автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Обеспечение надежности машин при их ремонте в сельском хозяйстве путем повышения точности и равномерности затяжки групповых резьбовых соединений

005555333

На правах рукописи

СОЛОВЬЕВ ВЛАДЛЕН ЛЕОНИДОВИЧ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ МАШИН ПРИ ИХ РЕМОНТЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ПУТЕМ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ И РАВНОМЕРНОСТИ ЗАТЯЖКИ ГРУППОВЫХ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в

сельском хозяйстве

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г п ноя гон

Омск 2014

005555333

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательного учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор кафедры технического сервиса, механики и электротехники ОмГАУ Корнилович Станислав Антонович Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, заместитель директора по научной работ ГНУ «Сибирский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Немцев Анатолий Егорович

кандидат технических наук, директор филиала компании «ТСК-Сервис Улан Удэ» Лагерев Андрей Викторович

Ведущая организация: Государственное научное учреждение «Сибирски научно-исследовательский институт сельского хозяйства» (г.Омск).

Защита диссертации состоится «30» декабря 2014г. в 10.00 часов на заседай! диссертационного совета ДМ 212.039.06 при ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирски государственный университет технологий и управления» по адресу: 670013, г. Улан Удэ, ул. Ключевская, 40а, ВСГУТУ.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах заверенные гербовой печатью просьба отправлять на адрес диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Восточно Сибирский государственный университет технологий и управления»

Автореферат разослан и размещен на сайте ВСГУТУ

«28» октября 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, /I ________

к.т.н., доцент '""-ч. Б. Д. Цыдендоржиев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из факторов, определяющих надежность отремонтированных машин в сельском хозяйстве, является точность затяжки резьбовых соединений (РС). В работе рассмотрена проблема низкой точности затяжки групповых резьбовых соединений (ГРС) ремонтируемых узлов машин. Проблема является актуальной, т.к. неточная и, как следствие, неравномерная затяжка ГРС приводит к снижению надежности узлов и машин в целом.

При сборке ремонтируемого узла рекомендованный техническими условиями на сборку момент затяжки не гарантирует обеспечение требуемой (расчетной) величины силы затяжки с достаточной точностью. Причиной этому является изменение (нестабильность) состояния поверхности РС в процессе эксплуатации. В связи с этим нормы затяжки новых РС, установленные стандартами, не могут обеспечить требуемую точность при сборке РС в процессе ремонта машин, имеющих определенную наработку. Отклонение созданной величины силы затяжки от требуемой по разным оценкам может достигать до +25...38%, что недопустимо при сборке ответственных ГРС (например, болтов крышек коренных подшипников, шатунов, головок цилиндров и т.д.), для которых допускаемое максимальное отклонение составляет+5%.

Общеизвестным является то, что неравномерная затяжка ГРС вызывает остаточную деформацию стянутых деталей и искажение макрогеометрии их привалочных поверхностей при эксплуатации узлов, а ответственные детали имеют жёсткие допуски на отклонения. К примеру, предельно допустимые отклонения от плоскостности привалочных поверхностей головок цилиндров (ГБЦ) и блоков двигателей обычно не более 0.02-0.05 мм на 100 мм длины. По официальным данным ГОСНИТИ на деформацию привалочной поверхности приходится 28% от всех дефектов ГБЦ при среднерегиональном количестве дефектных головок 900 ед. в год.

По данным работ Утенхова В.Д., Вагабова Н.М., неравномерная затяжка болтов ГБЦ, вызванная низкой точностью контроля силы затяжки по моменту, искажает геометрическую точность рабочих поверхностей (зеркал) цилиндров, овальность которых может увеличиваться на 25-75%, конусность на 35-40%, что превышает пределы допуска.

При затяжке ГРС ремонтируемых узлов с рекомендованным техническими условиями моментом нередко бывают случаи срыва резьбы и разрушения шпилек, болтов. К примеру, по данным ОАО «Черлакагросервис» за 2013 год зафиксировано 117 случаев срыва резьбы (разрушения) силовых шпилек (болтов) в процессе монтажа ГБЦ ремонтируемых двигателей (ЯМЭ-238, ЗИЛ-130, Д-240, А-41, Д-442, 7403 и др.) при соблюдении рекомендованных моментов затяжки.

По данным испытаний сельскохозяйственной техники отечественного производства на неточную затяжку РС приходится до 20% всех отказов, в связи с чем, средняя наработка на отказ большинства тракторов в 2-3 раза ниже нормативного показателя.

Таким образом, многочисленные неисправности сельскохозяйственной техники, связанные с РС, а также систематические повреждения (разрушения) РС при их затяжке являются предпосылками для поиска новых путей совершенствования технологии сборки ГРС ремонтируемых узлов машин.

Повысить точность и равномерность затяжки ГРС, следовательно, обеспечить их надежность, предлагается применением на практике контроля силы затяжки через отношение моментов отвинчивания и завинчивания. Данный контроль позволяет экспериментально скорректировать значение рекомендованного момента затяжки, путем косвенного учета реальных коэффициентов трения (без установления их численных значений) в конкретном РС и вычисления для него необходимого момента затяжки.

