автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Оценка уровня надежности шасси трактора ДТ-175С в условиях Нижнего Поволжья

' РГ6 од

градский сельскохозяйственный институт

ОЦЕНКА УРОВНЯ НАДЕЖНОСТИ ШАССИ ТРАКТОРА ДТ-175С В УСЛОВИЯХ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Специальность 05.20.03 — Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

СЕРГЕЕВ Александр Павлович

УДК 631.3.04

Волгоград 1993

Работа выполнена на кафедре «Тракторы, автомобили и теплотехника» Волгоградского сельскохозяйственного института.

Научный руководитель — кандидат технических наук, профессор Федякин В. И.

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор Григоренхо Л. В.; кандидат технических наук, старший научный сотрудник Попов Г. Г.

Ведущая организация — Дубовское рсмонтно-техническое предпрця-

К 120.56.02 по присуждению ученой степени кандидата технических наук при Волгоградском сельскохозяйственном институте по адресу: 400041, Волгоград, ул. Институтская, 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского сельскохозяйственного института.

Автореферат разослан «__» _ 1993 г.

в

тис.

специализированного совета

1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, профессор ФЕДЯКИН В. И.

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Одним из основных свойств, характеризующих качество современной сельскохозяйственной техники, является ее надежность - способность выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в пределах, оговоренных техническими условиями,в течение требуемой наработки.

Надежность как комплексное свойство изделия закладывается в процессе проектирования и производства и реализуется при эксплуатации и ремонте. Поэтому оценка уровня надежности тракторов в условиях реальной эксплуатации и сопоставление его с возможным уровнем, сформированным производством, приобретает важное значение как в плане оптимального использования ресурса машинр, так и в плане разработки мероприятии конструкторского, технологического и ремонтного характера, позволяющих в значительной степени повысить показатели надежности, учитывая конкретные материально-технические возможности специализированного ремонтного предприятия, колхоза, совхоза или фермерского хозяйства. В конечном итоге именно условия эксплуатации и ремонта являются теми решающими факторами, которые обеспечивают соответствие реального уровня надежности заложенному.

Только в Волгоградской области находится в эксплуатации более 5 тысяч тракторов марки "Волгарь", нагрузка на них увеличивается, причем отмечается тенденция повышения использования их в зимнее время (до 60%). При этом большинство сельскохозяйственных работ в настоящее время выполняется тракторами старше 2-3 лет, что связано с тем, что ни колхозы, ни тем более фермеры из-задо-рогОвизны не в состоянии покупать новые тракторы.

Чтобы поддерживать этот огромный парк машин в работоспособном состоянии, необходимо четкое и детальное знание "бальных" мест трактора и, естественно, не менее четкое представление о путях и направлениях "лечения" этих болезней, т.к. оперативный прогноз неисправностей и поломок позволяет не только видеть перспективу эффективного использования трактора, но и делать это экономически целесообразным.

Никакая математическая модель не может учесть всего многообразия случайных и не случайных факторов, действующих на машину в процессе эксплуатации, поэтому и завод-изготовитель (ВгТЗ) и ре-

- г -

монтные предпрйятия, занимающиеся восстановлением тракторов "Волгарь" с большим интересом и вниманием принимают любые данные по надежности, полученные не в лабораториях, не при ускоренных испытаниях, а в реальных условиях эксплуатации, заключая многочисленные договоры с научно-исследовательскими и учебными институтами на проведение работ по этой тематике. Возможные ошибки при получении этих данных вполне перекрываются их объемом.

Важность таких исследований заключается также в том, что они позволяют не только выявить общие показатели надежности, но и решать конкретные практические задачи применительно к данной климатической зоне, данному региону с их инженерно-техническими, механизаторскими и ремонтными кадрами и материально-технической базой. Даже в двух соседних районах, находящихся в одной климатической зоче, данные, характеризующие надежность тракторов, в значительной степени отличаются друг от друга, что требует соответствующей корректировки и методов ремонта, и заявок на запасные части, и организационных мероприятий по техническому обслуживанию.

В Волгоградском сельскохозяйственном институте проводятся многолетние исследования надежности тракторов ПО "Волгоградский тракторный завод" имени Ф. Э. Дзержинского, настоящая работа посвящена оценке уровня надежности шасси трактора "Волгарь".

Цель и задачи исследования. Целью исследования явилась оценка фактического уровня надежности шасси трактора ДТ-175С в условиях Нижнего Поволжья.

В соответствии с поставленной целью предусмотрено решение следующих задач:

1.Разработать и теоретически обосновать математические модели для оценки технического состояния, надежности и функционирования шасси трактора ДТ-175С.

2.Экспериментально (в лабораторных и полевых условиях) определить нагруженность деталей шасси трактора ДТ-175С.

3.Выявить динамику, интенсивность и характер изнашивания деталей шасси в зависимости от наработки трактора.

4.Дать оценку показателям надежности, полученным расчетным путем.

5. Разработать мероприятия конструкторского, технологического, эксплуатационного и ремонтного характера, повышающие надеж-

ность шасси.

Объект исследования. В качестве объекта исследования взят гусеничный сельскохозяйственный трактор ДТ-175С "Волгарь" ПО "Волгоградский тракторный завод им.Ф.Э.Дзержинского".

