автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение работоспособности автомобилей путем применения восстановительно-упрочняющих технологий и рациональной структуры ремонта

На правах рукописи

Кокушкин Арсений Борисович

¿Г*

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ АВТОМОБИЛЕЙ

ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНО-УПРОЧНЯЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ И РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ РЕМОНТА ( НА ПРИМЕРЕ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ )

Специальность 05.20.03 - Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов - 1998

Работа выполнена на кафедре "Тракторы и автомобили" Саратовского государственного аграрного университета имени Н.И. Вавилова и на кафедре "Автомобили и автомобильное хозяйство" Саратовского государственного технического университета.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор В.И. Цыпцын

кандидат технических наук, доцент A.C. Денисов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Г.Д. Межецкий

кандидат технических наук, доцент С.П. Чесаков

Ведущая организация:

Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ВИИТиН, г. Тамбов)

Защита диссертации состоится 30 октября 1998 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д-120.72.02 Саратовского государственного аграрного университета имени Н.И. Вавилова по адресу: 410600, г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 325. ,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 29 сентября 1998 г.

Ученый секретарь

диссертационного

совета д.т.н., профессор

Н.П. Волосевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Перспективным направлением в конструировании- мобильной сельскохозяйственной техники является применение в трансмиссии гидромеханических передач (ГМП), гидростатических трансмиссий (ГСТ), гидромуфт. Рост применения гидромеханических передач объясняется целым рядом эксплуатационных преимуществ гидравлических агрегатов перед механической трансмиссией. Следует отметить, что гидромеханические передачи относятся к одним из наименее надежных агрегатов, поэтому вопросы ремонта этих передач являются особенно актуальными. На долю ГМП приходится 26...36% отказов, а наработка на отказ новых ГМП автомобилей составляет 8,4 тыс.км. В настоящее время надежность капитально отремонтированных ГМП значительно уступает надежности новых. Наработка на отказ после капитального ремонта снижается на 30...40%. Значительная доля отказов (до 80%) относится к группе постепенных или профилактируемых. Поэтому технически и экономически целесообразно проводить предупредительные ремонты (ПР) агрегатов и узлов. В этом случае основу структуры эксплуатационно-ремонтного цикла составляют техническое обслуживание (ТО), предупредительные и капитальные (КР) ремонты агрегатов. Поскольку объемы и периодичность ТО уже достаточно полно разработаны, то в настоящей работе основное внимание уделено использованию ПР и КР агрегатов, в частности -ГМП.

Целью работы является повышение эффективности использования автомобилей и другой техники с гидромеханическими коробками передач и снижение затрат на обеспечение их работоспособности путем проведения предупредительных ремонтов.

Объектом исследования являются процессы ремонта и структура эксплуатационно-ремонтного цикла, обеспечивающие повышение надежности ГМП.

Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к решению поставленной задачи - повышению работоспособности агрегатов мобильных сельскохозяйственных и других машин, детали которых связаны более функционально, чем кинематически, 'за счет применения ресурсосберегающих восстановительно-упрочняющих технологий и рациональной структуры ремонта.

Практическая ценность. Использование разработанного метода ремонта гидромеханической передачи снижает затраты на поддержание мобильных машин в технически исправном состоянии не менее, чем на 65,7% по сравнению со сложившимися в настоящее время.

Реализация результатов работы. Отремонтированные на базе Научно-технологического центра "Механик-Т" при Саратовском государственном техническом университете предлагаемым методом гидромеханические передачи и узлы ГМП эксплуатируются на предприятиях Саратовской, Тамбовской и Самарской областей. В муниципальных автотранспортных предприятиях № 1, 2, 3 и 4 г.Саратова используются разработанные методы ремонта и диагностирования гидромеханических передач.

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

1. Функциональное взаимное влияние изменения технического состояния элементов агрегатов.

2. Закономерности изменения давления масла в системе смазки ГМП.

3. Обоснование способа диагностирования технического состояния ГМГ1 по давлению масла в системе смазки.

4. Разработанная периодичность и объем профилактических воздействий за эксплуатационно-ремонтный цикл ГМП.

5. Практические рекомендации по эффективному использованию ресурса ГМП.

Апробация. Основные положения диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены:

■ на научно-технических конференциях и семинарах кафедры "Автомобили и автомобильное хозяйство" Саратовского государственного технического университета в 1996 и 1997 годах;

» ежегодной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников Саратовского государственного агроинженерного университета в 1998 г.;

■ на Международной научно-технической конференции Академии транспорта РФ "Проблемы транспортного строительства и транспорта" в 1997 году.

Публикации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в 4 печатных работах общим объемом 1,2 печатных листа.

Структура и объем работы. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов, списка используемой литературы и приложений, содержит 23 таблицы и 31 иллюстрацию, 5 приложений. Библиография включает в себя 111 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы исследования, излагаются цель, научная новизна и практическая ценность работы,

приводятся выносимые на защиту положения.

В первой главе рассмотрен вопрос изменения технического состояния агрегатов автомобилей, проанализированы основные факторы, влияющие на изменение интенсивности изнашивания их деталей. Проведены оценка степени использования ресурса агрегатов и анализ существующих методов ремонта агрегатов автомобилей и других видов транспорта и машин.

