автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Повышение надежности редукторов мотор-колес автомобилей БелАЗ в условиях эксплуатации

Государственный комитет Росийской Федерации по высшему образованию

СИБИРСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ имени В.В. КУЙБЫШЕВА

?Гб од

2 3 ШОП $97 На правах рукописи

Власов Юрий Алексеевич

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РЕДУКТОРОВ МОТОР-КОЛЕС АВТОМОБИЛЕЙ БЕЛАЗ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Омск-1997

Работа выполнена в Томской Государственной архитектурно -строительной академии на кафедре "Автомобили и тракторы" и в Томском политехническом университете на кафедре прикладной механики.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

Беляев А.Е. кандидат технических наук, доцент Тищенко Н.Т.

Официальные опоненты: доктор технических'наук, профессор

Тарасов В.Н. кандидат технических наук, доцент Морозов С.А.

Ведущая организация: Минэнерго РФ,Государственное предприятие "ВАХРУШЕВУГОЛЬ", Киселевская автобаза

Защита состоится " " ¿-/у^у^-? 199£? г. в _час.

на. заседании диссертационного совета К 063.26.03 в Сибирском автомобильно-дорожном институте по адресу: 644080, г. Омск, пр. Мира 5, зал заседаний

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке института.

Автореферат разослан"^/ " ^¿¡Л 199^г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук Мальцева Н.А.

Подписано в печать /Р. /£,96. Уч.-изд. л. - 1,15. Тираж - 1а Участок оперативной полиграфии ТГАСА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение надежности автомобилей, совершенствование их конструкции и улучшение их использования в реальных условиях эксплуатации является большой народохозяйственной задччей.

Большой вклад в решение проблемы надежности внесли работы ученых: Г. В. Крамаренко, Е.С. Кузнецова, Г.М. Напольского, Г.Я. ймпольского, Ф. 11. Авдонькина, Л. В. Мирошникова, М. А. Григорьева, С. В." Венцеля, А. И. Соколова. Я. Б. Шор. У. А. Икрамова и других.

Решение проблемы надежности распространяется в первую очередь на автомобильный транспорт, эксплуатационная надежность которого в настоящее время еще недостаточно высока. Практика показывает. что ресурс силовых агрегатов автомобилей зачастую реализуется не более, чем на 50% в связи с отсутствием эффективных методов оценки и контроля надежности агрегатов, позволяющих выявить и устранить их неисправности на стадии возникновения. Анализ прогрессивных методов по исследования надежности показал, что для оценки надежности машин и механизмов наиболее эффективным является метод на базе информации, заключенной в работающем масле. Наибольшее применение этот метод получил для оценки состояния системы ЛВС-масло, меньшее для оценки состояния системы агрегат транс-мягски-масло. Недостаточная изученность возможностей этого метода не позволяет использовать его с той же целью для системы "бортовой редуктор мотор-колеса - масло". Этому также препятствует отсутствие математических моделей, описывающих механизм изменения надежности редукторов мотор - колес автомобилей БелАЗ особо большой грузоподъемности. Разработка моделей по параметрам работающего масла с использованием вероятностных методов расчета позволила бы дать научно обоснованную оценку надежности редукторов мотор-колес и разработать пути ее повышения в эксплуатации. Тема выполненной работы непосредственно входит в комплексную программу "Диагностирование карьерных автомобилей грузоподъемностью 75т и более" и "Разработка методов диагностирования агрегатов трансмиссии внедорожных авт^амссвалов по параметра:/, работающего масла".

Целью работы является повышение эксплуатационной надежности агрегатов трансмиссии автомобилей БелАЗ ocoov большой грузоподь-емн":;ти за счет комплекса диагностических мероприятий, прогнози-

розания остаточного ресурса по параметрам работающего масла, а также добавления противоизносных присадок к смазочному маслу.

Научная новизна работы состоит в том. что на базе информации, заключенной в работающем масле редукторов мотор-колес (РМК) автомобилей БелАЗ:

- исследованы закономерности процессов изнашивания трущихся деталей и старения масла;

- в результате выполненных теоретических исследований разработаны математические модели изнашивания деталей РМК, как функции от различных факторов с использованием корреляционно-регрессионного анализа;

- на основании изучения закономерностей осадкообразования в системе смазки РНК предложены формулы для расчета показателей этого процесса, что позволит повысить достоверность оценки износа деталей;

- выполнена оценка показателей надежности РМК автомобилей БелАЗ грузоподъемностью 75т и более в реальных условиях эксплуатации.