Методика исследования. Для решения поставленных задач были разработаны общая и частные методики исследования. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и полевых условиях и предполагали:

- определение наиболее нагруженных узлов и деталей шасси на специально оборудованном лабораторном тракторе;

- оценку фактического уровня надежности деталей, узлов и ' шасси трактора в целом в рядовой эксплуатации в хозяйствах Волгоградской области.

Обработка полученных экспериментальных данных производилась по существующим и специальным методикам на ЭВМ с использованием теорий вероятностей, математической статистики и массового обслуживания .

• Научная новизна. На основе теории графов разработаны математические модели, характеризующие техническое состояние, надежность и эффективность использования шасси трактора ДТ-175С. Выявлены динамика, характер и интенсивность изнашивания основных деталей шассси трактора в реальных условиях эксплуатации. Расчетным и экспериментальным путем получены показатели безотказности, ремонтопригодности и долговечности шасси. Определены теоретические законы распределения этих показателей.

Новизна конструктивных решений подтверждена авторским свидетельством на изобретение.

Практическая ценность. На основании результатов проведенных исследований разработаны рекомендации конструкторского, технологического, ремонтного и эксплуатационного характера, позволяющие повысить надежность и эффективность использования трактора ДТ-175С.

Реализация результатов исследования. Результаты исследований внедрены ГСКБ ВгТЗ, в Октябрьском районном предприятии по материально-техническому снабжению, Фроловском районном агропромышленном объединении и Черноярском государственно-кооперативном объединении "Агропромсервиз", материалы исследований используются в учебных целях на факультете механизации сельского хозяйства в темах, посвященных эксплуатации, надежности и ремонту сельскохо-

зяйственной техники.

Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и одобрены на научных конференциях: кафедр тракторов и автомобилей селькозвузов Предуральн и Поволжья по вопросам теории и эксплуатации тракторов и автомобилей (Чебоксары, 1976г.), кафедр тракторов и автомобилей сельхозвузов Поволжья й Нредурадья по вопросам теории и эксплуатации тракторов, автомобилей и автотракторных двигателей (Кострома,1977г.), Всесоюзной научно-технической конференции ВАСХНИЛ по проблемме "Земледельческая механика и лрограмирование урожая"(Волгоград,1990г.), Всесоюзном ^ научно-техиическом совещании "Совершенствование эксплуатации, технического обслуживания и ремонта техники на основе стандгфтизации в области технической диагностики и прогрессивных , форм эксплуатации, технического обслуживания и ремонта"(Н.Новгород, 1991г.), научно-технической конференции ВНШТИМЭСХ (Зерног-рад,1991г.), научной конференции "Совершенствование научного обеспечения и подготовки кадров для агропромышленного производства Волгоградской области" ( Волгоград,1993г.), научно-техническом совещании ГСКВ ВгТЗ (1987-1991гг.), Волгоградском агропроме и научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава. Волгоградского сельхозинститута (1981-1993гг.),

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, включал авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения шести глав, выводов и предложений, списка литературы, включаощего 130 наименований. Работа изложена на 178 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц и 75 рисунков.

СОДЕИ&ЛНКЕ РАБОТЫ Во введении показана актуальность, новизна, практическая значимость выполненой работы и сформулированы положения, выносимые на защиту. I

В первой главе "Обзор литературы и постановка задач исследования" проведен обзор литературы, дан краткий анализ научно-исс-15 ледовательских работ по оценке надежности сельскохозяйственной техники, содержится обоснование актуальности темы. На основании обзора литературы сформулированы цель и задачи исследования. На защиту по специальности 05.20.03 выносятся следующие основные научные положения:

- математические модели для оценки технического состояния, надежности и функционирования шасси трактора;

- закономерности изнашивания деталей шасси трактора ДТ-175С в .зависимости от наработки;

- комплексная оценка надежности по коэффициенту готовности, полученному расчетным путем.

Бо второй главе " Объект исследования, методика проведения экспериментов и обработки опытных данных" изложены программы исследований в лабораторно-полевых условиях и при сборе информации по надежности тракторов с применением теории планирования эксперимента. Дана характеристика объекта исследования - трактора ДТ-175С, определены измеряемые параметры и подобрана измерительная и регистрирующая аппаратура.

Для проведения первого этапа экспериментального исследования - определения нагруженности деталей шасси трактора ДТ-175С - были разработаны и изготовлены необходимые тензометрические детали и узлы трактора, с помощью которых в полевых условиях был проведен весь комплекс исследований по определению динамической нагруженности и надежности шасси трактора: тензопальцы, тензоцапфы, тензоступицы, тензотрак для семипроушенной серийной гусеницы, буксометр, путеизмерительное колесо и др.

Для регистрации всех параметров применялась измерительная аппаратура с питанием от аккумуляторных батарей: два светолучевых осциллографа Н-700, десятиканальный тензометрический усилитель "Топаз-1", блок усилительный суммирующий "БУС-68". Измерительная аппаратура была размещена в кабине трактора, а осциллографы в специальном затемненном контейнере, расположенном над топливным баком трактора. Все регистрирующие приборы были установлены на амортизаторах, а осциллографы оснащены дистанционным управлением, что позволяло, при необходимости, управлять всем процессом записи одному водителю-оператору.