Изучению закономерностей изменения технического состояния различных машин и разработке оптимальных методов поддержания их в исправном состоянии посвящены работы многих отечественных ученых : Ф.Н. Авдонькина, Ю.Н. Артемьева, И.В. Крагельского, Д.Н. Гаркунова, В.И. Казарцева, A.C. Проникова, М.М. Хрущева, Б.П. Загородских, Г.Д. Межецкого, Ф.Э. Рудика, В.М. Михлина, Н.С. Пасечникова, A.A. Сельцера, fvl.A. Григорьева, С.И. Дормене-ва, С.И. Болдина, М.Г. Розеноера, Ф.М. Дубровского, В.Ф. Платонова, B.C. Лукинского, В.И. Цыпцына, В.В. Стрельцова, Ю.Н. Ломоносова и других.

На основании выполненного анализа отечественного и зарубежного опыта в области разработки рациональных методов ремонта агрегатов транспортной техники и машин и в соответствии с поставленной целью работы сформулированы следующие задачи исследования:

1.Провести анализ изменения технического состояния мобильных машин в процессе эксплуатации.

2.Теоретически обосновать рациональную периодичность предупредительных ремонтов гидромеханической передачи и их объем.

3.Провести стендовые испытания экспериментально отремонтированных узлов гидромеханической передачи.

4.Провести эксплуатационные испытания отремонтированных предлагаемым методом гидромеханических передач.

5.Внедрить результаты исследований по повышению работоспособности ГМП и провести их технико-экономическую оценку.

Разработанная схема общей методики исследования приведена на рис. 1. Схема соответствует структуре диссертационной работы.

Во второй главе описана методика экспериментального исследования изменения технического состояния агрегата в процессе эксплуатации и стендовых испытаний, методика измерения износа деталей агрегатов, методика определения предельных значений параметров технического состояния агрегатов.

При сборе статистических данных по надежности и наработке деталей ГМП модели 22.17 определяли наработку до замены деталей, узлов гидромеханической передачи, изменение давления масла в системе смазки ГМП, износ и микрогеометрию деталей ГМП.

Основной целью стендовых испытаний была проверка полученных аналитических закономерностей. Схема разработанного и созданного на кафедре "Автомобили и автомобильное хозяйство" Саратовского государственного технического университета стенда для испытаний большого масляного насоса (БМН) гидромеханической передачи представлена на рис. 2.

В третьей главе рассмотрены основные закономерности изменения технического состояния агрегатов в процессе эксплуатации, влияние уровня технической эксплуатации и технологических факторов на надежность агрегатов. Изложены методы техникой экономического формирования методов ремонта агрегатов автомобиля. Надежность гидромеханической передачи во многом обусловлена техническим состоянием большого масляного насоса.

Повышение работоспособности автомобилей путем применения восстановительно-упрочняющих технологий и рациональной структуры ремонта (на примере гидромеханической передачи)

Цель работы

Повышение эффективности использования автомобилей и другой техники с гидромеханическими коробками передач и снижение затрат на поддержание их работоспособности путем применения предупредительных ремонтов

Задачи исследования

Теоретически Внедрить

Провести обосновать Провести Провести результаты

анализ рациональ- стендовые эксплуата- исследовании

изменения ную перио- испытания ционные по

технического дичность эксперимен- испытания повышению

состояния предупреди- тально отре- отремонти- работо-

агрегатов тельных монтирован- рованных способности

мобильных ремонтов ных узлов предла- ГМП

машин гидро- гидромехани- гаемым и провести

в процессе механической ческой методом их технико-

эксплуатации передачи передачи ГМП экономичес-

и их объем кую оценку

Методы исследований

I I

Теоретические Экспериментальные

| |

,. Результаты исследований

I I

Теоретические Экспериментальные

I |

Внедрение

[

Технико-экономическая

оценка разработки

Рис. 1. Схема общей методики, исследования.

Рис. 2. Схема стенда для обкатки и испытаний большого масляного насоса : 1 - основание ; 2 - резервуар для масла ; 3- дополнительный резервуар; 4 - расходомер; 5 - манометр ; 6- испытуемый насос; 7 - вал привода; 8- опора вала привода; 9- клиноременная передача; 10- блок управления; 11- электродвигатель; 12- маслоприемник с фильтрующим элементом; 13-сливная магистраль; А- кран для заполнения БМН маслом; Б- кран для регулировки давления.

Развиваемое насосом давление и его производительность зависят, в основном, от зазоров между шестернями и корпусом, а за пределами масляного насоса давление масла снижается из-за негерметичности сопряжения ведущего вала, уплотнительных колец и ступицы привода насоса. Опираясь на положения, известные из исследований Ф.Н. Авдонькина, Т.М. Башта и А.С. Денисова,в работе получена зависимость давления масла Р в магистрали от зазоров в этих сопряжениях и наработки 1_ гидромеханической передачи:

Р=Ро'е"ь\ (1)

где Р0'- условная величина при 1=0, так как реально она всегда ог-

раничивается редукционным клапаном; Ь'- показатель, характеризующий интенсивность снижения давления, определяется экспериментально.

На интенсивность изменения технического состояния элементов автомобиля в процессе эксплуатации, кроме эксплуатационных факторов, влияет техническое состояние остальных элементов. В гидромеханических передачах взаимное влияние элементов, в основном, проявляется в виде функциональных связей, что и является основой формирования рационального объема их ремонта.