Объектом исследований является технологический процесс сборки ГРС ремонтируемых узлов машин.

Предметом исследований являются закономерности взаимосвязи момента и силы затяжки.

Целью работы является повышение точности и равномерности затяжхи ГРС ремонтируемых узлов машин.

Задачи исследований:

1. Произвести анализ состояния проблемы неточности (неравномерности) затяжки ГРС ремонтируемых узлов, выявить причины возникновения неравномерности затяжки.

2. Теоретически обосновать контроль силы затяжки через отношение моментов отвинчивания и завинчивания, на основе чего разработать методику сборки ГРС ремонтируемых узлов.

3. Экспериментально исследовать влияние состояния резьбового соединения на точность контроля силы затяжки по моменту.

4. Произвести экспериментальную оценку точности обеспечения требуемой силы затяжки при контроле через отношение моментов отвинчивания и завинчивания.

5. Экспериментально исследовать равномерность затяжки ГРС при сборке ремонтируемого узла, произвести качественную оценку равномерности затяжки ГРС при сборке по разработанной методике.

Научная новизна работы:

1. Получены новые функциональные зависимости для вычисления момента затяжки, исходя из условия сохранения прочности болта или плотности стыка деталей, позволяющие учесть фактическое состояние резьбового соединения.

2. Впервые разработана методика сборки ГРС, основанная на контроле силы затяжки с учетом фактических состояний резьбовых соединений.

3.Установлено и оценено влияние состояния резьбового соединения на точность контроля силы затяжки по моменту.

4.Экспериментально оценено качество прилегания привалочных поверхностей соединяемых деталей ремонтируемого узла (агрегата) при затяжке ГРС до величины

рекомендованного техническими условиями на сборку момента и при сборке ГРС по разработанной методике.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Полученные функциональные зависимости дают возможность вычисления величины необходимого момента затяжки без установления величины силы затяжки и коэффициентов трения резьбовых поверхностей в явном виде.

2. Разработана и внедрена методика сборки ГРС, обеспечивающая более точную и равномерную затяжку, что позволяет повысить надежность узлов машин, прошедших ремонт.

3. Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены и используются в учебном процессе подготовки специалистов в области ремонта сельскохозяйственной техники.

Методы исследований. При теоретическом и экспериментальном исследовании применялись методы системного анализа, методы планирования экспериментов и опытно-статистической обработки экспериментальных данных.

Достоверность результатов исследований подтверждается применением основных положений теории системного анализа, согласованностью теоретических и экспериментальных данных, полученных автором и другими исследователями, использованием сертифицированного измерительного оборудования, применением теории планирования эксперимента и обработки экспериментальных данных.

Положения, выносимые на защиту:

1. Функциональные зависимости для определения момента затяжки, исходя из условия сохранения прочности болта или плотности стыка деталей, позволяющие учесть фактическое состояние резьбового соединения.

2. Методика сборки ГРС ремонтируемых узлов машин, основанная на контроле силы затяжки с учетом фактических состояний резьбовых соединений.

3. Результаты экспериментальной оценки влияния состояния резьбового соединения на точность контроля силы затяжки по моменту.

4. Результаты экспериментальной оценки точности обеспечения силы затяжки при контроле через отношение моментов отвинчивания и завинчивания.

5. Результаты экспериментальных исследований равномерности затяжки ГРС при сборке ремонтируемого узла.

Апробация результатов исследования. Результаты научных исследований представлялись и обсуждались на Региональной научно-практической конференции «Перспективы технического сервиса для предприятий АПК» (г. Омск, 2013 г.); на IV Региональной молодежной научно-практической конференции «Омский регион -месторождение возможностей» (г. Омск, 2013 г.); на Международной научно-практической конференции «Техника будущего: перспективы развития сельскохозяйственной .техники» (г. Краснодар, 2013 г.); на Международной научно-практической конференции «Инновационное лидерство строительной и транспортной отрасли глазами молодых ученых» (г. Омск, 2014 г.); на заседаниях профессорско-

преподавательского состава факультета технического сервиса в АПК ОмГАУ им. П. А. Столыпина (г. Омск, 2010-2014 гг.).

Публикации. На основе научных исследований опубликовано 8 научных работ, в том числе 5 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Реализация результатов работы. Результаты проведенной научно-исследовательской работы приняты к внедрению на предприятиях: ОАО «Черлакагросервис», Автотехцентр «Реактор». Результаты научных исследований внедрены и преподаются на кафедре технического сервиса, механики и электротехники ОмГАУ в рамках дисциплины «Анализ технологического процесса изготовления и сборки машин», на кафедре агроинженерии ОмГАУ в рамках дисциплины «Техническая эксплуатация машин», используются при дипломном проектировании по специальности 190603.65 - «Технический сервис транспортных и технологических машин и комплексов».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 132 страницах (включая приложения), содержит 46 рисунков, 18 таблиц, 134 формулы,9 приложений, 127 литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, обозначены цель, задачи, методы исследований, сформулированы научная новизна, теоретическая и практически значимость работы, определены положения, выносимые на защиту.