С целью получения необходимых исходных характеристик были проведены лабораторные исследования и тарировки отдельных узлов и деталей.

По результатам первого этапа экспериментального исследования были определены наиболее нагруженные узлы и детали шасси трактора ДТ-175С. Согласно поставленным задачам, вторым этапом исследования было определение сроков службы деталей, интенсивность их изнашивания, обоснование предельных размеров некоторых деталей.

- б -

Интенсивное изнашивание, аварийные износы, поломки деталей являются наиболее частыми причинами отказа заднего моста и ходовой части трактора ДТ-175С. В связи со сложностью процессов, протекающих при работе энергонасыщенных тракторов и приводящих к отказу узлов и деталей, а также большой сложностью воссоздания данных ситуаций при проведении ускоренных испытаний, за исходный метод для получения первичной информации об отказах тракторов и их узлов были приняты наблюдения за работой партии тракторов ДТ-175С

в условиях рядовой эксплуатации в районах Волгоградской области.

*

В соответствии с целью и задачами исследования и учитывая, что сельскохозяйственные тракторы являются восстанавливаемыми и имеют длительный срок службы, был выбран усеченный план наблюдений, при котором под наблюдением находилось, N тракторов, наблюдения велись в течение времени Т, отказавшие тракторы восстанавливались, вышедшие из строя детали и узлы ремонтировались или заменялись новыми. Под наблюдение было взято 29 тракторов ДТ-175С.Совхозы, в которых работали наблюдаемые тракторы, расположены в характерных для Нижнего Поволжья почвенноклиматических условиях. Основной работой,выполняемой этими гусеничными тракторами являлась пахота. Эту агротехническую операцию можно считать создающей максимальную эксплуатационную нагрузку как по характеру, так и по уровню загрузки трактора.

Указанные совхозы и колхозы имеют современную ремонтную базу, мобильные средства технического обслуживания, квалифицированные механизаторские кадры и обладают достаточно высоким уровнем использования машинно-тракторного парка со строгим соблюдением правил технической эксплуатации тракторов и своевременным проведением технического обслуживания.

Основным методом получения первичной информации об отказах тракторов и их узлов явились наблюдения за их работой в условиях эксплуатации. С целью повышения достоверности результатов и поступающей первичной информации были предъявлены следующие требования:

- наличие полных сведений об объекте исследования и условиях его эксплуатации;

- объективность, документальность и квалифицированность сведений;

- дискретность сведений, т.е. наличие сведений по отдельным признакам;

- своевременность и непрерывность сведений с учетом изменений в конструкции трактора ДТ-175С.

Работа по сбору материала включала:

- паспортизацию и первичную техническую экспертизу тракторов,' взятых под наблюдение;

- систематическое обобщение результатов наблюдений:

- периодическую проверку технического состояния тракторов;

- учет затрат на ремонты и техническое обслуживание;

- сбор выбракованных деталей с аварийными поломками и износа-ми, их микрометражные измерения и фотографирование:

- микрометражные измерения деталей ходовой системы и трансмиссии.

При сборке и обработке информации были приняты некоторые допущения :

- восстановление работоспособности отдельных деталей и узлов трактора, выполняемое в соответствии с правилами технического обслуживания, не являлось отказом;

- одновременная регулировка, замена детали, проводимая с целью восстановления работоспособности узла, регистрировалась как один отказ;

■ - учитывались только оперативные затраты труда и денежных средств, непосредственно связанные с устранением отказов и проведением технического обслуживания.

Собранная информация систематизировалась, сводилась в таблицы, которые подвергались математической обработке, на основании чего определялись фактические показатели надежности.

В третьей главе "Теоретические предпосылки оценки надежности трактора" рассмотрена возможность применения теории графов, хорошо известной в массовом обслуживании, для оценки технического состояния, надежности и эффективности использования трактора.

Теоретически обоснованы три вероятностные модели для оценки надежности: для двух состояний (работоспособного-неработоспособного); для трех состояний (работоспособного-неисправного-неработоспособного); для п состояний, когда определяется обобщающий показатель надежности машины по известным показателям надежности отдельных узлов. При составлении модели сделаны следующие допущения:

- всякий раз трактор переходит из одного состояния в другое с постоянными параметрами (конечно,в реальны» условиях параметры

меняются и, как показали наши исследования, значительно, поскольку меняется и сам характер возникающих отказов и, тем более, их частота и тяжесть. Меняется и физический смысл понятия "работоспособное состояние", т.к. работоспособное состояние после первого ремонта, естественно, не соответствует работоспособному состоянию после третьего ремонта, поскольку ресурс большинства деталей значительно исчерпан);

- маловероятен факт возникновения двух и более отказов одновременно, т.е. 'потоки отказов и неисправностей и потоки их устранения являются ординарными.

Рассмотрим модель оценки надежности с учетом неисправностей критического характера (вторая модель). Физическая картина функционирования трактора ь этом случае представляется следующим образом.

Любой отказ, включая внезапный, является, как правило, следствием накопления неисправностей, приводящих к потере работоспособности машины, (рис.1).

То

Тн

1 11 г I 1 1 II 11111 1 1 п 1 ,

12 3 4 5 к к+1 1 2 3 4 5 к к+1

Рис.1.

где 1,2,3.....к - неисправности; 1,П,....п - отказы; Т0 - наработка на отказ; Тн - наработка на неисправность.