Основным показателем технического состояния ГМП, определяющим ее работоспособность, является давление в системе смазки, которое зависит от скоростного, теплового режимов и степени изношенности деталей. При определенном тепловом режиме ГМП давление в системе смазки обеспечивается двумя масляными насосами: большим масляным насосом и малым масляным насосом (ММН), работающим только при движении автомобиля. Как только производительность малого масляного насоса будет достаточна для работы гидромеханической передачи, автоматически отключается большой масляный насос. Таким образом, чем лучше состояние малого насоса и других сопряжений ГМП, от которых зависит давление масла, тем время работы большого масляного насоса в нагнетательном режиме меньше, а следовательно, и менее интенсивно изменяется его техническое состояние в процессе эксплуатации. Для аналитического описания функционального влияния технического состояния ММН на изменение технического состояния БМН использована характеристика нарастания давления масла с увеличением скоростного режима ГМП (рис. 3). Из рисунка видно, что по мере изнашивания ГМП повышается скоростной режим.

Если принять зависимость Р от п линейной до величины, огра-

ничиваемой редукционным клапаном Рред , то есть с1р/с1п=соп5{, то получим, что потеря давления масла Ар, а следовательно, и Ап пропорциональны степени изношенности ДБ сопряжений, определяющих давление в системе смазки ГМП, то есть:

Ап = с ДБ, (2)

или для среднего скоростного режима п :

п = п0 + с ДБ , (3)

где с- константа, определяемая конструктивно-технологическими особенностями ГМП.

—1 / Vp 1 / ^ / у / У / х' / X / / / '' 2 / / / X / ^ / /У > У У X У У

по An -е--> П

Рис. 3. Зависимость давления Р в системе смазки ГМП от частоты вращения п ведущего вала: 1- ГМП в конце приработки; 2- изношенная ГМП.

При повышении скоростного режима увеличивается и интенсивность изнашивания деталей (в исследованиях A.C. Денисова и В.Е. Неустроева для деталей двигателей внутреннего сгорания доказано, что эта зависимость экспоненциальная):

а = а +у (1-<ГД" Л"), (4)

17 0 ' П 4 '

где ß„0, /„, ßn - параметры, определяемые конструктивно-

технологическими особенностями.

При незначительных изменениях An эту зависимость можно принять линейной и, с учетом (2), получим

а=а0+ с'AS, (5)

где а0, с' - параметры, не изменяющиеся в процессе эксплуатации.

То есть, по мере изнашивания сопряжений ГМП, обусловливающих давление в системе смазки, увеличивается и интенсивность их изнашивания, что приводит к сокращению ресурса ГМП. Поэтому при определении сроков и объемов проведения ремонта ГМП необходимо учитывать степень влияния износа отдельных сопряжений на величину снижения давления Ар и затраты на восстановление их работоспособности.

Самым длительным и дорогостоящим (от 105 до 1500% от стоимости) этапом жизненного цикла машин является эксплуатационно-ремонтный цикл (ЭРЦ). Во многом это обусловлено большим сроком службы автомобилей и несовершенством структуры ЭРЦ, основанной пока преимущественно на стратегии устранения отказов. Однако, значительная доля отказов ГМП относится к группе постепенных или профилактируемых ( до 80%). Поэтому технически и экономически целесообразно проводить предупредительные ремонты агрегатов и узлов.

При обосновании структуры ЭРЦ решены задачи определения рациональной периодичности и объема ПР, а также рационального количества и сочетания ПР и КР агрегата за весь срок службы.

В основу определения периодичности ПР положен экономико-вероятностный метод, рекомендуемый Е.С. Кузнецовым, A.M. Шейниным, В.М. Михлиным, учитывающий как профилактический характер ПР, так и проведение его по результатам диагностирования,

В четвертой главе проведен анализ результатов экспериментального исследования изменения технического состояния деталей

ГМП в процессе эксплуатации, дана оценка степени влияния уровня технической эксплуатации и технологических факторов на ресурс агрегата.

Статистическими данными по более 200 ГМП подтверждается предположение о том, что изменение давления масла в системе смазки гидромеханической передачи в процессе эксплуатации носит экспоненциальный характер. Результаты обработки статистических данных по изменению давления в процессе эксплуатации приведены на рис. 4 и в табл.1.

1,тыс. км.

Рис. 4. Изменение давления масла Р в системе смазки ГМП модели 22.17 в зависимости от наработки 1:1- новые ГМП; 2 - ГМП с БМН после экспериментального ремонта; 3 - ГМП после капитального ремонта по сложившейся технологии ( 1, 2, 3 - на номинальном режиме, 1', 2', 3' - на режиме холостого хода).

Таблица 1

Параметры экспоненциальной зависимости

давления масла в ГМП от наработки_

Параметры Номера кривых на рис. 4

1 2 3 1' 2" 3'

Ро' 0.621 0.595 0.500 0.255 0.201 0.190

Ь0 -0.00633 -0.00650 -0.00626 -0.0130 -0.0128 -0.0263

Проведенные экспериментальные исследования позволяют оценить эффективность восстановления деталей ГМП. На рис. 5 приведены зависимости давления в магистрали от наработки для трех групп ГМП. Параметры этих экспоненциальных зависимостей приведены в табл. 2. Коэффициенты корреляции наработки и логарифма давления находятся в пределах 0.88 - 0.97, что свидетельствует о высокой тесноте связи экспериментальных данных и экспоненциальной зависимости.

