автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Прогнозирование ресурса трансмиссии лесозаготовительных машин

/ /V У 'Р

х/ %/ ~ У ^

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА

(МГУЛ)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА

(ГНЦЛПК)

На правах рукописи

ЕРЕМЕЕВ НИКОЛАЙ СЕРГЕЕВИЧ

УДК 621.833:620.191.33

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕСУРСА ТРАНСМИССИИ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН

(На примере заднего моста трелевочного трактора класса 3,0)

Специальность 05.21.01 «Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок»

ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Научный руководитель:

Кандидат технических наук,

профессор

ДРУЖКОВ Г.Ф.

Научный консультант:

Кандидат технических наук, профессор

ВОСКОБОЙНИКОВ И.В.

Москва, 1999

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение ........................ 4

Глава I. Анализ состояния вопроса и задачи исследования 6

1.1. Анализ факторов, определяющих надежность лесозаготовительных машин........... б

1.2. Анализ параметров, характеризующих техническое состояние трансмиссии лесозаготовительных машин и методов их оценки,....... 10

1.8. Анализ методов прогнозирования, используемых

в науке и технике. ..... ........ 25

1.8Л. Основные направления и методы прогнозирования................... 25

1.3.2. Методы прогнозирования остаточного ресурса

машин и механизмов............ 81

Выводы и задачи исследований...............89

Глава 2. Теоретические предпосылки прогнозирования ресурса трансмиссии лесозаготовительных машин. . 41

2.1. Разработка математической модели прогнозирования ресурса трансмиссии лесозаготовительных машин................. 41

2.2. Исследование влияния дефектов зубчатого зацепления на динамическую модель крутильных колебаний ...... ........... 46

2.3. Разработка алгоритмов прогнозирования технического состояния деталей по параметрам вибрации ................... 51

2.3.1. Алгоритм прогнозирования технического состояния зубчатых нар ..... ...... 51

2.3.2. Алгоритм прогнозирования технического состояния подшипников качения. ....... 58

Основные результаты............... 64

Глава 3. Экспериментальные исследования возможности прогнозирования ресурса трансмиссии лесозаготовитель-

ных машин по параметрам вибрации . .............66

3.1. Методика проведения экспериментальных исследований. .............................66

3.2. Методика проведения микрометражных работ ... 6?

3.2.1. Объем и условия проведения микрометражных

работ...................................67

3.2.2. Проведение измерений . ...... ..... 68

3.3. Анализ результатов микрометражных работ. ... 69

3.4. Методика вибродиагностических испытаний заднего моста трелевочного трактора ТДТ-55А .... 89

3.4.1. Цели и задачи испытания...............39

3.4.2. Описание экспериментального образца диагностического стенда...............89

3.4.3. Аппаратурное обеспечение эксперимента..........92

3.4.4. Методика проведения испытаний. ....... 95

3.5. Анализ результатов вибродиагноегическнх испытаний заднего моста трелевочного трактора ТДТ-55А.................... 99

3.5.1. Влияние величины зазора в зацеплении главной передачи на параметры вибрации ..... 99

3.5.2. Влияние износа зубчатого зацепления бортовой передачи на параметры вибрации ..............131

3.5.3. Влияние износа подшипников качения на параметры вибраций.............. . 141

Выводы . ...............................148

Глава 4. Практическое применение результатов исследований 151

4.1. Внедрение результатов исследований в производство. . ......................151

4.2. Анализ экономической эффективности............153

Основные выводы и результаты работы. . ..................155

Приложения...........................158

Список литературы..........................196

ВВЕДЕНИЕ

На современном этапе развития общественного производства повышение эффективности использования машин и оборудования является важнейшей социальной и экономической задачей, так как это в значительной мере способствует росту производительности труда, экономии материальных ресурсов, повышению конкурентоспособности продукции на мировом рынке.

Эффективность использования машин и оборудования находится в прямой зависимости от их технического состояния.