С достаточной точностью можно предположить,что поток отказо! (точки 1,П,..п) цолучается путем разрежения простейшего потокг неисправностей (каждая к+1 неисправность есть отказ). Тогда полученный поток есть поток Эрланга к-го порядка.

Для аналиаа влияния неисправностей критического характера нг работоспособность трактора в первую модель введено состояние хг, названное нами неисправное предотказовое. Вводя это состояние, мь отдаем отчет в том, что:

- это состояние, как правило, выражено неявно (т.е. его можнс зафиксировать только при проведении технических обслуживании I ремонтов, а также проводя специальные наблюдения);

- часть' неисправностей, обнаружение которых связано с необходимостью разборки узлов и агрегатов, даже ведя тщательно отработанные наблюдения, будут заведомо пропущены;

- не исключена вероятность того,что трактор будет находиться одновременно в работоспособном, но неисправном состоянии;

- возможна, хотя и маловероятна, эксплуатация трактора, находящегося в неработоспособном состоянии, т.е. с отказами, связанными, например, с потерей мощности, повышенным (форсированным) износом деталей, со значительными (сверх допустимых по техническим условиям) изменениями эксплуатационных по;са?ателей;

- невозможна числовая оценка некоторых параметров потока не. исправностей и потока их устранения;

- нецелесообразно учитывать весь поток неисправностей трактора, хотя оценка только тех неисправностей, которые напрямую приводят к отказу, снижают достоверность эксперимента за счет тех неисправностей, которые влияют на возникновение отказа косвенно (например, неверное натяжение гусеницы).

Учитывая приведенные рассуждения, указанный граф состояний будет иметь вид.

[

Рис.2.Граф состояний трактора в процессе эксплуатации (с учетом возникающих неисправностей).

Данный граф состояний представляет собой физическую модель функционирования системы (трактора), где о>о - параметр потока неисправностей; м-2 - параметр потока, устранения неисправностей; мг'- параметр, потока отказов; щ - параметр потога восстановлений.

Трактор может находиться в трех возможных состояниях: Хо - работоспособном; Хх - неработоспособном; Хг - предотказовом.

Из работоспособного состояния Хо под воздействием потока неисправностей с параметром мо система переходит в состояние Х2 накопления неисправностей; часть неисправностей (видимых или обнаруженных при техническом обслуживании и ремонте) устраняется и тогда система переходит снова в работоспособное состояние, другая часть (не обнаруженных) продолжает накапливаться, приводя к отказу и переходу из состояния Хг в неработоспособное состояние Х1, из которого под ремонтным воздействием с параметром восстановления щ переходит в работоспособное состояние Хо- После чего циклы повторяются.

Приняв ранее обоснованные допущения, запишем систему диффе-

И1

Хо

(00 Д2

(02

ренциальных уравнений для данного графа состояний: \ dPo(t)

---uoPo(t)+M.iPi(t)+n2P2(t);

dt ■dPi(t)

--u2P2(t)-mPi(t);

dt dP2(t)

-- UoPo(t)-U2P2(t)"U2P2(t);

dt

Po(t)+Pl(t)+P2(t) - 1,

где P0(t), Pi(t), P2(t) - вероятности пребывания машины соответс-' твенно в работоспособном, неработоспособном и предоткаэовом состояниях.

Решая полученную систему с учетом начальных ■ условий Po(t-0)-l, получаем для нестационарного коэффициента готовности

Kr(t) - P0(t) - Cier Чс2ег Ч (k/n) ,

г2(1- ri(l-

где Са--*-; С2-----;

Г1" г2 Г1- г2

Г1. 2-; o(W0+P.2+W2+M-l)± ¿(Р-2-M-l) (ЦТЫй) ;

к м-1 (ш2+д2)

П Д1 P-l)

Так как при установившемся режиме эксплуатации too- 1/TU; ы2-1/То; p.i-l/TB; (12-1 /Ту„, где Т0, Ти, Ть, Тун - соответственно средняя наработка на отказ, средняя наработка на неисправность, среднее время устранения отказа, среднее время устранения неисправности, то при t-» <*> имеем для стационарного коэффициента готовности

Тн(Тун+Т0)

Кг--

ТьТун+ТоТун+ТнТун+ТцТо

Полученная зависимость позволяет учесть влияние . возникающих и накапливающихся неисправностей на коэффициент готовности трактора.

Математическая обработка экспериментальных данных показала, что распределение значений стационарного коэффициента готовности (рис.3) хорошо согласуется с экспоненциальным законом с параметрами Ад - 1,08 и Лп - 1,25- соответственно для тракторов, находящихся на доремонтной и послеремонтной гарантиях,и нормальному закону распределения с параметрами а н- 0,93, С н- 0,03 и ап- 0,85, (0 п- 0.09 (где а н , а а ' математические ожидания коэффициентов готовности новых и отремонтированных тракторов; б" ц, (э п~ соот-* ветственно их средние квадратические отклонения) для тракторов, находящихся в рядовой эксплуатации. Г (Кг)