Первая глава «Состояние проблемы неточной сборки групповых резьбовы соединений при ремонте узлов» содержит анализ разработанности темы, анали причин и последствий неточной (неравномерной) затяжки ГРС ремонтируемых узлов машин, анализ методов, способов и средств контроля силы затяжки РС.

Исследованию вопросов расчета и технологии сборки РС, в частности анализу факторов, влияющих на точность затяжки РС, посвящено значительное число научны работ отечественных и зарубежных авторов: И. А. Биргера, Г. Б. Иосилевича, М. А Саверина, М. П. Новикова, В. Д. Продана, Н. Л. Клячкина, В. Б. Жукова, И. Л. Блаера С. А. Корниловича, А. В. Ланщикова, В. Д. Утенкова, А. Н. Потемкина, В.М. Липки Б.В. Гусакова, Б.Ю. Житникова, Р. Таймингса, Л. Мадушки, К.Чанга и др.

Однако в них недостаточно внимания уделено способам (путям) повышени точности и равномерности затяжки ГРС при сборке ремонтируемых узлов машин.

Надёжность ГРС определяется точностью обеспечения требуемой силы затяжк в процессе сборки, равномерностью распределения сил затяжки в резьбовой группе стабильностью силы затяжки в процессе эксплуатации. Для надежного и герметичног соединения узла главным требованием при сборке ГРС является обеспечени максимальной точности и равномерности распределения сил затяжки.

Сила затяжки создает определенное контактное давление на стыке соединяемы деталей, обеспечивая тем самым необходимую плотность и герметичность стыка пр действии внешней силы на соединение в процессе работы узла. Величину силь затяжки контролируют преимущественно по моменту.

Анализ состояния проблемы показал, что причиной неравномерности затяжки ГРС при сборке ремонтируемых узлов является низкая точность контроля силы затяжки по моменту, что объясняется изменением состояния PC (состояния резьбовых поверхностей) при эксплуатации - т.е. несоответствием реального состояния PC заводскому (новому). Нестабильность состояния PC определена изменением шероховатости резьбовых поверхностей, воздействием агрессивной среды (коррозия, загрязнение), изнашиванием заводских покрытий, применением различных смазочных и раскислительных материалов при работе с PC и т.п.

Результатом неточной (неравномерной) затяжки ГРС является срыв или деформация витков резьбы в процессе сборки, разрушение болтов (шпилек), деформация стянутых деталей при эксплуатации, разгерметизация стыков узлов т.д.

Из анализа работ Иосилевича Г.Б., Вагабова Н.М., Суслова А.Г., Липки В.М., Утенкова В.Д., Кесарийского АГ., Яхъяева H.A. следует, что в результате неточной (неравномерной) затяжки болтов ГВЦ искажается макрогеометрия зеркал цилиндров при сборке, а также геометрическая точность привалочных поверхностей ГБЦ и блока двигателя в процессе эксплуатации.

Нередко при ремонте узлов сорванную резьбу в отверстии корпуса детали восстанавливают расточкой и нарезанием резьбы под больший диаметр, при этом изменяются коэффициенты трения резьбовых поверхностей и геометрические размеры резьбы. Момент затяжки для восстановленного PC должен быть рассчитан заново с учетом данных изменений.

Как показал анализ проблемы, существующие методы и способы контроля силы затяжки PC, которые могут бьггь применены в ремонтном производстве сельскохозяйственной техники, недостаточно эффективны с точки зрения точности затяжки и их применение не гарантирует надежного соединения.

Во второй главе «Теоретические предпосылки и обоснование контроля силы затяжки через отношение моментов отвинчивания и завинчивания» выполнен подробный анализ силового соотношения в PC при завинчивании и отвинчивании, а также анализ расчета силы затяжки PC на основе научных исследований И.А. Биргера, Г.Б. Иосилевича, Н.Г. Куклина, М.Н. Иванова и др. Выполнено обоснование контроля силы затяжки через отношение моментов отвинчивания и завинчивания. На основе данного контроля разработана методика сборки ГРС с метрической цилиндрической треугольной резьбой и плоской шайбой.

Момент завинчивания (момент затяжки) и момент отвинчивания связаны с силой затяжки общеизвестными зависимостями (1) и (2). Зависимость момента завинчивания от силы затяжки:

где Р -сила затяжки, Н; й2 -средний диаметр резьбы, м;

/т -коэффициент трения на опорной поверхности гайки; £>7— средний диаметр опорной поверхности гайки, м;

/р - приведенный коэффициент трения в резьбе; Р - шаг резьбы, м.

Зависимость момента отвинчивания от силы затяжки:

Мога=0.5-/^2[/+ (2)

Решая совместно (1) и (2), получим:

Р-Р

м \,мотв<мш- (3)

Ммв

По зависимости (3), которую впервые получил В.Б. Жуков, можно вычислить необходимый момент затяжки для конкретного РС, зная требуемую величину силы затяжки, шаг резьбы и моменты отвинчивания Мотв и завинчивания Мзав> величины которых измеряются динамометрическим ключом для данного РС. Отношение Мотв / МЗАВ косвенно характеризует значения коэффициентов 1рения в РС. Чем больше коэффициенты трения, тем ближе отношение Мотв / МЗАд к единице.