Состояние лесозаготовительных мааин во многом предопределяется комплексом мероприятий, проводимых на соответствующем этапе их эксплуатации.

Одно из основных мероприятий, обеспечивающих поддержание технического состояния лесозаготовительных машин, заключается в своевременном и качественном проведении их технического обслуживания и ремонта.

В настоящее время работы по техническому обслуживанию и ремонту имеют планово-предупредительный характер. Они основаны на обязательном планировании соответствующих видов технического обслуживания в зависимости от наработки машины £1 ],

По мере усложнения конструкций и увеличения количества разно-марочных лесозаготовительных машин, начали проявляться недостатки действующей планово-предупредительной системы технического обслуживания в виде значительного объема преждевременных ремонтов с полной разборкой агрегатов независимо от состояния их деталей, что приводит к сокращению их технического ресурса.

Сложившиеся экономические условия обострили недостатки действующей системы. Из-за финансовых затруднений не соблюдаются требования по периодичности и объему технического обслуживания.

Одним из путей устранения указанных недостатков является применение опережающего глубокого диагностирования агрегатов лесозаготовительных машин с целью прогнозирования их остаточного ресурса и определения необходимых объемов и сроков ремонтного воздействия.

В этой связи разработка средств и методов безразборной диагностики технического состояния агрегатов лесозаготовительных машин и прогнозирование остаточного ресурса их деталей, является важной и актуальной проблемой.

Использование методов и средств безразборной диагностики позволит получать информацию о состоянии лесозаготовительных машин и на ее основании прогнозировать остаточный ресурс деталей, своевременно обнаруживать и предупреждать отказы и тем самым значительно снизить простои машин, увеличить их производительность, улучшить эффективность использования лесозаготовительной техники.

Глава I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ НАДЕЖНОСТЬ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Надежность лесозаготовительных машин определяется техническим состоянием их агрегатов.

Ряд проведенных исследований ¡^2,3,8,60^ показал, что одним из важнейших агрегатов, из числа определяющих надежность лесозаготовительной машины, является ее трансмиссия. По данным НАТй на трансмиссию приходится 25% неисправностей гусеничного трактора [2] . Исследования, проведенные СПКТБ ВПО йСоюзлесреммаш" и ЦНШШЭ £зЗ, показали, что на трансмиссию отремонтированного трелевочного трактора ТДТ-55А приходится почти половина всех отказов - 48,3%.

Рассмотрим структуру трансмиссии лесозаготовительной машины на примере силовой передачи трелевочного трактора класса 4,0 ТДТ-55А и факторы, определяющие ее надежность.

На трелевочных тракторах используется механическая ступенчатая трансмиссия, состоящая из сцепления, коробки передач, главной передачи и бортовых передач, то есть трансмиссия представляет собой сложную систему, включающую большое количество элементов. Структура этой системы характеризуется строго определенным расположением взаимно связанных и совместно функционирующих элементов. Все основные механизмы трансмиссии предназначены для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам. Связь в системе между элементами последовательная. Изменения, возникающие в одном элементе, вызывают изменения в системе в целом.

Надежность трансмиссии при эксплуатации лесозаготовительной машины восстанавливается в процессе выполнения технического обслу-

живания и ремонтных работ. Ее формирование зависит от факторов, определяющих своевременность и качество технического обслуживания и ремонта. Такими факторами являются: качество технологической документации, качество технологического оборудования и оснастки, а также качество труда лиц, проводящих техническое обслуживание и ремонт изделия, то есть человеческий фактор.

Анализ данных о работе ремонтных предприятий, приведенных в работах£5, 6, IIб] ♦ показывает, что 75% случаев снижения показателей надежности отремонтированных магин приходится на нарушение технических условий: при контроле и сортировке деталей (20%), при восстановлении деталей (15%), при сборке и испытании (40%). Основными виновниками отклонений от технических условий являются исполнители (57-76%).