0,40

0,20

Рис.3.Дифференциальные функции коэффициента готовности Г(Кг) Соответствие распределений коэффициента готовности экспоненциальному и нормальному законам логически вытекает из того положения, что наработка до отказа и на отказ в период гарантийного срока связана с потоком внезапных от1сааов, представляющим ординарный пуассоновский поток, и подчиняется экспоненциальному закону. После выработки гарантийного ресурса роль внезапных отказов в значительной степени уменьшается, а постепенных (износных), напротив, увеличивается, что вполне согласуется с нашими данными о довольно строгом (в большинстве случаев с вероятностью более 0,80 по критерию согласия академика Колмогорова) подчинении распределений износов основных деталей шасси трактора нормальному закону. Графическая интерпретация коэффициента готовности (рис.3)

(КГ)-1,С )8е-1.0ВКг ГЛ

( :5е-1.25Кг

J Г (Кг)-4,3,с н У ^(Кг)-13 Зе 0,0013

0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 Кг

показывает, что кривая Гаусса, характеризующая плотность вероятности коэффициента готовности отремонтированного трактора, сдвинута по оси абсцисс влево относительно аналогичной кривой, характеризующей плотность вероятности коэффициента готовности нового трактора, что, по-видимому, связано с уменьшением наработки'на отказ и повышением "тяжести" отказов тракторов, прошедших капитальный ремонт (экбпериментальные данные, полученные нами, также свидетельствуют об этом).

Воспользовавшись известными зависимостями теории вероятностей и найдя процент тракторов, коэффициент готовности которых больше среднего коэффициента готовности новых тракторов (на рис.3 заштрихованная площадка), установили, что только 9 7. отремонтированных тр£1Ктороъ имеют коэффициент готовности более 0,93, что свидетельствует о резервах повышения надежности за счет мероприятий эксплуатационного и ремонтного характера (проведения качественных и в полном объеме технических обслуживаний, применения современных методов восстановления деталей и контроля, максимального использования их ресурсов).

Кг

0,95

0.90

0.85

Рис.4.Изменение коэффициента готовности в процессе эксплуатации Анализ динаимики изменения стационарного коэффициента готовности (рис.4) с течением времени показывает, что он убывает по

экспоненте Кг - ао + boe'^0"*- (ао-0,82; bo-0,18; Ko-0,002j, принимая значение 0,94 при наработке 200м-ч и 0,84 при наработке ЮООм-ч ..

' При этом установлено, что с увеличением наработки среднее квадратическое отклонение коэффициента готовности уменьшается с 0,081 до 0,015, а коэффициент вариации с 0,95 до 0,21. Ооа параметра также изменяются по экспоненциальному закону, матеиатичес-

р

кая зависимость которого приведена выше (СХ6-0,0Н; • () „-0,076; К6-0,0135 - значения коэффициентов для среднего квадратического отклонения; a v-0; 6 v-l,418; Kv-0,002 - для коэффициента вариации). Это, с одной стороны.согласуется с теоретическими р; осуждениями о стабилизации коэффициента готовности ь процессе пкенлул тгщии, а с другой, свидетельствует DiTom, что нестационарный К" эффициент готовности "не так быстро", как это вытекает из теоретических предпосылок, превращается в стационарный, что вероятнее всего связано с нестационарностью параметров потока отказов w и потока восстановлений ц..

На наш взгляд, именно вариация параметров потока отказов и и потока восстановлений )л вполне объясняет "теоретический парадокс" постоянства коэффициента готовности в начале и конце эксплуатации, как вероятности пребывания машины в работоспособном состоянии в любой произвольно выбранный промежуток времени.

Действительно,.согласно ГОСТу 27.002-89 стационарный коэффициент готовности определяется через среднюю наработку на отказ и среднее время его устранения, т.е. он не зависит от времени 'эксплуатации. Но элементарная логика подсказывает, а практика (рис.4) подтверждает, что вероятности застать машину в работоспособном состоянии в начале и в конце эксплуатации никак не могут быть одинаковыми, т.е. и, ц. * const.

В четвертой главе "Динамика и характер изнашивания основных деталей шасси трактора" представлены данные по величине, характеру и интенсивности изнашивания основных деталей шасси : шкивов планетарного и остановочного тормоза, вала заднего моста, шестерни ведущей, крышки люка регулировки тормозов, поддерживающего ролика, колеса ведущего, катка опорного, колеса направляющего, цапфы. На рис.5,6 показана динамика изнашивания перечисленных деталей, а в таблице 1 - их реальная скорость изнашивания и расчетный ресурс.

н 1

I ! 1 ) ——■ 1 2

! —— [ 3

1 \ \ 4 | б

2500 3000 3500 4000 4500

¡"йс. 5.Динамика изнашивания деталей: вал заднего моста 1- ^ 2,8. 2- Вв-2,8; шестерня ведущая 3- 5-51, 4- 0-70; 5- 0-75.

2500 3000 3500 4000 4500 • 1.,м Рис.6.Динамика изнашивания деталей: 1-цапфа 0-70; 2-крышк. люка Н-19,5; 3-шайба В-7,0; 4-шкив планетарного тормоза 0-340 5-шкив остановочного тормоза 0-340; 6-колесо направляющее 0-601

ТаблиЦа I.1

Реальная скорость изнашивания деталей трансмиссии, ходокоД системы и их расчетная долгоаечтэст!»

