Бураев U.K. Важное звено в ремонтной сети // Земля сибирская, дальневосточная.- ISU3, U I, с.41-43.

2. Бураев М.К. Оценка показателей эксплуатационной надежности двигателей A-OIM // Эксплуатация дизельных двигателей

при низких температурах: Сб.научн.трудов.- Иркутск: ИСХИ, 1Ш4.-3.56-63.

3. Бураев М.К. Обоснование необходимости ремонта машин по их- техническому состоянию // Совершенствование рабочих органов ■сельскохозяйственных машин, рациональное техническое обслуяивз-чии машин: Сб.научн.трудов.- Иркутск: ИСХИ, 19139,— c.I2b-I2ti.

4. Сурнон М.К. К вопросу повышения приспособленности трак-

торов и свльлозшашин к ремонту // Тез.докл. Всесоюз.научно-практической конференции "Пути повшения уровня эксплуатации и эксплуатационной технологичности машин в новых условиях развития агропромышленного комплекса".- Харьков, 1990.- с.129-130. (соавт. Шишкин Г.М.).

5. Бураев М.К. Планирование обменного фонда при ремонте машин на уровне агрегатов // Эксплуатация и ремонт сельскохозяйственной техники: Сб.научн.трудов.- Иркутск: ИСХИ, 1990.- с.76-61.

6. Проведение исследовательских работ по определению ресурса деталей трактора Т-130М / Закл. отчет по НИР, № Гос.регистрации 01670079э91.- Иркутск: ИСХИ, 1991.- 66 с. - Отв.исполнитель Бураев М.К.

7. Бураев М.К. Ремонтно-техническое обслуживание // Система ведения агропромышленного производства Иркутской области в 1991 -1995 г.г, / Рекомендации.- Новосибирск, 1991.- с.426-437, (соавт. Степанов В.П., Козлов В.Т., Шишкин Г.М.)