Рис 5. Изменение давления масла Р в системе смазки гидромеханической передачи в зависимости от наработки 1:1- с отремонтированным БМН; 2- то же, с отремонтированным ведущим валом; 3- то же, что 1 и 2, с отремонтированной приводной втулкой (1,2,3-на номинальном режиме, 1', 2',3' - на режиме холостого хода).

Таблица 2

Параметры экспоненциальной зависимости

давления масла в ГМП от наработки _

Параметры Номера кривых на рис. 5

1 2 3 Г 2" 3"

Ро" 0.542 0.597 0.632 0.193 0.227 0.260

вР -0.00546 -0.00678 -0.00641 -0.01397 0.01505 -0.01510

Полученные зависимости показывают, что восстановление не-

которых деталей ГМП позволяет поднять давление масла по сравнению с использованием только отремонтированного БМН, что повышает межремонтный ресурс ГМП. Обычно при проведении ремонта ГМП в автотранспортных предприятиях эти детали не ремонтируют, что значительно сокращает ресурс не только БМН, но и ГМП в целом.

На основе измерений износов и анализа статистических данных получены величины параметров зависимости диагностического параметра Р (давления, развиваемого БМН) от структурного ДБ (торцового зазора между шестерней, торцом вала реакторов и корпусом БМН - рис. 6).

Рис. 6. Зависимость давления Р, развиваемого большим масляным насосом, от торцового зазора Б между ведущей шестерней и корпусом насоса:

1-теоретическая кривая, 2- экспериментальная кривая.

Анализ технического состояния деталей ремфонда ГМП показал, что предприятия не обеспечивают достаточного уровня надежности работы ГМП. В связи с этим целесообразно разработать и внедрить систему предупредительных ремонтов ГМП с поочередной заменой'деталей по группам и последующим капитальным ремонтом.

В пятой главе определены нормативы проведения ремонтных воздействий по элементам ГМП, структура ЭРЦ и его эффективность по сравнению с традиционным циклом.

В результате математической обработки показателей надежности ГМП по различным причинам возникновения отказов определены параметры распределения, по которым были построены кривые вероятности отказа (рис. 7). Эти данные подтверждают функциональное взаимное влияние технического состояния элементов ГМП на ее надежность.

По полученным значениям стоимости устранения отказов и вероятности их возникновения определены средние абсолютные затраты на устранение отказов в зависимости от наработки. Математическая обработка этих данных позволила получить параметры степенной зависимости: С0(1)=7,97; а = 0,03; п=3,234; коэффициент корреляции г =0,989. С учетом этого найдены суммарные удельные затраты на обеспечение работоспособности ГМП в зависимости от наработки.

При этом учитывается, что БМН заменяется на отремонтированный по методу СГТУ с использованием восстановительно-упрочняющих процессов, стоимость которого в среднем в 3,5 раза ниже стоимости нового БМН.

Анализ распределений отказов по наработке (рис. 7) показывает, что в качестве независимого отказа можно принимать первый и второй, устраняя которые при рациональной наработке, можно предупредить остальные, более сложные отказы. Определена рациональная наработка до первого ПР (рис. 9):

(с-сЛ

2388-8

^ Ч^Г^ По,03(3.234 - 1)1 = 51,92ть/с .км. (6)

1

3,234

1

Г Г

О 20 40 60 80 100 120

1-, тыс.км.

Рис. 7. Вероятность отказа ГМП: 1- нарушение герметичности; 2-снижение давления масла; 3- отказы ( заклинивание) периферийных золотников; 4- повреждение дисков двойного фрикциона; 5- поломка рычага переключения переднего и заднего хода.

1_,тыс.км.

Рис. 8.Зависимость суммарных удельных затрат С на обеспечение работоспособности ГМП от наработки !_: 1- суммарные затраты; 2- затраты на ПР; 3- затраты на устранение отказа.

Исходя из анализа отказов ГМП, изменения технического состояния основных элементов ГМП в процессе эксплуатации, анали-

за технического состояния ремонтного фонда, определен объем работ первого ПР. Особенностью первого предупредительного ремонта ГМП является проведение ПР БМН, который выполняется по маршрутной схеме, приведенной на рисунке 9. Второй предупредительный ремонт имеет больший объем, поскольку после проведения первого ПР в ГМП остаются элементы, по которым ремонтных воздействий не проводилось, и к моменту проведения второго ПР они требуют восстановления работоспособности. Второй ПР включает в себя работы по восстановлению ведущего вала с заменой уплотнительных колец, ремонт двойного фрикциона с восстановлением периферийных золотников, восстановление редукционного клапана, посадочных поверхностей под подшипники валов коробки передач, большого и малого масляных насосов с заменой уплотнительных колец.

С учетом степени восстановления ресурса после первого ПР 85% определена наработка до второго ПР :

Цр-2= 0,85/1_пр-1 = 44,2 тыс.км.