Наименование детали V Расчетный ресурс, м-ч

мм/м-ч Тр I Ттах | Тгсйп

1 Вал заднего моста Износ шлицев по толщине В 0,81- Ю-4 1,10-Ю-4 3209,9 2331,5 4333,4 ! 2246,9 1 3188,0 I 1653,0

2 Шкив планетарного тормоза Износ наружного диаметра обода 2,64-Ю-4 4166,6 5624,9 | 3333,2

3 Шкив остановочного тормоза Износ наружного диаметра ооода 4,89-Ю"'1 2249,5 3036,8 1574,7

4 Крышка люка регулировки тормоза Износ ширины паза 1,53-Ю-4 7843,0 10588,0 5490,0 ■ -

5 Шестерня ведущая Длина общей нормали Диаметр ь:иа Д-70 Диаметр вала Д-75 0,57-10~4 4,98-10 ° 4,87-10 ь 5368,4 2008,0 2053,3 7247,4 2710,м 2771-, 9 3757,9 1405,0 -1437' з

6 Колесо направляющее Износ колеса по ширине Износ наружного диаметра обода 1,36-Ю"3 6,01-10"4 7352,9 2495,8 9926,4 3369,3 1 5147.П | ! 7-17, 1

7 Бандаж резиновый Износ наружного диаметра Износ бандажа по ширине ! 1,54-10"3 1,75-10~3 3246,8 4000,0 4383,2 5400,0 2272,8 2800,0 3692,5

8 Каток опорный Износ наружного диаметра 2,18-Ю"3 5275,0 7121,3

9 Колесо ведущее 1,99-Ю"3 2964,8 4002,Ь 2075,4

10 Цапфа ' Износ наружного диаметра 2,08-Ю-4 6153,8 8307,6 1 1 4307,7

11 Шайба Износ толщины кольца , 2,17-10"4 10138 13686,3 1 7096,6

В пятой главе " Анализ надежности шасси трактора в условиях пксплуатавди" дается оценка уровня надежности шасси трактора. Результаты наблюдений свидетельствуют о том, что на надежности трактора г- целом в большей мере сказывается низкая надежность (по количеству отказов) шасси -43,5%.. Построение специальных диаграмм ¡¡лрето полналило выявить наиболее "слабые" (в отношении надежности) детали шасси и установить, что полученные данные вполне согласуются с данными об их износах и нагруженности.

Анализ розпикающих в процессе эксплуатации отказов покапывает, что большинство из них' являются ресурсными (93%), причем X относятся к эксплуатационным, 3 % - к технологическим (про-ипиадстрстшм) и менее 1 % к конструктивным. Как правило, отказы ■•шляются заносимыми (97 %) и явными. (93 X). Деградационные отказы мь; практически не наблюдали (0,7 %). Внезапные отказы в подконт-ролъной группе тракторов не были зафиксированы, что, по всей видимости, было обусловлено нашими жесткими требованиями в отношении соблюдения норм и регламента технических обслуживаний.

0f>pa6oTiia экспериментальных данных показала, что распределение наработки трактора до первого отказа шасси достаточно строго (с вероятностью 0,32...0,46) аппроксимируется экспоненциальным законом распределения с параметром - (0,42...0,84) Ю-3 ¡/«¡.те. Г'ксяонсннкальный закон распределения получен нами и для наработок на отказ,

Ил риг.7 представлены функции вероятности безотказной ра->ч.■ г:,i и "'глаза при среднем времени эксплуатации 2200 м-ч. Обраща-'•т на о.-.о,; внимание резкое падение вероятности безотказной работы ■ ¡рч/.тичеок;.; i;,cex систем трактора ДТ--175С с самого начала эксплуа-

ТЛЦИИ.

Установлено, что распределение времени устранения отказа подчиниo'l'i:>i нормальному закону с параметрами а -1,16ч, 6 -0,81ч ("при коэффициенте вариации и- 0,186.. .0,292). Выявлена тенденция увеличения коэффициента вариации -до 0,363 при оценке времени устранения отказов, возникших при наработке 1500 моточасов.

Долговечность большинства деталей шасси трактора подчиняется распределению Вейбулла-Гнеденко с параметрами: Ь-1,94...3,14; л-2270. . . В943;.(-ч. ; v-0.349. . .0,537 (таб.лица2). !

Сроднее квалратическое отклонение долговечности деталей находится р. пределах 721...3305 м-ч., а математическое ожидание

Таблица 2. •

Распределение долговечности основных деталей шасси трактора ДТ-175С

Налуенавание деталей Интегральная функция Дифференциальная функция

1 Кол eco капpar-лякео F(t)-l-exp [-(t/2622)2-22] í(t)- &-10"4(t/2522)1-.z2exp í-(t/2822)2-22]

2 Ванда* резиновый F(t,)-l-exp [-(t/3633)3'06] í (t)- 8-10"4(t/3533^2'05exp t-(t/363333-°5]

3 Каток спорный F(t)-l-cxp C-(t/59üí)3' i4] f(t)- 5-10~4(t/5901)2'14exp [-(t/5901)5' 14]

4 Колесо Есдутэе F(t)-l-exp [-(i/3326)2'S5] f(t)- S • 30~4(t/3326)1' 96exp [-(t/3325)2-95]

5 Цапфа F(t)-l-exp [-(t/6543)1'S4] f(t)- 3-10"4(t/e943)°'94exp [-(t/6943)1'54]