Однако величина силы затяжки Е в технических условиях на сборку узлов сельскохозяйственной техники не указывается, а установить ее в условиях ремонтного производства не представляется возможным.

Из анализа общеизвестной методики расчета силы затяжки РС (формулы 4-7) установлено, что ее величину можно определить по условию сохранения плотности стыка деталей, либо по условию прочности болта. По условию сохранения плотности стыка деталей, величина силы затяжки ^ определяется:

^•а-*)-^«, (4)

где РЯц - внешняя сила, действующая на болт при работе узла, Н;

/-коэффициент основной нагрузки (для соединений стальных и чугунных деталей х = 0.2...0.3, для соединений стальных и чугунных деталей с угаютнительным элементом (асбест, резина) % = 0.4...0.5).

у-коэффициент запаса плотности стыка (постоянные внешние нагрузки у=1.25...2, переменные внешние нагрузки у=2.5 .. .4)

Коэффициент основной нагрузки определяет долю внешней силы и зависит от податливостей материала болта и стягиваемых деталей:

Яд

* (ЛБ+ЯД)' (5)

где ЯБ - коэффициент податливости болта (шпильки), м/Н; Ад - коэффициент податливости стягиваемых деталей, м/Н.

По условию сохранения прочности болта величина силы затяжки определяется:

- для болтов из легированной стали

- для болтов из углеродистой стали

/г=(0.6...0.7)-сгг (7)

где стт — предел текучести материала болта, Н/м2;

Аб - площадь наименьшего поперечного сечения болта, м2.

В результате исследований нами получены функциональные зависимости для вычисления момента затяжки, исходя из условия сохранения плотности стыка деталей или прочности болта, не учитывающие величину силы затяжки и коэффициенты трения резьбовых поверхностей в явном виде.

Исходя из условия сохранения плотности стыка деталей (4), величина необходимого момента затяжки определится:

Мш =

(8)

Применительно к конкретному болту ГБЦ, допуская, что площадь стенки камеры сгорания равна площади отверстия цилиндра, а болты, приходящиеся на один цилиндр, равноудалены друг от друга и от оси цилиндра, зависимость (8) запишем;

I М(УГВ

(9)

где Ns - количество болтов, приходящихся на один цилиндр, шт; Бцид - диаметр цилиндра, м;

Омах - максимальное давление в цилиндре двигателя, Н/м2.

Исходя из условия сохранения прочности болта (6),(7), величина необходимого момента затяжки определится:

м -- °-25^'2'к"°т'р = 025"^~1,0825 ^'Р* К'°"т'р

и Моп> [ ¡1 Мтв |

I Мы) I м„)

(10)

где ¿1 — внутренний диаметр резьбы болта, м;

К - коэффициент, зависящий от вида стали болта: легированная сталь (0.5...0.6), углеродистая сталь (0.6.. .0.7); й — наружный диаметр резьбы болта, м.

Полученная зависимость (10) дала возможность разработки методики сборки ГРС ремонтируемых узлов машин, поскольку все составляющие данной зависимости могут быть известны в условиях ремонтного производства.

Процесс сборки ГРС по разработанной методике состоит из следующих этапов: 1 - подготовка резьбовых соединений (промывка, визуальный осмотр резьбы на наличие сорванных или деформированных витков); 2 - замеры моментов завинчивания Мзав и отвинчивания Мотв ; 3 - определение необходимых моментов затяжки (с помощью номограммы или программы для ЭВМ); 4 - затяжка ГРС.

Моменты Мзав и Могв измеряются с точностью до сотых долей динамометрическим ключом для каждой резьбовой пары (РП) в ГРС по разработанному нами технологическому приему (рисунок 1). Прием заключается в

предварительном натр ужении РП 1 затяжкой до величины рекомендованного техническими условиями момента Мрек, нанесении разметки положения гайки (головки болта) относительно корпуса детали 2, замере момента Мш 3 при «трогании гайки с места», возвращении гайки в размеченное положение 4, замере момента Мать 5 при «трогании гайки с места». Измеренные значения моментов для резьбовых пар в ГРС заносятся в таблицу 1, соотносятся (Мотв/МЗАВ) с округлением до сотых долей.

Таблица 1 — Результаты замеров и значения необходимых моментов затяжки

№ болта в порядке затяжки Мзав, Нм Мотв, Нм М.отв МЗАВ МзАТ, Нм 1 этап 2 этап 3 этап

1 82.92 62.93 0.76 84 25 59 84

2 81.95 64.02 0.78 92 28 64 92

. 81.71 59.76 0.73 75 22 52 75

п 82.44 65.24 0.79 96 29 67 96

Необходимый момент затяжки МЗЛт для конкретной РП в ГРС устанавливается в зависимости от соответствующего для нее значения отношения Мотв/ М^ с помощью номограммы. Определенному шагу резьбы соответствует своя номограмма. На рисунке 2 представлен фрагмент номограммы для резьбы с шагом 2 мм. Требуемая величина силы затяжки выбирается из таблицы 2. Установленные по номограмме значения моментов Мит заносятся в таблицу 1 и «разбиваются» пропорционально, исходя из количества этапов затяжки. Нами была разработана программа для ЭВМ, позволяющая автоматизировать вышеописанный процесс определения необходимых моментов затяжки. В программу вводятся значение требуемой силы затяжки (из таблицы 2), шаг резьбы, количество болтов в ГРС и значения заранее измеренных моментов M3AB и Мотв. Программа вычисляет необходимые моменты затяжки и выводит на экран пользователю, которые затем либо выводятся на печать, либо заносятся в таблицу 1.