При проведении второго ПР при общей наработке ГМП с начала эксплуатации 96,0 тыс.км дальнейшее сокращение ресурса происходит из-за изменения технического состояния базовых деталей, как и увеличение объема ремонта.

Анализ изменения технического состояния ремонтного фонда ГМП показал, что в процессе эксплуатации до капитального ремонта возникает техническая целесообразность проведения двух ПР ГМП различного объема. Это также обосновано и экономически. Приведенная структура ЭРЦ позволяет сократить затраты на обеспечение работоспособности ГМП за весь период эксплуатации на 66,7% по отношению к сложившейся структуре ЭРЦ, состоящей из КР и ТР.

Рис. 9-Маршрутная схема технологического процесса предупредительного ремонта большого масляного насоса (БМН).

Проведенные эксплуатационные наблюдения за ГМП после указанных видов ПР показывают, что выполненные восстановительные работы значительно повышают давление в системе смазки и обеспечивают интенсивность его снижения в процессе эксплуатации, соизмеримую с параметрами новых ГМП (рис. 5, табл. 2).

С использованием обоснованных нормативов периодичности проведения предупредительных ремонтов различных объемов и соотношения ресурсов ГМП после ремонтов разработана рациональная структура ЭРЦ ГМП в сложившихся условиях эксплуатации

(рис.10). Она состоит из четырех ПР различного объема и одного КР.

ПРИ)-(^ПР-2)--(^ПР-1/-(пР-2)-1

0 52 96 134 175 210 238

Начало Списание

эксплуатации

Рис. 10. Рациональная структура ЭРЦ ГМП в сложившихся условиях эксплуатации.

Обоснованные в работе нормативы ПР ГМП и ее основных узлов, технология их проведения, рациональная структура ЭРЦ позволяет снизить затраты на ремонт, простои машин, улучшить условия работы операторов, сократить расход топлива, снизить загрязнение окружающей среды отработавшими газами. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов работы (на примере муниципального предприятия №4 г. Саратова) с учетом рыночных цен на ГМП и их составные части, годовой наработки автомобилей составит 12078 рублей в ценах 1998 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1.На основании анализа литературных источников и выполненных исследований установлено, что до 36% отказов машин приходится на ГМП, ежедневно простаивает от 10 до 40% мобильных машин. Обоснована возможность предупреждения большей части отказов за счет предремонтного диагностирования и повышения работоспособности машин путем применения восстановительно-упрочняющих технологий.

2.Подтверждено предположение о функциональном взаимном влиянии изменения технического состояния элементов агрегата на работоспособность машины в целом. Установлено, что при недостаточной производительности (давлении) малого масляного насоса

ресурс большого масляного насоса сокращается на 25%.

З.Теоретически обоснована и получена экспоненциальная закономерность изменения давления масла в системе смазки гидромеханической передачи в процессе эксплуатации, которую целесообразно использовать при диагностировании ГМП.

4.Обоснован способ диагностирования технического состояния ГМП по давлению масла в системе смазки на заданном скоростном и тепловом режиме. При этом определены диагностические нормативы:

• давление масла на номинальном скоростном режиме 0,45 МПа и на режиме холостого хода 0,13 МПа;

• периодичность диагностирования 15000 км.

5.Разработаны периодичность и объем профилактических воздействий за эксплуатационно-ремонтный цикл гидромеханической передачи, внедрение которых позволяет :

• снизить затраты на ремонт не менее, чем на 66,7%;

•сократить поток отказов на 17%.

6. Обоснованы и внедрены в производство практические рекомендации по эффективному использованию ресурса ГМП, позволяющие сократить простои машин в ремонте, повысить их выпуск на линию и получить дополнительный доход в размере 14%. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов работы (на примере муниципального предприятия №4 г. Саратова) с учетом рыночных цен на ГМП и их составные части, годовой наработки автомобилей составит 12078 рублей в ценах 1998 года. Годо-

. вой экономический эффект относительно рыночной стоимости ГМП составит 0,671. То есть, за весь рациональный срок службы ГМП экономия составит 47951 рубль или 2,66 стоимости ГМП.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1.Кокушкин А.Б. Диагностирование и предупредительный ремонт гидромеханических передач автомобилей и тракторов. II Проблемы транспортного строительства и транспорта : Материалы Международной научно-технической конференции. Вып.2. Сар. гос. техн. ун-т. Саратов, 1997. С. 132-133.

2.Денисов A.C., Кокушкин А.Б., Козьменко В.Ю. Изменение технического состояния больших масляных насосов ГМП в процессе эксплуатации. // Эксплуатация современного транспорта: Межвуз. научн. сб. Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 1997. С.24-32.

3.Денисов A.C., Кокушкин А.Б. Оценка степени использования ресурса деталей гидромеханической передачи автобуса ЛиАЗ-677. // Технологическое формирование качества деталей при восстановлении и упрочнении: Межвуз. научн. сб. Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 1997. С. 17-19.

4.Денисов А., Кокушкин А. Ремонт гидромеханических передач автомобилей. //Автомобильный транспорт. 1998 . №5. С. 38-39.

Кокушкин Арсений Борисович Повышение работоспособности автомобилей путем применения восстановительно-упрочняющих технологий и рациональной структуры ремонта

Автореферат

Ответственный за выпуск к.т.н. Трефилов М.А.