6 Бал заднего моста F(t)-l-exp [-(t/3509)2-72] f(t)- 8-10~4(t/3509)1'72exp [-(t/3509)2'72)

7 Шкив тор.сза планет. F(t)-l-exp [-(t/4708)2'30] í(t)- 5-:0"4(t/4708)1'3°exp [-(t/4708)2'30]

8 ШКИВ ТС'РМЭга ОСТЗН05 F(t)-l-exp ■[- (i/2524)2' 55] f (t)-l,l'10"4(t/2524)1' ssexp [- (t/2524)2- S£j

9 Шестерня еедущая по' длине юрмзяк ПО SH?.v;ipy- 7CV.V. no i,i'.av-?:py 7cмм . F í t)~1- ex p [-(t/6045)1•53] f (t)-3,3• 1СГ 4 (t/6D45) 38exp [- (t/6245)1' se3

F(t)-l:exp (-(i/2270)'•24] f (t > 1 • 10~4 (t /2270)1 • 24exp [- (1/2273)2- 24 j

F(t)-l-e/.p í-(t/CíSó)3''j2l Г(t >1.4• í0~^ít/2296)2' 12e:--p [- tt/SSS3;3- ÍZ1

2010...6154 м-ч.

Обращает внимание низкая долговечность таких деталей, как шкив остановочного тормоза, ведущая шестерня (по диаметрам 70 и 75 мм), направляющее колесо и ведущее колесо (соответственно 2250, 2010, 2053, 2496, 2965 м-ч.), т.е. указанные детали по дол-

Рис. 7. Вероятность безотказной работы Р(и у, функция распределения Г(и. говечности не укладываются даже в межремонтный ресурс, хотя в

данном случае речь идет о новых, а не восстановленных деталях.

Не могут удовлетворить эксплуатационников и самые "долговечные" детали: цапфа (6154 м-ч.), каток опорный (5275 м-ч.)и шкив планетарного тормоза (4167 м-ч.), поскольку по расчетам конструк-

торов тракторного завода эти детали должны служить более 8...10тыс. моточасов.

Явно конструктивно не доработана ( в смысле ремонтопригодности) деталь шестерня ведущая: по длине общей нормали ее доре-монтный ресурс составляет 5368 м-ч., по диаметру 70мм - 2010 м-ч. Таким образом, восстановив шестерню по диаметру 70 мм до номи-нальнолго размера и оставив' ее не восстановленной по длине общей нормали (остаточный ресурс еще достаточно велик), производство рискует оказаться перед дилеммой - производить или не производить незапланированный ремонт. Именно по этой причине даже при1'-текущем ремонте , связанном с восстановлением деталей заднего моста и конечной передачи, шестерню ведущую выбраковывают при достижении ею предельных состояний по любой изнашиваемой поверхности, хотя по другим поверхностям ресурс использован всего на 30...40%.

В шестой главе "Экономическая эффективность повышения надежности шасси трактора" приведена методика расчета экономической эффективности от внедрения конструкторских, технологических, эксплуатационных и ремонтных мероприятий, повышающих и оптимизирующих надежность шасси тракторов.

Экономический эффект от внедрения мероприятий составил: конструкторских - 8047, ремонтных - 1232, повышения надежности - 53080руб (в ценах 1991года).

Общие выводы

1.Теоретически и экспериментально подтверждена возможность использования теории графов для оценки технического состояния, надежности и эффективности использования шасси тракторов.

2.Разработана и опробирована математическая модель оценки надежности шасси трактора, учитывающая неисправности критического характера. , '

3.Установлена взаимосвязь между динамической нагруженностью деталей шасси при выполнении трактором различных сельскохозяйственных работ и показателями долговечности этих деталей.

4.Выявлены закономерности изнашивания и характер износа основных деталей шасси, влияющих на его надежность. Интенсивность изнашивания составила: для шкива остановочного тормоза V - 4,89 Ю-4- мм/м-ч.; шкива планетарного тормоза V - 2,64 10~4 мм/м-ч.; колеса направляющего (по ширине) - 1,36 10~3 мм/м-ч.; катка опорного (по наружному диаметру) - 2,18 10~3 мм/м-ч.;

шестерни ведущей-(по длине общей нормали) 0,57 10~4 мм/м-ч.;(по диаметру 70) 4,98 10~б мм/м-ч.;(по диаметру 75) 4,87 10~бмм/м-ч.

5.Определены численные характеристики показателей безотказности, ремонтопригодности и долговечности шасси: параметр потока отказов w -0,002 , параметр потока восстановления ц-О.И, средняя наработка на отказ То-400м-ч , среднее время устранения отказа Тв- 88м-ч , коэффициент готовности Кг - 0,78-0,95.

6. Получены аналитические зависимости для законов распределения основных показателей надежности на различных стадиях "жизнедеятельности" трактора (с оценкой согласия* по критериям Пирсона и Колмогорова) и дана их графическая интерпретация в виде интегральных и дифференциальных функций.