Затяжка ГРС выполняется в рекомендованной техническими условиями на сборку последовательности с установленными моментами.

Таблица 2 - Значения требуемой силы затяжки по условию прочности болта (Н)

Класс прочности 5.8 6.8 8.8 10.9 12.9

Предел текучести, мПа 400 480 640 900 1080

Шаг резьбы 1.5 мм

Диаметр резьбы, мм М10 11015 13218 13218 15862 17624 21149 24784 29741 29741 35689

М12 16903 20284 20284 24341 27046 32455 38033 45639 45639 54767

М14 24048 28857 28857 34629 38476 46172 54107 64929 64929 77915

М16 32448 38938 38938 46725 51917 62300 73008 87610 87610 105132

М18 42104 50525 50525 60630 67367 80840 94735 113682 113682 136418

Шаг резьбы 1.75 мм

М10 10315 12378 12378 14854 16504 19805 23209 27850 27850 33420

... ... ...

Числитель - легированная сталь (принято напряжение затяжки ар = 0.5аг) Знаменатель — углеродистая сталь (принято напряжение затяжки ар - 0. баг) Механические свойства болтов (шпилек) согласно ГОСТ Р 52627-2006

В третьей главе представлена методика экспериментальных исследований. Сформулированы цель и задачи экспериментальных исследований, описана методика исследования влияния состояния РС на точность контроля силы затяжки по моменту, методика оценки точности обеспечения силы затяжки при контроле через отношение моментов отвинчивания и завинчивания, методика исследования равномерности затяжки ГРС при сборке ремонтируемого узла.

Исследование влияния состояния РС на точность контроля силы затяжки по момету производили с помощью динамометрического ключа и лабораторной установки для испытания РС ДМ-27. Были испытаны болты с резьбой М12х1.75, М14*2 (покрытие оксидное). Производили замеры силы затяжки при различных состояниях РП. Состояние РП изменялось путем её корродирования в растворе азотной кислоты, а также применением различных смазочных материалов. Исследовались следующие состояния РП: 1 — новая РП без смазочных материалов; 2 — новая РП смазана моторным маслом; 3 - новая РП обработана молибденовой смазкой; 4 - РП после корродирования обработана составом ШЭ-40; 5 — РП после корродирования смазана моторным маслом; 6 - РП после корродирования обработана молибденовой смазкой.

о

60000 53000 53000 57000 56000 55000 54000 53000 52000 51000 50000 49000 48000 47000 46000 45000 44000 43000 42000 41000 40000 39000 33000 37000 36000 35000 34000

э-зооо

32000 31000 30000 25000 28000 27000 26000 25000 24006 23000 22000 2100 О 20000 13000 1Шв 17000 16000 15000 14000 13000 12000 11000 10000 адоо

3000 7000

6000 дцштияиаяшнвдкпш» 5000 4нж{щ№1ШШШШШн

М0ТЗ/мш

ж&шштяюмтшпммюп

Г* Г* Гк СО'

ШЩЩПр

.ПН

1Ш11Ш1М11Яш * » § § § § I а:

Момент затяжки, Нм

Рисунок 2 - Фрагмент номограммы для определения необходимого момента затяжки

Оценку точности обеспечения силы затяжки при контроле через отношение моментов Мотв и Мш производили с помощью динамометрического ключа и лабораторной установки ДМ-27. Использовали РП М14х2. Устанавливали значение Мотв I Мив для данной РП по технологическому приему (рисунок 1). Принимали величину требуемой силы затяжки и вычисляли необходимый момент затяжки Мит по зависимости (3). Производя многократно затяжку РС до величины установленного момента Мзлт, регистрировали значения действующей силы затяжки. По общеизвестной методике обработки экспериментальных данных оценивали точность обеспечения требуемой величины силы затяжки при данном контроле.

Исследование равномерности затяжки ГРС ремонтируемого узла (агрегата) производили на примере крепления ГБЦ двигателя ЗИЛ 131. Выполняли замеры моментов завинчивания и отвинчивания согласно разработанному технологическому приему с последующим определением отношения Мотв / Мзлв для каждого резьбового соединения в ГРС. Затем вычисляли силы затяжки в ГРС при рекомендованном моменте затяжки 80 Нм по зависимости (11) и наблюдали их разброс в ГРС.