Корректор O.A. Панина

Лицензия ЛР № 020271 от 15.11.96 Подписано в печать 25.09.98 Формат 60x84 1/16

Бум. оберт. Усл.-печ.л. 1,0 Уч.-изд.л.-1,0

Тираж 100 экз. Заказ 280. Бесплатно

Саратовский государственный технический университет 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77 Ротапринт СГТУ, 4100,54 г. Саратов, ул. Политехническая. 77



САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени Н.И.Вавилова

На правах рукописи

КОКУШКИН АРСЕНИИ БОРИСОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ АВТОМОБИЛЕЙ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНО-УПРОЧНЯЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ И РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ РЕМОНТА ( НА ПРИМЕРЕ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ )

Специальность 05.20.03 Эксплуатация, восстановление и ремонт

сельскохозяйственной техники

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: д.т.н., профессор Цыпцын В.И. К.Т.Н., доцент Денисов A.C.

Саратов -1998

-2-

РЕФЕРАТ

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка используемой литературы и приложений, содержит 134 страницы машинописного текста, 23 таблицы и 31 иллюстрацию, 5 приложений. Библиография включает в себя 111 наименований.

Ключевые слова:

1. Гидромеханическая передача (ГМП)

2. Предупредительный ремонт (ПР)

3. Восстановительно-упрочняющая технология.

В работе приведено теоретическое обоснование определения рациональной наработки до предупредительного ремонта агрегата и объем этого ремонта. Разработана структура эксплуатационно-ремонтного цикла гидромеханической передачи. Получена закономерность изменения давления в системе смазки исследуемого агрегата в процессе эксплуатации. Приведены результаты стендовых и эксплуатационных испытаний гидромеханических передач и их узлов, отремонтированных с использованием восстановительно-упрочняющих технологий и дана технико-экономическая оценка внедрения результатов работы.

-3-

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................... 5

1.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ .......... 8

1.1. Анализ технического состояния агрегатов мобильных

в процессе эксплуатации........................................................................... 8

1.2. Повышение эффективности использования машинно-тракторных агрегатов путем применения гидравлических агрегатов в трансмиссии тракторов...................................................................................................13

1.3. Некоторые пути повышения надежности гидромеханической

передачи....................................................................................................21

1 ААнализ существующих систем ремонта агрегатов автомобилей

и других видов транспорта и машин........................................................28

1.5. Выводы, цель и задачи исследования.............................................37

2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ..................42

2.1. Методика исследования изменения технического состояния гидромеханической передачи в процессе эксплуатации.......................42

2.2.Методика измерения износа деталей гидромеханической передачи...................................................................................................44

2.3.Методика определения предельных значений параметров технического состояния гидромеханической передачи.........................48

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МОБИЛЬНЫХ МАШИН

И ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ МЕТОДОВ РЕМОНТА АГРЕГАТОВ.....51

3.1. Влияние уровня технической эксплуатации и технологических

факторов на работоспособность и ресурс мобильных машин..............51

3.2.Закономерности изменения технического состояния

гидромеханической передачи в процессе эксплуатации.......................56

3.3.Теоретические основы формирования структуры эксплуатационно-ремонтного цикла......................................................................................62

-44. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ........................................77

4.1. Изменение технического состояния гидромеханической передачи в процессе эксплуатации............................................................................77

4.2. Обоснование диагностических нормативов ГМП............................85

4.3. Оценка степени влияния уровня технической эксплуатации

и технологических факторов на ресурс гидромеханической передачи........92

4.4. Выводы...............................................................................................94

5. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННО- РЕМОНТНОГО ЦИКЛА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАТРАТ НА ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ.........95

5.1. Обоснование периодичности и объема предупредительного ремонта гидромеханической передачи ..................................................95

5.2.Технологические особенности предупредительного ремонта

с использованием восстановительно-упрочняющих процессов...........101

5.3. Рациональная структура эксплуатационно-ремонтного цикла гидромеханической передачи................................................................113

5.4. Технико-экономическая оценка эффективности работы...............117

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ....................................................................................118

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ......................................120

ПРИЛОЖЕНИЯ

131

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Перспективным направлением в конструировании мобильной сельскохозяйственной техники является применение в трансмиссии гидромеханических передач (ГМП), гидростатических трансмиссий (ГСТ), гидромуфт. Рост применения гидромеханических передач объясняется целым рядом эксплуатационных преимуществ гидравлических агрегатов перед механической трансмиссией. Следует отметить, что гидромеханические передачи относятся к одним из наименее надежных агрегатов, поэтому вопросы ремонта этих передач являются особенно актуальными. На долю ГМП приходится 26...36% отказов [1], а наработка на отказ новых ГМП составляет 8,4 тыс.км. В настоящее время надежность капитально отремонтированных ГМП значительно уступает надежности новых. Наработка на отказ после капитального ремонта снижается на 30...40% [2]. Значительная доля отказов (до 80%) относится к группе постепенных или профилактируемых. Поэтому технически и экономически целесообразно проводить предупредительные ремонты (ПР) агрегатов и узлов. В этом случае основу структуры эксплуатационно-ремонтного цикла составляют техническое обслуживание (ТО) и предупредительные и капитальные (КР) ремонты агрегатов. Поскольку объемы и периодичность ТО уже достаточно полно разработаны, то в настоящей работе основное внимание уделено использованию ПР и КР агрегатов, в частности - ГМП.