¿вторы указанных работ установили, что на сборку поступают базовые детали, у которых отклонение осей отверстий достигает величины 0,1-0,5 мм, у 20-40% собранных сопряжений имеются отступления в регламентированных величинах зазоров и натягов. Тогда как известно, например, что при величине перекоеа осей 0,4 мм отмечаются поломки зубьев и образование трещин в картерах автомобильных коробок передач уже после I тыс.км * а при достижении величины перекоса осей 0,57 мм деформация колец подшипников коробок передач колесных тракторов возрастает на 32-42% [?] . При увеличении радиального зазора в подшипниках коробок передач колесного трактора до 0,25 мм деформация колец подшипника возрастает на 70% [?] .

Случаи несоблюдения технических условий при проведении технического обслуживания и ремонтных работ отмечаются и на предприятиях лесопромышленного комплекса, что отрицательно сказывается на надежности лесозаготовительных машин.

Кроме качества груда лиц, проводящих техническое обслуживание и ремонт машины, на надежность машин оказывают влияние и выполняемые при этом разборочно-сборочные операции.

Известно, что ряд деталей машин, поступающих в ремонт, имеют ресурс, достаточный для работы в течение одного межремонтного срока [17, 18, 59, 103].

При обследовании деталей машин, поступающих в ремонт, было установлено £607 , что около 30% коробок передач и 78% задних мостов не требовали ремонта.

Рис.1. Влияние разборки годного сопряжения на его остаточный ресурс ^

^нач., л^ф, /Од, /^пред. - соответственно зазор начальный, фактический, допустимый без ремонта, предельный;

Тф, Тост, Тпред - соответственно ресурс сопряжения фактический, остаточный, предельный

Это объясняется С17/ гем, что при необходимости ремонтировать только двигатель, нередко проводят ремонт всей машины. А после разборки годных сопряжений с приработанными друг к другу деталями, последующей сборки и повторной приработки происходит их ускоренное изнашивание, сопровождаемое увеличением зазоров в сопряжении, что приводит к сокращению первоначального остаточного ресурса.

Милованцев B.C. теоретически доказал [42 J , что снижение ресурса сопряженных пар после разборочно-сборочных операций достигает 38,5%. По некоторым данным [93] эта цифра составляет 20%. Снижение ресурса объясняется повторной приработкой. На рас.1 показано влияние разборочно-сборочных операций на ресурс сопряжения. Из рисунка видно, что остаточный ресурс сопрягаемой пары уменьшился на величину д Т за счет увеличения зазора д S , возникаю-

fes

щего при приработке.

Период повторной приработки сопрягаемых деталей существует и при сохранении комплектности разбираемых деталей из-за невозможности установки всех его деталей в первоначальное положение. Величина д $г значительно возрастает при раскомплектации годных сопрягаемых деталей, осуществляемой при обезличенном методе ремонта.

Таким образом, проведение необоснованных разборочно-сбороч-ных операций снижает ресурс агрегата и машины в целом.

На оснований вышеизложенного можно сделать следующие выводы: надежность лесозаготовительной машины в основном определяет техническое состояние ее трансмиссии;

трансмиссия лесозаготовительной машины представляет собой сложную систему, включающую большое количество элементов. Причем изменения, возникающие в одном элементе, вызывают изменения в си-

стеме в целом;

надежность трансмиссии в процессе эксплуатации лесозаготовительной машины зависит от качества груда лиц, проводящих техническое обслуживание и ремонт, а также от своевременности и целесообразности выполнения разборочных операций;

при техническом обслуживании и ремонте лесозаготовительной машины необходимо осуществлять диагностирование технического состояния трансмиссии и прогнозирование остаточного ресурса ее деталей, что позволит повысить качество труда лиц и уменьшить количество случаев неоправданных разборочно-сборочных работ.

1.2. АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ТРАНСМИССИИ ЛЁСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН И МЕТОДОВ ИХ ОЦЕНКИ

Диагностирование технического состояния машин и их агрегатов осуществляется по структурным или диагностическим параметрам.

Параметры, непосредственно характеризующие техническое состояние механизмов машины, получили название структурных или прямых параметров .