Методом контактных отпечатков была произведена оценка качества прилегания привалочных поверхностей ГБЦ и блока двигателя. Для этого вырезанные по форме прокладки ГБЦ ватман и копировальную бумагу укладывали на привалочную поверхность блока двигателя под прокладку. Затем аккуратно устанавливали ГБЦ. В первом случае ГРС ГБЦ затягивали до величины рекомендованного момента 80 Нм. Во втором случае затяжку ГРС ГБЦ производили по разработанной методике сборки ГРС (требуемая сила затяжки принималась из таблицы 2 и составила 36075 Н). В каждом случае после демонтажа ГБЦ снимали ватман и по интенсивности окрашивания поверхности оттиска анализировали характер распределения контактных давлений и качество прилегания привалочных поверхностей. Отклонения от плоскостности привалочных поверхностей находились в пределах допуска и не превышали 0.05 мм на 100 мм длины и 0.15мм на всей поверхности.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований и произведена оценка экономической эффективности от внедрения разработанной методики сборки ГРС.

При исследовании влияния состояния РС на точность контроля силы затяжки по моменту были применены методы математического планирования эксперимента. Результативной переменной У являлась сила затяжки, воздействующим фактором X являлся момент затяжки. На основе полученных данных был проведен корреляционный и регрессионный анализ. В таблице 3 приведены результаты замеров

(П)

Р

силы затяжки испытанной РП МШ1.75. Из таблицы 3 видно, что в зависимости от состояния РП при одном и том же моменте силы затяжки значительно отличаются друг от друга. Разница между максимально созданной величиной силы затяжки (состояние 3) и минимальной (состояние 4) составила 6.5 кН, что равно 27% от максимального значения. Если проанализировать силы затяжки при состояниях 3 и 6 видно, что в результате процесса корродирования при одном и том же моменте и виде смазочного материала сила затяжки уменьшилась в среднем на 23%.

Таблица 3 - Результаты испытаний резьбовой пары М12х1.75

X, Нм Значение Упри различном состоянии резьбовой пары, Н

1 2 3 4 5 6

6 2446 2905 2966 1835 2140 2232

12 5260 5810 5871 4189 4678 4831

24 10795 11315 11988 8073 9357 9755

36 15810 17003 17615 12446 13761 14495

48 21620 22996 23608 17125 18715 19082

Мотв Мзлв 0.75 0.73 0.72 0.80 0.78 0.77

В результате анализа данных были получены уравнения регрессии:

- для данных Хи К при первом состоянии:

=-217.287+452.519-Х, . (12)

- для данных Хи У при втором состоянии:

Т1Г = 14.134+ 475.86-Х,. (13)

- для данных X и У при третьем состоянии:

У„ =38.5 + 490.917-Х,. (14)

- для данных X и У при четвертом состоянии:

У,р=-328.104 + 359.631-Х, . (15)

- для данных X и Г при пятом состоянии:

У1Г=-113.652 + 390.629-X,. (16)

- для данных X и У при шестом состоянии:

У1Р=-21.616 + 400.418-Х,. (17)

Полученные экспериментальные данные имеют высокую степень корреляции, а допущенные ошибки в малой степени искажают линейный характер зависимости силы затяжки от момента. На рисунке 3 представлен график экспериментальных и теоретических зависимостей (Мит) для 6-ти состояний РПМ12*1.75.

При каждом состоянии РП были определены значения отношений Мота / МЗЛц (таблица 3). Наблюдалось, что при применении смазочного материала отношение

Момент затяжки. Нм

Рисунок 3 - График экспериментальных (штриховые линии) и теоретических (сплошные линии) зависимостей Г=/(Мзат) для резьбовой пары М12*1.75

Мотв/Мзав уменьшается, что свидетельствует о том, что с увеличением коэффициенте трения в PC отношение Могв ! Мив стремится к единице.

Экспериментальная оценка точности обеспечения требуемой силы затяжки пр контроле через отношение моментов отвинчивания и завинчивания с применением разработанного технологического приема по замеру моментов показала, что сил затяжки обеспечивается с точностью + 5%.

Абсолютная погрешность измерения силы затяжки составила:

где 1Рм - коэффициент Стьюдента при п измерениях и вероятности Рх-0.95; 'л* -коэффициент Стьюдента при л=да измерениях и вероятности Рх-0.95.

- среднеквадратичное отклонение силы затяжки, Н. Оцр - предельная погрешность средства измерения, Н.

Относительная погрешность измерения силы затяжки составила:

где <Fj> - среднее значение многократно измеренной силы затяжки, Н.

При исследовании равномерности затяжки ГРС ремонтируемого узла на пример крепления ГВЦ двигателя ЗИЛ 131 был определен разброс сил затяжки в ГРС. V образный двигатель имеет две ГВЦ, каждая из которых крепится 17-тью болтами резьбой М12*1.75 (покрытие оксидное, класс прочности 10.9, предел текучести 900 МПа). Разброс значений Могв / Л^злв для 34 болтов двух ГЪЦ находился в интервале о 0.7 до 0.83, что подтверждает неодинаковость (различность) состояний резьбовых соединений в ГРС, а это, в свою очередь, и является причиной неравномерной затяжки. Из этого следует, что при затяжке ГРС головок цилиндров данного двигател с рекомендованным моментом 80 Нм разброс сил затяжки находился в интервале от 24 до 43 кН. В таблице 4 представлены силы затяжки в ГРС ГВЦ 1 при моменте 80 Нм; значения установленных отношений моментов Mors / Мш для каждого болта.