Практическая ценность работы заключается в разработке методов контроля и управления надежностью системы РМК-масло автомобилей БелАЗ особо большой грузоподъемности, позволяющих диагностировать техническое состояние элементов системы и прогнозировать их ресурс. С этой целью обоснован выбор и предложен ряд диагностических параметров работающего масла, а также прибор для измерения угловых зазоров. Кроме этого, определены противоизносные свойства добавляемой присадки Тарант" е масло, которая позволяет повысить надежность РМК в эксплуатации.

Реализация работы. В результате выполненной работы разработаны и внедрены:

- диагностика редукторов мотор-колес автомобилей семейства БелдЗ в Киселевской автобазе Госпредприятия "ЕАХРУШЕВУГОЛЬ";

- рекомендации по повышению надежности, бортовых редукторов в автобазе "Бачатская" концерна "КУЗБАССРАЗРЕЗУГОЛЬ";

- технология добавления присадки Тарант" в работающее масло Г!"' .-п-томобилей • БелАЗ эксплуатирующихся в угольных разрезах Кузбасса.

Апробация работы. Основные результаты доложены и обсуждены на Ш-ей Всесоюзной научно-технической конференции, г. Улан-Удэ (1992 г.), на научно-технической конференции Тольятинского политехнического института (1992 г.), на научно-технической конференции Томской .Государственной архитектурно-строительной академии (1995 г., 1996 г.), на заседании технического совета автобазы "Краснобродская". г.Бедово, Кузбасс (1995г.), на международной научно-технической конференции Сибирского автомобильно-дорожного института (1996 г.), на П-ой Областной конференции Томского политехнического университета (1996 г.). Кроме того материалы диссертации обсуждались на научно-методических семинарах кафедр "Прикладная механика" Томского политехнического института (1990 г.), "Автомобили и тракторы" Томской Государственной архитектурно-строительной академии (1996 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ и 3 отчета о научно-исследовательских работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти- глав, заключения, списка литературы, приложения и изложена на 150 страницах, из которых 137 страниц текста. Диссертация содержит 28 рисунков. 22 таблицы и список литературы из 130 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель .работы, новизна и практическая ценность.

В первой главе проведен обзор опубликованных работ, проанализировано состояние и развитие теоретических и экспериментальных методов исследования надежности механических передач, определен предмет и поставлены цель и задачи исследований.

Вопросами повышения надежности агрегатов трансмиссии большегрузных автомобилей занимаются высшие учебные (МАЛИ, ХАДИ, КАДИ, ЕПК и др.) и научно-исследовательские (НИИАТ, НАМИ и др.) заведения. а также автозаводы (БелАЗ, МАЗ, КрАЗ, ГАЗ, ЗиЛ и др.). Однако установлено, что потенциальная надежность агрегатов трансмиссии аптомооилей, галогенная при их производстве, в условиях экс-

плуатацин реализуется далеко не полностью. В частности, фактическая наработка на отказ новых механических передач в среднем в 2 раза ниже нормативной. Изучение надежности, согласно литературному обзору, ведется по нескольким основным направлениям (по динамической нагруженное™ в зоне контакта, по абразивности окружающей среды, по качественным характеристикам масла и др.), что приводит к расхождению выбора причин снижения долговечности и безотказности. Такие расхождения, на наш взгляд,. связаны с отсутствием комплексного подхода к изучению объекта исследования как системы агрегат-масло, когда изменение технического состояния агрегата нельзя рассматривать отдельно от изменения качественных свойств масла. Подобный подход в настоящее время широко применяется для транспортных двигателей и менее- для агрегатов трансмиссии автомобилей с целью диагностирования их технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса. В то же время применить его в существующем виде для РМК автомобилей семейства БелАЗ грузоподъемностью 75т и более не представляется возможным без проведения специальных исследований, что обусловлено отличительными особенностями функционирования системы РМК-масло.

Для' реализации вышеуказанной цели в настоящей работе определены следующие задачи:

. 1. Провести комплексные теоретические -и экспериментальные исследования надежности механической передачи РМК автомобилей БелАЗ особо большой грузоподъемности на базе информации,носителем и источником которой служит смазочное масло.

2. Изучить закономерности процессов изнашивания трущихся деталей и осадкообразования продуктов износа в системе смазки, оказывающих влияние на надежность РМК.