Целью работы является повышение эффективности использования автомобилей и другой техники с гидромеханическими коробками передач и снижение затрат на обеспечение их работоспособности путем проведения предупредительных ремонтов.

Объектом исследования являются процессы ремонта и структура эксплуатационно-ремонтного цикла, обеспечивающие повышение на-

дежности ГМП.

Научная новизна, диссертации заключается в комплексном подходе к решению поставленной задачи - повышению работоспособности агрегатов мобильных сельскохозяйственных и других машин, детали которых связаны более функционально, чем кинематически, за счет применения ресурсосберегающих восстановительно-упрочняющих технологий и рациональной структуры ремонта.

Практическая ценность. Использование разработанного метода ремонта гидромеханической передачи снижает затраты на поддержание подвижного состава автотранспортных предприятий в технически исправном состоянии не менее, чем на 66,7% по сравнению со сложившимися в настоящее время.

Реализация результатов работы. Отремонтированные на базе Научно-технологического центра "Механик-Т" при Саратовском государственном техническом университете предлагаемым методом гидромеханические передачи и узлы ГМП эксплуатируются на предприятиях Саратовской, Тамбовской и Самарской областей. В муниципальных автотранспортных предприятиях №№ 1, 2, 3 и 4 г.Саратова используются разработанные методы ремонта и диагностирования гидромеханических передач.

Апробация. Основные положения диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на научно-технических конференциях и семинарах кафедры "Автомобили и автомобильное хозяйство" Саратовского государственного технического университета в 1996 и 1997 годах; ежегодной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников Саратовского государственного агроинженерного университета в 1998 г., на Международной научно-технической конференции Академии транспорта РФ "Проблемы транспортного строительства и транспорта" в 1997 году.

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

^Функциональное взаимное влияние изменения технического состояния элементов агрегатов.

2.Закономерность изменения давления масла в системе смазки

ГМП.

3.Обоснование способа диагностирования технического состояния ГМП по давлению масла в системе смазки.

4. Разработанная периодичность и объем профилактических воздействий за эксплуатационно-ремонтный цикл ГМП.

5.Практические рекомендации по эффективному использованию ресурса ГМП.

Публикации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в 4 печатных работах.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АГРЕГАТОВ МОБИЛЬНЫХ МАШИН В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

В процессе эксплуатации машины под влиянием различных факторов техническое состояние ее агрегатов непрерывно меняется. Основной и постоянно действующей причиной изменения технического состояния является изнашивание деталей. В общем случае интенсивность изнашивания зависит от трех групп факторов: режима работы узла (давления, скорости относительного перемещения, температуры поверхности трения и их переменности во времени), параметров среды (физико-химических свойств масел, температуры воздуха) и материала деталей [3-8].

Изучению закономерностей изменения технического состояния различных машин и разработке оптимальных методов поддержания их в исправном состоянии посвящены работы многих отечественных ученых: Ф.Н. Авдонькина, Ю.Н. Артемьева, И.В. Крагельского, Д.Н. Гаркунова, В.И. Казарцева, A.C. Проникова, М.М. Хрущева, Б.П. Загородских, Г.Д. Межецкого, Ф.Э. Рудика, В.М. Михлина, Н.С. Пасечникова,

A.A. Сельцера, М.А. Григорьева, С.И. Дорменева, С.И. Болдина, М.Г. Розеноера, Ф.М. Дубровского, В.Ф. Платонова, B.C. Лукинского,

B.И. Цыпцына, В.В. Стрельцова, Ю.Н. Ломоносова и других.

Исследованиями [3,4] установлено, что интенсивность изнашивания сопряжений а при полужидкостном трении изменяется пропорционально давлению на поверхности трения [3]:

а = а0±сЛр, (1.1)

где ао - интенсивность изнашивания до начала изменения давления на поверхности трения ; с- коэффициент пропорциональности.

Изменение интенсивности изнашивания сопряжения оказывает влияние на форму зависимости износа сопряжения от наработки. На основе исследований изнашивания основных сопряжений двигателя профессором Ф.Н. Авдонькиным [3] была предложена экспоненциальная зависимость изменения интенсивности изнашивания динамически нагруженных сопряжений от наработки 1_:

а = ос0 еь 1, (1.2)

где ао- интенсивность изнашивания в конце приработки, приведенная к началу эксплуатации , Ь- параметр, характеризующий изменение интенсивности изнашивания на единицу износа.

При относительном перемещении поверхностей трения в заданной среде с определенными скоростью и давлением на поверхности трения изменяется температура. Зависимость интенсивности изнашивания от температуры с достаточной для практических целей точностью принимается линейной [3]:

а = ао + Ь М , (1.3)

где ДЬ- изменение температуры ; а0- интенсивность изнашивания при А1=0.

Исследованиями влияния температуры масла в картере агрегатов на интенсивность изнашивания поверхностей, смазываемых под давлением, установлено [3], что эта зависимость квадратичная:

а = а - Ь.М + Ь М 2 , (1.4)

О 1 м 2 м

где А\.м - изменение температуры масла, Ь-ь Ь2- коэффициенты. Кроме того в работе [9] по данным исследований [10] было установлено, что, так как с увеличением давления в контакте повышается ин-

тенсивность изнашивания деталей, теплообразование в зоне трения, то для поддержания оптимальной вязкости (температуры) масла следует в зону трения подавать холодное, и более теплоемкое масло. Об этом можно судить по рис. 1.1.