В результате опытно-статистической обработки экспериментальных данных бы построен график распределения величины Мотв / Миа (рисунок 4). Из графика видно что величина Мотв / МЗАВ распределена по закону, близкому к нормальному.

Функция плотности распределения величины Мотв/Мзлв (Мотв/Мив=Хм) имее

вид:

(18

AF

•100% = ±4.5%. а ±5%

<3>

(19

<хщ-<хи)у

Таблица 4 - Силы затяжки в ГРС ГБЦ 1 при моменте 80 Нм

Болт № ] 2 3 4 5 6 7 8 9

F, кН 34.6 34.9 34.7 31.4 39.6 38.6 28.7 38.6 28.3

Мотв Мзлв 0.76 0.76 0.76 0.78 0.72 0.73 0.80 0.73 0.80

Болт № 10 11 12 13 14 15 16 17

F, кН 30.0 26.7 28.7 38.6 36.5 24.3 30.8 31.7

Мотв Мзлв 0.79 0.81 0.80 0.73 0.75 0.83 0.78 0.78

Рисунок 4 - Кривые распределения величины М0тв IМЗАВ: 1- экспериментальная, 2

теоретическая.

Среднее значение величины Хм:

I

= = 0.761,

где N — количество болтов (34 шт.).

Среднеквадратичное отклонение величины Хм :

_ ~~ ~~ ~~ : ^ -^Zf^-omi. (22

Если представить ГБЦ 1 в виде прямоугольной поверхности, на которую в 17-п-точках перпендикулярно ей действуют силы, равные силам затяжки, а местоположен точек на поверхности соответствуют местоположениям болтов ГБЦ, тогда согласи данным таблицы 4 график распределения величины F на этой поверхности трехмерном пространстве будет иметь следующий вид (рисунок 5).

Экспериментальная оценка качества прилегания привалочных поверхносте й ГБЦ 1 и блока двигателя методом контактных отпечатков подтвердила выводы я неравномерности сил затяжки в ГРС при одинаковом моменте затяжки 80 Нм. Н рисунках 6, 7 представлены полученные оттиски ГБЦ 1.

На рисунке 6 видно, что в области PC под номерами 7,11,12,15 интенсивност: окрашивания меньше. Неравномерность окрашивания оттиска свидетельствует d неравномерности контактных давлений, действующих со стороны ГБЦ, а! следовательно, и о неравномерности сил затяжки в ГРС. Из анализа данных таблицы 4! графика (рисунок 5) и оттиска (рисунок 6) становится очевидно, что PC (7,9,10,11,12,15) при затяжке с рекомендованным моментом 80 Нм оказалис:, недотянутыми. Значения отношений моментов М0тв / Щав Для данных PC ближе 1 единице, что свидетельствует об относительно высоких коэффициентах трения в эти» резьбовых парах и объясняет недостаточность в них сил затяжки.

На рисунке 7 наблюдается более равномерное окрашивание оттиска, что дас право судить о более равномерном распределении сил затяжки в ГРС при сборке п: разработанной методике.

Экономический эффект от внедрения разработанной методики сборки ГР возникает в сфере ремонтного производства за счет снижения трудозатрат н ремонтно-восстановительные работы в результате срыва резьбы (разрушения стержня шпильки (болта) или в отверстии корпуса детали по причине низкой точности затяжк г PC. Методика позволяет повысить точность затяжки PC, тем самым исключить сры резьбы (разрушение шпильки) в процессе сборки, следовательно, трудозатраты н восстановление PC. Оценка экономической эффективности от внедрения данноГ методики производилась на примере технологического процесса монтажа ГБ1|! двигателей ЗИЛ 130 и ГАЗ 33021. По статистическим данным ремонтно-сервисног предприятия ОАО «Черлакагросервис» за 2013 год зафиксировано 117 случаев срыв; резьбы (разрушения) силовых шпилек (болтов) в процессе монтажа ГБЦ различны двигателей при соблюдении рекомендованных моментов затяжки. Количеств двигателей, требующих восстановления PC после срыва резьбы (разрушения), составило около 20% от общего количества отремонтированных двигателей за год.

г,кн

Рисунок 5 -Трехмерный график распределения величины Р

(°-83) (0.81) (0.80) (0.76W \(0.76) (0.73)/ (0 79) (Q 7S)

15 11 7 3 2 6 10 14

Рисунок 6 - Оттиск ГБЦ 1 (затяжка ГРС с рекомендованным моментом 80 Нм, в скобках значения М0Тв / МЗАВ)

\г 4' 'ж Ы

• 100 Нм .. - 92 Нм "''" 73 Нм ' i 13 75 HM >

ч '

> ¿Ф — .................,. , ,

16 * 1

93 Нм

9 17

85 Im 1Ö2H^ 91 Нм

119Нм1Э 108 Ш,И 100Н^ 83 Нм3 2g3H.. 1(> . 14-,

Ым- , 83Нм "-mim 96Hm 1779hm

v V, 11 v ;>.1

Рисунок 7 - Оттиск ГБЦ 1 (сборка ГРС по разработанной методике)

На основе этих данных было определено, что при годовой программе ремонта предприятия 600 единиц двигателей ожидаемый годовой экономический эффект за счет снижения трудозатрат на восстановление сорванной резьбы в отверстии блока цилиндров (на примере двигателя ЗИЛ 130) составляет порядка 190000 руб., за счет снижения трудозатрат на замену сорванных шпилек ГБЦ (на примере двигателя ГАЗ 33021) порядка 65000 руб. в ценах 2014 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Низкая надежность Г*РС отремонтированных узлов машин обусловлена низкой точностью (+25..38%) и, следовательно, неравномерностью затяжки в процессе сборки по причине изменения состояния резьбовых соединений при эксплуатации. Для точной и равномерной затяжки ГРС необходимо учитывать фактические состояния резьбовых соединений.