■ 3. Выполнить математическое моделирование процессов изнашивания трущихся деталей РМК.

4. Исследовать изменение профилей зубьев механической передачи при абразивном изнашивании с добавлением присадок в масло.

5. Изучить закономерности процессов срабатывания присадок в парах трения РМК.

6. Разработать "потему комплексного диагностирования технического состояния РМК и состояния работающего масла.

7. Выполнить расчеты по прогнозированию остаточного ресурса основных трущихся деталей РМК.

Во второй главе проведен теоретический анализ основных фак-торор влияющих-на надежность бортовых редукторов мотор-колес.

Для реализации системного подхода составлена структурная модель процессов изнашивания, характеризуемая входными параметрами X -внешние условия (качество сборки, режимы эксплуатации, качество ТО, природно-климатические условия и др.), внутренние условия работы (динамические, прочностные характеристики, приобретенные свойства работающего масла и др.), а также выходные ¡¡ара-метры у -интенсивность изнашивания деталей РМК.

У=/(Х*,Х2,...ХЛ П)

Так как РМК является агрегатом с замкнутой системой смазки, то такой подход удобно оценивать параметрами работающего масла (ПРМ). Под ПРМ в работе понимался такой его показатель, который характеризует либо одно из исходных свойств масла (вязкость, водородный показатель, щелочное число и др.). либо одно из приобретенных им новых состояний (концентрация продуктов износа, загрязнения. наличие воды и др.).

С целью определения закономерности процесса изнашивания определялся вид износа. Известно, что основным компонентом дорожной пыли является кварц Зг^72'(65... 95%), который характеризуется в зазорах трущихся сопряжений с твердостью Н условным напряжением разрушению 6^ , размером $ и глубиной внедрения Я . Для оценки преобладающих процессов деформаций, была использована сферическая модель

(Ш тах = иш,

где ГД//?) -безразмерная характеристика определяемая критериями перехода от упругой деформации к пластической и к микрорезанию.

Выло сделано предположение, что износ поверхностей деталей РМК происходит в большей степени из-за повторны:»' пластических деформаций с объемным оттеснением металла.

Изменение геометрических размеров приводит, соответственно, к увеличению динампче-;:-:;:/ нагрузок, вызываемых ростом угловых и радиальных зазоров (дУ ; в зубчаты/ и галицевых передачах РНК.

С учетом исходных свойств масла (принимаем вязкость структурная модель изнашивания (1) примет конкретный вид

(3)

гдeGpie- Gsi -масса снятого металла и абразивного загрязнения, г.

Для оценки износа деталей РМК за показатель целевой функции продуктов износа принимаем интенсивность поступления металла в работающее масло

U г -. dGMe (г/км) (4)

е,к'~Л—

где d-QMe -изменение поступления металла в масло за пробег dt .

В развернутом виде интенсивность поступления г-го элемента индикатора износа в конкретных условиях эксплуатации можно описать дискретной математической моделью выраженной полиномом

Ufii=a .-CS* (W

(5)

+ ат_1<АЯ>Г1..льг\[р+ ol0>

где Csi -концентрация кремния в работающем масле, г/т или %:

д <р -величина суммарного углового зазора в РМК. град.;

-кинематическая вязкость масла при температуре t, сСт;

da, Q-n-1, •■■ ü.m, CLrn-i , •■• ö-p, Q-p-i ,

Ol0 -размерные коэффициенты уравнения регрессии.

. В РНК, не имеющего принудительной системы очистки масла, в процессе его эксплуатации, часть продуктов износа выпадает в осадок. При этом, форма его корпуса и расположение сливного патрубка образуют "мертвое" пространство, что не позволяет произвести полный слив отработанного масла при его замене во время технического обслуживания.

Учитывая недостатки конструкции корпуса РМК, определение массы осадка продуктов износа и загрязнения в системе смазки РМК ( Qör. ) расчитывалось по Формуле

Ьос1 = - , (6)

где (эс${ -масса продуктов загрязнения в свежем промывочном масле, г; -масса продуктов загрязнения в промывочном масле, о'тоб-раном через 0.5 часа работы РМК, г. Для учета продуктов износа выпавших в осадок РМК, введен, коэффициент осадкообразования . который представляет отношение количества металла выпавшего в осадок Вос[ . к количеству металла, циркулирующего с маслом на данный момент времени .т.е.