4

Ее, мг

3

2

1 0

20 30 40 50 60 70 80

Рис. 1.1 Влияние температуры масла в картере конечной передачи 1, коробки передач 2, главной передачи 3 трактора на содержание продуктов износа в отработавшем масле Яе [9].

При этом в работе [3] отмечено, что при температуре 70-90°С вязкость масла оптимальная и интенсивность изнашивания минимальная. Из рис. 1.2 видно, что при значительной величине интенсивности изнашивания в зону трения следует подавать более холодное, вязкое и теплоемкое масло, то есть оптимальной будет более низкая температура масла. В работе [9] получена аналитическая зависимость оптимальной температуры масла в картере агрегата трансмиссии от интенсивности изнашивания:

/ <

2 \ ■-----

(1.5)

Рис. 1.2. Зависимость оптимальной температуры масла t в картере агрегата от интенсивности изнашивания зуба шестерни а в относительных единицах [3].

Зависимость интенсивности изнашивания от давления на поверхности трения и скорости относительного перемещения имеют вид [3]:

а = а0 + а^\-е-ЬАру, (1.6)

a = aQ+a^-e'bAv), (1.7)

где а0 - интенсивность изнашивания соответственно при Лр = 0, Av = 0; си - интенсивность изнашивания соответственно при р^оо или v->co ; Ар, Av - изменение, соответственно, давления и скорости скольжения. Приведенные зависимости хорошо подтверждаются экспериментальными данными A.C. Проникова, Б.И. Костецкого, В.И. Цыпцына [7,11,12].

Изнашивание сопряжений агрегата приводит к изменению эксплуатационных показателей его работы и снижению надежности. Исследования эксплуатационной надежности двигателей КамАЗ-740 [13-17] показывают, что на их долю приходится от 20 до 34% отказов из общего их числа по автомобилю. Наибольшее количество отказов по трансмиссии

автомобилей КамАЗ приходится на редукторы ведущих мостов и коробку передач [14], а по трудоемкости устранения и затратам на запасные части они занимают соответственно второе и третье место после двигателя. В работе [14] также отмечено, что отказы этих агрегатов на 7596% обусловлены износом деталей. В табл. 1.1 приведено распределение причин отказов ведущих мостов и коробки передач.

Табл. 1.1

Распределение причин отказов ведущих мостов и коробки передач автомобиля КамАЗ [14].

Агрегат Причины отказов, %

Износ шестерен Износ подшипников Износ посадочных гнезд под подшипники Разрушение деталей

Коробка передач 30 36 нет данных 14

Редуктор ведущего моста 25.7 28.1 2.8 17.6

В работе [15] указывается, что отказы автомобилей КамАЗ по конструктивным факторам составляют 21,3%, технологическим - 31,3%, эксплуатационным - 47,4%.

Снижение эксплуатационной надежности техники приводит к увеличению простоев, трудовых и материальных затрат на техническое обслуживание и ремонт. Из вышеперечисленного следует, что одним из основных направлений в повышении надежности агрегатов и сокраще-

нии материальных и трудовых затрат в сфере технической эксплуатации является разработка рациональных методов их ремонта, совершенствовании системы технического обслуживания, обосновании и разработке эксплуатационно-ремонтных циклов для основных агрегатов мобильных машин.

1.2 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ В ТРАНСМИССИИ ТРАКТОРОВ

Перспективным направлением в конструировании мобильной сельскохозяйственной техники является применение в трансмиссии гидромеханических передач, гидростатических трансмиссий, гидромуфт. Следует отметить, что гидромеханические передачи стали применять на тракторах позже, чем на других самоходных машинах, поэтому вопросы ремонта этих передач являются особенно актуальными. Рост применения гидромеханических передач объясняется целым рядом эксплуатационных преимуществ гидравлических агрегатов перед механической трансмиссией. Сельскохозяйственная техника эксплуатируется, главным образом, вне дорог, в условиях постоянно изменяющегося сопротивления движению. Это связано с переменным профилем грунта и его свойствами, с выполняемым машиной рабочим процессом. Колебания внешних сопротивлений не позволяют полностью использовать мощность тракторного двигателя. Загрузка, например, гусеничных тракторов на пахоте даже в наиболее благоприятных условиях не превышает 85...93%. Средний эксплуатационный коэффициент загрузки гусеничных сельскохозяйственных тракторов с тяговым усилием 30 кН по данным [18] еще ниже и колеблется в пределах 0,65...0,8. Значительное сниже-

ние этого коэффициента наблюдается при работе тракторов на пересеченном рельефе, а также с повышенными рабочими скоростями. Существенное значение при этом имеет ухудшение условий труда тракториста в результате усложнения управления тракторным агрегатом. При работе на машине с механической трансмиссией механизатор за смену выполняет большое количество переключений передач, при этом он должен каждый раз уменьшать подачу топлива в двигатель, выключать сцепление, переключать передачу, включать сцепление и увеличивать подачу топлива в двигатель. Этот процесс сложен и достаточно длите