2. Получены функциональные зависимости (8-10) для определения момента затяжки, исходя из условия сохранения прочности болта или плотности стыка деталей, позволяющие учесть фактическое состояние резьбового соединения (косвенно учесть коэффициенты трения в резьбовом соединении без установления их численных значений).

3. На основе контроля силы затяжки через отношение моментов отвинчивания и завинчивания разработана методика сборки ГРС ремонтируемых узлов машин, позволяющая учесть фактические состояния резьбовых соединений. Данная методика сборки ГРС позволяет производить более точную и равномерную затяжку, что подтверждено экспериментально.

4. Экспериментально установлено и оценено влияние состояния резьбового соединения на точность контроля силы затяжки по моменту. В зависимости от состояния резьбового соединения при одинаковом моменте силы затяжки значительно отличаются друг от друга. Разница между максимально созданной силой затяжки и минимальной составила 6.5 кН, что равно 27% от максимального значения. В результате воздействия коррозии на резьбовые поверхности сила затяжки уменьшилась на 23% при одинаковом моменте и виде смазочного материала.

5. Экспериментально установлено, что точность обеспечения силы затяжки при контроле через отношение моментов отвинчивания и завинчивания составляет ±5%, что минимум в 5 раз выше точности стандартного контроля силы затяжки по моменту и отвечает требованиям сборки ответственных соединений ремонтируемых узлов.

6. Оценка экономической эффективности показала, что при годовой программе ремонта предприятия 600 единиц двигателей ожидаемый годовой экономический эффект за счет снижения трудозатрат на восстановление сорванной резьбы в отверстии блока цилиндров (на примере двигателя ЗИЛ 130) при монтаже ГБЦ составляет

порядка 190000 руб., за счет снижения трудозатрат на замену сорванных шпилек ГБ (на примере двигателя ГАЗ 33021) порядка 65000 руб. в ценах 2014 года.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Соловьев, В. Л. Повышение точности контроля усилия затяжки при сборк групповых резьбовых соединений // ВесгаикСиБАДИ.-2013.-№3 (31).-С. 67-70.

2. Корнилович, С. А. Пути обеспечение плотности стыка резьбовых соединени при производстве, техническом обслуживании и ремонте малп сельскохозяйственного назначения / С. А. Корнилович, В. Л. Соловьев / / Омсю научный вестник.-2013.-№1(117).-С. 68-71.

3. Соловьев, В. Л. Повышение равномерности затяжки групповых резьбовь: соединений при сборке узлов летательных аппаратов // Электронный журнал «Трудь МАИ». - 2013. - № 70. [Электронный ресурс]. - Режим доступа http://wwwjnai.ru/science/trudy/published.php?ro=44504 (дата обращения: 30.11.2013).

4. Соловьев, В. Л. Точность затяжки резьбовых соединений / В. Л. Соловьев, С А. Корнилович // Сельский механизатор. - 2013. -№ 7. - С. 38-39.

5. Соловьев, В. Л. Пути повышения точности и равномерности затяжк групповых резьбовых соединений при сборке ремонтируемых узлов маши сельскохозяйственного назначения И Вестник СиБАДИ. - 2014. - (в печати).

Публикации в других изданиях:

6. Соловьев, В. Л. Обеспечение точности и равномерности затяжки групповы резьбовых соединений при сборке узлов машин сельскохозяйственного назначения условиях ремонта и технического обслуживания // Техника будущего: перспективь развитая сельскохозяйственной техники : материалы международной науч.-пракгич конф. -Краснодар: КубГАУ, 2013. - С. 196-198.

7. Соловьев, В. Л. Особенности технологии сборки узлов при ремонте маши сельскохозяйственного назначения / В. Л. Соловьев, С. А. Корнилович // Вестни* ОмГАУ. - 2012.—№ 4 (8). - С. 111-115.

8. Соловьев, В. Л. Повышение точности и равномерности затяжки групповы резьбовых соединений в условиях эксплуатации техники различного назначения / Омский регион - месторождение возможностей : материалы IV Регион, молодеж науч.-практич. конф. [Электронный ресурс]. - Омск : ОмГТУ, 2013. - (CD-ROM)

Подписано в печать 28.10.2014 Формат 60x84/16 Бумага офсетная П.л. — 1,0 Способ печати - оперативный Тираж 100

Издательско-полиграфический центр ОмГМА 644050, г. Омск, пр. Мира, 30, тел. 60-59-08