(7,

Ьт

Сущность диагностирования системы РМК-масло по ПРМ базировалась на взаимодействии между состоянием механизма ( Сд ) и состоянием масла ( Рм), смазывающего этот механизм. При этом, изменения диагностического параметра от нарушения технического технического состояния должно быть значительно больше, чем изменение его от срока службы масла, т.е. Сд »См- В качестве предельного значения параметра масла механических передач принято резкое его изменение, которое имеет место с появлением неисправности. Расчет номинальных, допустимых и предельных значений диагностических параметров РМК основывается на определении числовых характеристик распределения того или иного параметра масла. При этом номинальное значение параметра ( Сиам. ) принималось равным модальному значению ( М ), а допустимое и предельное значение определялись по Формулам

(8)

С пред.- М± 5 б. О)

где (з -среднеквадратичное отклонение параметра, определенное для группы технически исправных РМК.

' В этом случае значение диагностического параметра С аоп. определялось с доверительной вероятностью 0,95, а значение ¿/^-0,75

Следует учитывать, что допустимая масса kCßcn) 1 ~го элемента в масляной системе, определяемая из (8), должна быть эквивалентной массе снятого металла с поверхности деталей, при которой наступает отказ

ßßon.i = I AVgon.i-^- К с- К и, (10)

г

где ort-, -предельный объем снятого металла, м ;

1 f -удельная масса металла (сплава), кг/м3;

Кс -коэффициент, определяющий доли /-го элемента в химическом составе детали; К у -коэффициент, определяющий износ от других однотипных деталей поступающих в работающее масло.

Исходя из уравнений (5), (9) к (10) решая относительно зависимости (4) определяем остаточный ресурс РМК

1скт.р. = - t0 , (Ш

UG{

где f! 0 -пробег РМК на момент начала наблюдений, км.

В третьей главе рассмотрены методологические вопросы экспериментальных исследований. Они включали в себя: выбор, в качестве объектов исследования, бортовых редукторов'мотор-колес автосамосвалов БелАЗ-7519,-75211 и их модификаций; выбор показателей оценки технического состояния РМК, свойств и состояний работающего масла; разработку технических средств для проведения эксперимента. включающую прибор люфтомер J1-PMK-1; план проведения эксплуатационных испытаний, предусматривающий определение количества автомобилей в группах, количество проб, отбираемых с одного агрегата и периодичность их отборов; вопросы обеспечения точности и достоверности получение: результатов. Кроме того в главе подробно

рассмотрена методика проведения стендовых испытаний: обоснование выбора экспериментального стенда с замкнутым силовым контуром и его описание: выбор нагрузки и смазки; измерение износа зубьев шестерен.

В третьей главе также рассмотрен вопрос о целесообразности применения ультродисперсной противоизносной присадки "Гарант" к смазочному маслу, добавляемому в механические передачи с тяжелыми условиями работы.

Оценка процесса изнашивания механических передач выполнена с применением метода эмиссионного спектрального анализа масла. Процесс накопления продуктов износа в масле выражен универсальным уравнением баланса

0 = 9 м + О У + & ОС , (12)

где Ь -общее количество металла, снятого с трушихся поверхностей; -количество металла, циркулирующего с работающим маслом; -количество металла, потерянного с утечками; £ос -количество металла, выпавшего в осадок. В развернутом виде уравнение баланса для -го элемента имеет следующий вид

(у{ = М± + у с1±си, аса. аос, <13)

100 1 2 КО ^ № «ОС

где 6{ -масса г-го элемента-индикатора износа, поступающая в систему смазки за определенный пробег автомобиля, г;

6к -масса масла на момент отбора пробы, г;

0,1-1 -масса масла на момент предыдущего отбора пробы, г;

-концентрация элемента-индикатора в масле на момент отбора пробы, % ;

1 -концентрация элемента-индикатора в пробе масла предыдущего отбора, % ;

-коэффициент, показывающий какая часть продуктов износа уносится с утечками;

-коэффициент осадкообразования, определяем:-.;!"! экспериментально.

По балансу поступления продуктов износа определена масса снятого металла, которая использовалась в дальнейших расчетах (рис. 1).

G -г

Gnpeij.

ijtjon.