7.Теоретически обоснована физическая сущность нестационарности коэффициента готовности шасси трактора ДТ-175С. Установлено, что математическое ожидание коэффициента готовности составляет а -0,94...0,84 среднее квадратическое отклонение б -0,081..0,015, коэффициент вариации и -0,95...0,21, (соответственно для нового и отремонтированного трактора),! причем! наблюдается тенденция уменьшения коэффициента вариации с 0,95 п£>и наработке 200м-ч, до 0,21 при наработке 1000м-ч. , |

8.Результаты исследований позволили разработать практические рекомендации для ремонтного производства: j

- определить и расширить номенклатуру|и объем восстанавливав-' мых деталей шасси за счет ремонта необоснованно бракуемых деталей; | j

- уточнить маршрутную технологию восстановления деталей с учетом величины и характера изнашивания их .различных поверхностей;

- оптимизировать загрузку ремонтно-технологического оборудования и норму запасных частей; !

- выявить техническое состояние ремонтного фонда и степень его использования при сборке; ! :

- дать оценку ремонтопригодности деталей, узлов и агрегатов тракторов, прибывших на ремонт, и! качеству восстановления деталей в условиях специализированного ремонтного предприятия;

- предложить ряд технологий! (включая восстановление методом приварки лентой), показавших высокую эффективность на других ремонтных предприятиях. ;

10.Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемых мероприятий составил - 62359 руб. . !

- 21 -

Основние положения диссертации опубликованы в следующих работал:

1.Сергеев Л.П. Исследование "лияния перемещения центра масс трактора ДТ-175С на эксплуатационные показатели ходовой системы// Сб.науч. трудов ВСХИ. - Волгоград,1977.

2.Сергеев А.П. Распределение нормальных реакций ночки по опорной поверхности гусеничного движителя трактора ДТ-17ЪС // Материалы науч. конф. молодых ученых,- Волгоград,1978.

3.Сергеев A.II. К вопросу о распределении веса гусеничного трактора по опорной поверхности ходового ал парата//Сб.науч.трудов ГСХИ,- Горький,1978.

4. Сергеев Л.II. Исследование . положения центра тяжести на динамическую нагруженность ходовой системы трактора ДТ-175С //Сб.науч.трудов ВСХИ.- Волгоград, 1980.

5.Никитин Л.Я., Сергеев А.П., Шевчук В.П. и др. Разработка рекомендаций по дальнейшему повышению технико-эксплуатационных качеств трактора ДТ-175С //Отчет ВСХИ,Гос. регистр.N641523511, Волгорад,1977.- 176с.

6.Сергеев А.П. Исследование влияния положения центра тяжести гусеничного трактора класса 30 кН с механической и гидромеханической трансмиссиями на тягово-динамические свойства ходовой системы в условиях рядовой эксплуатации //Отчет ВСХИ,Рос.регистр. N 76056158,инв-N Б 843013, Волгоград,1980.- 105с.

7.Никитин А.Я.,Каргин В.К..Березовой С.Г., Сергеев А.П. Тяговое устройство. Авт. свид. N 895732, опубликовано 07.01.82i'. Ёюл. N 1.

8.Кузнецов Н.Г., Жутов А.Г., Сергеев А.П.и др. Обследование и определение технического состояния тракторов ДТ-75 и ДТ-7;>У, поступивших в первый капитальный ремонт// • Отчет ВгТУ, инь.

N Г-346812, Волгоград,1985.

Э.Кузнецов Н.Г.,Жутов А.Г.,Сергеев А.П. Исследование надежности тракторов ДТ-175С и ДТ-75Н, эксплуатирующихся в хозяйствах Волгоградской области//Отчет ВгТЗ,1988. - 165с.

10,Сергеев А.П..Федякин В.И. Анализ надежности тракторов ДТ-175С в рядовой эксплуатации//Материалы Всесоюзной научно-технической конференции,- Волгоград,1990.

П.Сергеев A.II.,Федякин В.И. Долговечность деталей трансмиссии и ходовой системы трактора ДТ-175С // Бюллетень ВНИАЛМИ.-

1990.- N61.-С.

12.Сергеев А.П., Федякин В.И. Надежность трактора ДТ-175С.// Бюллетень ВНИАЛМИ.- 1990,- N61,- С.

13.Сергеев А.П., Федякин В.И., Парамонов О.В. Управление надежностью машин //Тезисы докладов•Всесоюзного научно-технического совещания ВНИИ00Т.- Н.Новгород,1991.

14.Федякин В.И..Антонов В.В..Сергеев А.П. Контроль надежности деталей сельскохозяйственных машин по количественным признакам// Методические указания.- Волгоград,1991.-8с

15.Федякин В.И..Сергеев А.П.и др. Использование распределения Пуассона для оценки надежности машин и оборудования//Методические указания,- Волгоград,1991.-7с

16.Федякин В.И.,Антонов В.В..Сергеев А.П. Построение диаграмм Парето для оценки надежности машин// Методические указания.- Волгоград, 1992.

17.Сергеев А.П., Антонов В.В. Результаты исследования фактического уровня надежности трактора ДТ-175С // Сб.науч.трудов ВСХИ,- Волгоград,1991.

18.Сергеев А.П., Святин В.А. Динамика изнашивания деталей шасси трактора ДТ-175С. // Сб. науч.трудов ВСХИ.- Волгоград,1991.

19.Сергеев А.П..ФедякинВ.И. Комплексная оценка надежности тракторов ДТ-175С // Сб.науч.трудов/ Волгогр.с.-х. ин-т.1992.