Диагностические параметры - это параметры, косвенно характеризующие работоспособность машин и их агрегатов Ц?5] .

В качестве структурных параметров трансмиссии предлагаются износ зубьев шестерен, подшипников, шлицевых и шпоночных соединений, изменение геометрии рабочих поверхностей деталей корпуса, полнота включения и выключения передач, отсутствие или наличие самопроизвольного выключения передач, величина крутящего момента на ведущих колесах.

Узлы и детали трансмиссии работают в условиях переменных нагрузок, которые зависят от частоты переключения передач, тягового

усилия, состояния базисных деталей и других факторов. Поэтому создается неодинаковая нагрузка на опоры валов, вызывающая неравномерный износ подшипников и перекос валов, что в свою очередь приводит к увеличению удельной нагрузки на зубья шестерен и к интенсивному их износу.

У вилок переключения шестерен изнашиваются поверхности щек, вследствие чего шестерни включаются не полностью. При этом поверхности зубьев шестерен испытывают повышенную удельную нагрузку, интенсивно изнашиваются на конус, выкрашиваются и даже ломаются.

Износ зубьев шестерен приводит к увеличению бокового зазора между ними и сопровождается возникновением ударных нагрузок на зубья. Под действием ударных нагрузок зубья шестерен изгибаются, выкрашиваются и ломаются.

Исследования, проведенные СПКТБ ВПО Союзлеереммаж [эх] показали, что у 50-60% тракторов ТТ-4, поступающих в ремонт, износ зубьев шестерен коробки передач превышает предельно допустимый. У трактора ТДТ-55А эта цифра достигает значения 80-90%. Износ ведомых и ведущих шестерен заднего моста трактора ТДТ-55А наблюдался у 30-40% тракторов.

Оценка технического состояния трансмиссии по структурным параметрам должна осуществляться в соответствии с методом, который отвечает следующим требованиям:

обладать достаточно высокой точностью контроля и необходимой большой информативностью, результаты оценки должны характеризовать как общее состояние агрегата, так и состояние отдельных узлов и деталей;

обеспечивать кратковременность проведения контроля, простоту снятия результатов и обслуживания приборов, возможность механизации и автоматизации.

Кроме того, в соответствии с технологическим процессом технического обслуживания и ремонта, техническое состояние агрегатов трансмиссии должно оцениваться до их разборки. Поэтому уделим основное внимание анализу безразборных методов оценки.

Безразборные методы оценки подразделяют [8, 9] на методы непосредственной оценки по структурным параметрам и оценки по диагностическим параметрам, косвенно характеризующим работоспособность машин и их агрегатов.

Использование безразборных методов оценки технического состояния трансмиссии по структурным параметрам не представляется возможным, гак как указанные параметры недоступны непосредственному измерению без предварительной разборки агрегатов трансмиссии.

Широкое применение получили методы оценки технического состояния по диагностическим параметрам, которые в отличие от структурных, отражают изменение технического состояния через его последствия.

Такими параметрами могут быть количество выделенного тепла, соответствующее работе трения сопряженных пар, виброакустические параметры, количество продуктов износа в масле, силовые параметры, электрическое сопротивление, кинематическая неравномерность передач, величина механических потерь, определяемых затратой мощности на трение сопряженных пар, суммарный угловой зазор шестеренчатых зацеплений, дифференцированные значения угловых зазоров, изменение крутящего момента в интервале от номинального до предельного значения.

Классификация параметров трансмиссии лесозаготовительных машин приведена на рис.2.

Т)

к

о •

г\>

« и

03 О

о к о

оэ

к »

и

03 43 ш в со

►3

43

о

ы

►з

03

а о 1С к о о к

в &

со о о со

О) •"3

о ы о Ьй

к

со

»

Ьг* ЕЛ Е X

к

03 Е != ЕС

Переменная удельная нагрузка

Количество переключений скоростей

Тяговое усилие

Состояние базисных деталей

№ X

О

ЕС Е СО

Состояние вилок переключения

Боков