т л т 1 1

/

/ / / / /

""" о -^

3

О

ег "Л г

, км

Рис.1. Схема механизма износа с применением уравнения баланса: 1-участок приработки; П-область возможной оценки износа; II1-участок повышенного или аварийного износа; 1-количество металла, циркулирующего с работающим мае* лом; 2-ко.пичество металла, выпавшего в осадок; 3-ко-личество металла, потерянного с утечкам;;.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований надежности РМК в условиях эксплуатации.

В процессе эксплуатационных исследований было установлено, что значительная часть РМК имела неудовлетворительное техническое состояние, обусловленное неработоспособными сапунами, манжетами и уплотнениями. Содержание Si в таких РМК в 2,69 раза выше, чем в РМК с удовлетворительной герметичностью {С (Si)"0,032/ ). В связи с этим эксплуатационные испытания проводились в двух качественных уровнях контроля технического состояния РМК: 1-ый уровень -рядовая эксплуатация РМК без замены масла и промывки редуктора; П-ой уровень -эксплуатация.с промывкой РМК, работой на свежем масле и полным перечнем работ по ТО и TP согласно инструкции по эксплуа-

рцни.

В результате обработки экспериментальных данных, полученных о группе автомобилей, построены дискретные математические модели знашивания "критических" деталей РМК автомобилей БелАЗ, работаю-их в условиях угольных карьеров Кузбасса. В частности, для деталей, элементом-индикатором износа которых служит железо, получены ледующие модели: 1-ый уровень

и1е= 0,038 т.+ 0,388 (а сР)- ^ 01, (14)

це ГПг;- -содержание кремния в масле, г/т;

Д -величина суммарных угловых зазоров, град. • II-ой уровень

Uje - о, ОМ msi - Об (л '' ■ •;

Для сепараторов подшипников сателлитов при Ii-уровне эксплу-?ации

U0ü = о, 0003msi 4 0,05(л Ю-- i. (16)

• Интерпретация вышеуказанных моделей показала, что преобладало влияние на снижение интенсивности изнашивания деталей оказы-ют II-ой уровень эксплуатации. Существенное влияние на интен-SBHocTb изнашивания РМК оказывает содержание кремния в масле и ■ммарный угловой зазор. Суммарный угловой зазор формируется за :ет выбора всех зазоров в шлицевых и зубчатых зацеплениях, при 'Окручивании торсионного вала люфтомером Л-РМК-1. Вязкость, отделяющая исходные свойства масла, в нашем случае, оказалась значима, т.к. мало влияет на процесс изнашивания и была исклю-на из математических моделей (14), (15) и (16).

В результате эксплуатационных испытаний было установлено пропорциональное поступление элементов износа и загрязнения.

Поэтому, при оценке влияния кремния на износ, были определены общие закономерности для бортовых редукторов, представленные математическими моделями

С1е * 332^- е0, 4 /• 4 6848 ;

ССи, Ш,?6-ё2''9С% 0,08-^4 212; т) С0и . 215-ёЬ''Сти 0,025-С7в / -/72,8,

где Суе , Оси -концентрация У-е , Си , в работающем масле, г/т.

Экспоненциальная часть модели характеризует область нормального износа, линейная -область повышенного или аварийного износа.

Установлено, что в осадках РМК доля продуктов неорганического происхождения находится в пределах 5,.6... 22,6%, а доля загрязнений, удаляемая при смене масла из РМК. составляет 87%. Эмиссионный спектральный анализ проб осадка показал, что его химический состав в среднем на 84% состоит из элементов износа и 16%- дорожной пыли. Коэффициент осадкообразования изменяется в довольно широких пределах: для сталей- 0,03...О,645, для цветных металлов -О, 04... О, 56, для элементов дорожной пыли- 0, 07. .. О, 645.

В результате корреляционного анализа установлена связь между коэффициентом осадкообразования элементов и их концентрацией в Масле, аппроксимирующаяся экспоненциальным уравнением (рис.2), что позволило выполнить расчет наработки на отказ без разборки РМК.

• В пятой главе разработаны пути повышения надежности редукторов мотор-колес и эффективности использования работающего масла. Основными путями повышения надежности в условиях ДТП являются диагностирование и прогнозирование остаточного ресурса редукторов, снижение загрязненности и контроль качества работающего масла, а также использование противоизносных присадок в масле.

В процессе эксплуатационных испытаний РМК %т\ определит браковочные показатели работающего масла, при достижении которы>

0,6 0.4 0.2

О 2

6 Сге- Ю.^г10гЛ)0 6 12 18 34 СщЛО, г/т

12 ^■•102^10г/т-,0 2 4 6 8 ^п>С^10г/т

I__■___•--♦---1-а

О 10 20 30 40 ¿^.10, г/т

Рис.2.

Аппроксимирующие зависимости коэффициента осадкообразования от концентрации химических элементов в работающем масле РМК ВелАЗ-7519: 1- железо; 2- кремний; 3- алюминий; 4- хром; 5- медь; 6- олово; 7- свинец; 8- никель.

происходит увеличение интенсивности изнашивания деталей редукторов. Результаты расчетов номинальных и предельно-допустимых значений для диагностирования системы РЖ-масло, выполненных в соответствии с формулами (8) и (9), представлены в таблицах 1 и 2. Достоверность результатов диагностирования базируется на сравнении результатов спектрального анализа с результатами метода взвешивания деталей ( расчет выполнен для автомобильного компрессора) или с результатами уменьшения объема деталей ( расчет выполнен для шестеренчатого редуктора с использованием метода слепков ).

Систематическая ошибка спектрального анализа масла (Д ) определялась по формуле

4- в ел (в*.) - Вэевм

где 6 ус дм

100

/о >

(18)

количество продуктов износа определенное методом слепков (взвешивания) и методом спектрального анализа масла.

Величина систематических ошибок составила 15%, что соответствует достоверности диагностирования 85%.

Таблица 1.

Физико-химические параметры контроля системы РМК-масло

• Параметры диагностики М-14В2 ТАЛ-15В

номинальное предельное номиналь ное предельное

Кинематическая вязкость масла при 100°С, сСт 14.0 более 24,0 менее 9,0 14,5 18,2

Содержание негорючих примесей в масле, % 2.13 4,8 0.4 1,4

Водородный показатель • 4.1 9,15 5,5 8,0

Зольность масла. % 2.0 3.8 0,8 2,6

Наличие воды *) отс. следы отс. следы

Температура вспышки масла °С 170 150...130 180 140

Диспергирующие свойства масла, балл 0.87 0.72 0.85 0,7

*) Наличие воды определяется качественно по потрескиванию или расплескиванию масла, нагретого до температуры 100... 105сС.

Таблица 2.

Диагностические параметры спектрального анализа работающего масла М-14В2

Параметры номинальное предельное

железо 13,73 35. 0

Скорость поступления элементов износа в масло, медь 0,64 1, 55

хром 0,40 1, 60

г/104км никель 0, 34 1, 03

свинец 0,29 1, 12

железо 2000 5700

хром 20 180

Концентрация элементов износа и дорожной пыли в масле, г/т никель 60 280

медь 215 480

свинец 20 125

олово ■ 3,3 66

алюминий 160 1090

кремний 870 2300

Таблица 3.

Результаты прогнозирования остаточного ресурса РМК при различных уровнях эксплуатации

Уровень эксплуатации Кол. РМК Средняя наработка на момент прогнозирования тыс. км Средняя интенсивность износа гРе/10 км Остаточный ресурс до 10-процентного износа зубьев шестерен, тыс. км

до допустимой массы снятого металла до предельной массы снятого металла

1-ый 8 60,0 14,5 20,0 54,0

II-ой 8 7,5 90,0 130,0

Рис. 3. Результаты прогнозирования остаточного ресурса РМК по потерянной массе

На базе установленных закономерностей интенсивности изнашивания спрогнозирован остаточный ресурс зубчатой цилиндрической передачи РМК. Этот расчет выполнен с учетом соотношений поступления химических элементов износа в масляную систему бортовых редукторов от трущихся деталей. В качестве критерия принято относительное уменьшение толщины зубьев шестерен на 10? по делительной окружности. Из таблицы 3 и рисунка 3 видно, что при 1-ом уровне эксплуатации средний прогнозируемый ресурс до предельной массы снятого металла составляет 114 тыс. км. Такой ресурс соответствует теоретическому допустимому ресурсу. Наглядно, полученные результаты можно выразить формулой

Ер - впРеЯ. _ 165- _ //4 . М*КМ (19)

Ухур.

РЯ? б пред. -предельная масса железа в масле РНК, при которой возможен отказ, г;

^/ул ~ннтекс11вность изнашивания при 1-ом уровне эксплуатации, г/10*км.

При П-ом уровне эксплуатации ресурс в среднем возрастает в 1,6 раза. На рисунке 3 показано графическое изображение результатов прогнозирование остаточного ресурса РНК по потерянной массе.

Экспериментальные исследования позволили предложить диагностирование общего технического состояния механической части бортового редуктора по замерам суммарных угловых люфтов в зазорах соединений. По замерам суммарных угловых люфтов и люфтов шлицевых соединений были расчитаны предельные нормы,.которые составили: -суммарный угловой люфт- 33 град.; -торсионный вал-солнечная шестерня 1-го ряда- 5 град.; -водило 1-го ряда-солнечная шестерня П-го ряда- 11 град. Экспериментальные исследования позволили произвести оценку влияния медьсодержащей присадки Тарант" на повышение надежности зубчатых передач. Для испытания зубчатых колес была разработана установка с нагружением замкнутого силового контура по способу предложенному проф. Кудрявцевым. Схема установки приведена на рисунке 4.

тродвигатель; 2-нагружающий редуктор; 3-испытуемый редуктор.

При равных условиях нагружения (45 кг), времени испытани (90 .часов), числа циклов нагружения ( 12*106) и других показате лей. испытания проводились в двух уровнях: 1-ый уровень- работ стенда на базовом масле М-14В2, П-ой уровень- работа на базовс масле М-14В2 с добавлением 1% присадки "Гарант" к объему заливае мого в редуктор масла.

Стендовые испытания дали возможность определить показате; изнашивания зубчатых передач и показатели антифрикционных свойст масла, который выражен соотношением между содержанием изношенно1 металла кВ^е ' и содержанием меди в присадке {ври )- Эксплуат? ционные испытания, проведенные на РМК, практически полностью со; падают с результатами стендовых испытаний. При этом наблюдает* следующее равенство между показателями износа и анткфрикционш свойств

Пар. - Л 5пр. _ 2 В пр. _ (Ом е Си д £ (20) А Я Хв '(вне/вси) " ' ' '

где 'А$лр, .19пр -соответственно относительный износ

зубьев и масса снятого металла при работе передачи с присадкой и без нее.

Следовательно, при эксплуатации РМК с присадкой "Гарант" ресурс деталей увеличился в среднем в 1,67 раза.

Годовой экономический эффект от применения присадки "Гарант" (в ценах 1996 года) составил 31,8 млн. рублей на один автомобиль.

Годовой экономический эффект от внедрения диагностирования РМК по параметрам работающего масла (в ценах 1996 года) составил 9,49 млн. рублей на один автомобиль.

Результаты исследований внедрены в автопредприятиях концерна "КУЗВАССРАЗРЕЗУГОЛЬ".

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Произведен выбор показателен надежности бортовых редукторов, в основу которых положена информация, заключенная в пробах работающего масла. Для оценки изнашивания деталей РМК по количественным и качественным показателям, наиболее приемлемым является метод эмиссионного спектрального анализа масла."' В месте с тем, использовалась дополнительная информация о техническом состоянии бортовых редукторов и их масел с применением методов инструментальной и визуальной оценок.

2. В результате выполненных теоретических исследований разработаны математические модели изнашивания деталей РМК как функции от различных факторов с использованием корреляционно-регрессионного анализа.

3. Установлено, что ресурс "критических" деталей в рядовых условиях эксплуатации снижается для солнечной шестерни 1-го ряда в 1,3 раза, для подшипников сателлитов - 1,5 раза. При этом основными причинами отказов являются процессы изнашивания, осадкообразования и усталость металла. Два первых фактора, влияющих на отказы, обусловлены неудовлетворительным техническим состоянием РМК из-за низкого качества их технического обслуживания. Усталость металла обусловлена недостаточной контактной выносливостью зубьев шестерен.

' 4. Выявлены закономерности процесса осадкообразования в системе смазки РМК. На основе этих закономерностей предложены форму-

лы для расчета показателен этого процесса, что позволяет повысить достоверность оценки износа деталей.

5. Выявлена наиболее тесная корреляционная связь между коэффициентом осадкообразования и концентрацией металлов стальных деталей и менее тесная - цветных металлов и элементов дорожной пыли.

6. Разработана методика эксплуатационных испытаний бортовых редукторов по уровням, которая позволяет при равных условиях работы выявить ненадежные элементы (детали) и наметить пути повышения их надежности.

7. Показана возможность диагностики системы РМК-масло с применением метода эмиссионного спектрального анализа масла на фотоэлектрической установке типа Mi'C, а также определены диагностические параметры системы, которые позволяют при выполнении ТО выявлять техническое состояние РМК без его разборки.

8. На основе закономерностей процесса изнашивания определен остаточный ресурс зубьев цилиндрических шестерен РМК. Установлено, чл'о при 1-ом уровне эксплуатации ресурс РМК составляет от 50 до 114 тыс. км. При II-ом уровне эксплуатации ресурс возрастает в 1.5...1.8 раза и соответствует сроку службы зубчатых шестерен РМК по контактным и изгибным напряжениям.

9. В качестве средства повышения надежности РМК, впервые разработан прибор инструментальной диагностики люфтомер J1-PMK-1.

10. Установлены предельные значения угловых люфтов, при достижении которых эксплуатация автомобиля становится не целесообразной из-за аварийного износа зубчатых сопряжений РМК.

11. Впервые разработана методика испытаний присадок к смазочному маслу, реализованная на стенде с замкнутым силовым контуром. Сравнительные испытания присадки "Гарант", позволяют выявить оптимальный антифрикционный показатель, который качественно отражает картину процесса изнашивания зубчатых передач.

12. Установлено благоприятное воздействие присадки "Гарант", добавляемой в масло РМК, на повышение надежности зубчатых тяжело-нагруженных передач. При эксплуатации РМК с присадкой "Гарант" ресурс деталей увеличился в 1,5...1,8 раза.

13. Годовой экономический эффект: от применения присадка "Гарант" составил 31,8 млн. рублей Fia один автомобиль ; от внедрения диагностирования РМК по параметрам работающего масла - Э,4' мл;:, ру .< ;• , э?т г (,. ,. : .л 199fi дзО.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Власов Ю.А., Тищенко Н.Т. Диагностирование редукторов мотор-колес автомобилей БелАЗ с помощью люфтометрии. Томск, гос. архит.-строит, акад.- Томск. 1995,- 9 с. Деи. в ВИНИТИ, N 487-В95.

2. Власов ¡O.A., Тищенко Н.Т. Теоретические исследования надежности системы бортовой редуктор-масло. Томск, гос. архит. -строит. акад.- Томск, 1995,- 13 с. Деп. в ВИНИТИ, N 313-В96.

3. Власов Ю. А. , Аметов В. А., Тищенко Н. Т. Оценка влияния медьсодержащих присадок в работающем масле на повышение работоспособности зубчатых передач.- В сб.: Практическая трибология. Серия международная инженерная энциклопедия. Мировой опыт. 1994. Т. 1 - с. 148.

4. Беляев А.Е. , Власов Ю. А. , Аметов В. А. Выбор параметров рабочей жидкости для диагностирования гидросистем карьерных самосвалов. - Тезисы докладов III Всесоюзной научно-техн. конф. Улан ■Удо, 1989,- с. 78.

5. Власов Ю. А., Тищенко Н. Т., Аметов В. А. Метод оценки влияния медьсодержащих присадок в работающем масле на повышение работоспособности зубчатых передач. Информ. листок N 43-94. Томск, ЦНТИ, 1994,- 4 с.

6. Власов Ю.А., Тищенко Н.Т.. Аметов В.А. Оценка работоспособности редукторов мотор-колес автомобилей БелАЗ методом люфто-четрии. Информ. листок N 42-94. Томск, ЦНТИ, 1994,- 5 с.

7. Власов Ю.А., Тищенко Н.Т., Аметов В.А. Оценка работоспособности редукторов мотор-колес автомобилей БелАЗ по предельным шнцентрациям металла в масле. Информ. листок N 91-94. Томск, Д1ТИ, 1994,- 4 с.

8. Тищенко Н.Т., Власов Ю.А. Исследование редукторов мо-■ор-колес автомобилей БелАЗ с целью повышения их работоспособнос-'и. -Тезисы докладов научн.-технич. конф. Томск, гос. ар-;ит. -строит, акад. -Томск, 1995,- с. 4.

9. Тищенко Н.Т., Власов Ю.А., Домрачев В.Г. Исследование из-ашивания редукторов мотор-колес автомобилей БелАЗ.- Тезисы док-адов научн. -технич. конф. Томск, гос. архит.-строит, акад.-омск. 1995. - с. 14.

10. Власов Ю.А. Повышение надежности редукторов электромотор-олес-в эксплуатации,- Тезисы докладов П-ой Областной на-чн.-практич. конф. Томск, политехи, ун-т. -Томск, 1996,- с.83-84.