автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Совершенствование способов и технических средств повышения долговечности резьбовых соединений и их реализация в сельскохозяйственных машинах

На праваіСрукописи

ЕГОЖЕВ Артур Мухамедович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИНАХ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

г 8 НОЯ 2013

3ерноград-2013 005540218

005540218

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Шомахов Лев Аслангериевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

академик РАСХН

Кряжков Валентин Митрофанович

(ГНУ ВИМ «Россельхозакадемии», гл. научный сотрудник)

доктор технических наук, профессор Алексенко Николай Петрович (ФГБОУ ВПО ФЧГАА, профессор кафедры)

доктор технических наук, профессор Лебедев Анатолий Тимофеевич (ФГБОУ ВПО СтГАУ, зав. кафедрой)

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

«Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов» Российской академии сельскохозяйственных наук - г. Тамбов (ГНУ ВНИИТиН «Россельхозакадемии»)

Защита диссертации состоится « 25 » декабря 2013 г. в «13 00» часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.001.01 при ФГБОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» по адресу: 347740, Ростовская область, г. Зерноград, ул. Ленина, 21, в зале заседаний диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия»

Автореферат разослан « __2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Н.И. Шабанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современный этап производства сельскохозяйственной продукции неразрывно связан с повышением рабочих скоростей машин и снижением их металлоемкости, что в свою очередь поднимает проблему повышения прочности и долговечности соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций, обеспечивающих безотказность сельскохозяйственных машин.

В процессе работы соединения деталей рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин подвергаются статическим, динамическим и ударным нагрузкам, коррозии и абразивному износу. Разрушение соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин, помимо затрат средств на изготовление, приобретение запасных частей и ремонт, вызывает большие простои и нарушение оптимальных сроков сельскохозяйственных полевых работ.

Наиболее типичной и самой распространенной формой соединения деталей рабочих органов являются резьбовые (болтовые, шпилечные и винтовые), то есть так называемые, групповые резьбовые соединения (ГРС).

Долговечность резьбовых соединений в значительной мере определяет надежность функционирования рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин.

В настоящее время от 50 до 70% отказов рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин приходятся на соединения резьбовыми крепежными деталями, хотя их заложенные расчетные запасы прочности находятся в пределах от 1,5 до 3. В связи с этим применяемые методы расчета параметров резьбовых соединений нуждаются в корректировке с учетом реальных знакопеременных нагрузок на соединяемые детали рабочих органов сельскохозяйственных машин.

Периодический осмотр и подтяжка резьбовых соединений составляют существенную долю времени технического обслуживания. При этом на поддержание машинно-тракторного парка в рабочем состоянии сельхозпроизводители в среднем тратят до 75% средств, расходуемых на его эксплуатацию, механизаторы теряют на это до 40% рабочего времени.

В связи с этим повышение долговечности резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин в реальных условиях эксплуатации за счет обоснования способов и технических средств их совершенствования представляет актуальную народнохозяйственную проблему.

Работа выполнена в соответствии с планами НИР ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова» в период 1996-2012 г.г. и государственным контрактом с Министерством сельского хозяйства Кабардино-Балкарской республики (№1 от 20.06.2006 г.).

Цель исследований - разработка и реализация способов и технических средств, обеспечивающих повышение долговечности резьбовых соединений сельскохозяйственных машин.

Объекты исследований - резьбовые соединения деталей рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин.

Предмет исследования - закономерности влияния конструктивных параметров резьбовых соединений рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин на их долговечность.

Методы исследований. Методика исследования предусматривала изучение реального напряженно-деформированного состояния соединений основных грузонесущих деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин. При проведении экспериментальных лабораторных и полевых исследований несущей способности и долговечности резьбовых соединений использованы методы тензометрирования.

Теоретические исследования выполнены с применением методов начальных параметров и планирования экспериментов. Экспериментальные данные обрабатывали с использованием программ Turbo Pascal, Math CAD и разработанного пакета прикладных программ.

Достоверность и обоснованность результатов исследований. Достоверность полученных результатов подтверждается достаточным объемом экспериментальных исследований с использованием современных средств измерений, высокой степенью сходимости теоретических и экспериментальных данных и результатами сравнительных испытаний.

Научную новизну представляют:

1. Концепция и способы повышения долговечности резьбовых соединений, включающие: уменьшение изгибающих напряжений под резьбовой частью и головкой болта; повышение равномерности распределения поперечной нагрузки в крепежных деталях резьбового соединения; беззазорная или с минимальными зазорами установка крепежных деталей в отверстиях; сочетание конических и цилиндрических форм деталей сопряженных резьбовых соединений; формирование пространств и полостей для заполнения полимерным или композитным материалом; повышение сопротивления резьбового соединения на сдвиг; снижение трудоемкости изготовления, разборки и сборки, а также ремонта резьбовых соединений.

2. Классификация факторов, определяющих износоусталостную прочность резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин.

3. Методика расчета напряженно-деформированного состояния основных грузонесущих резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин, учитывающая факторы частичного раскрытия стыка и коррозии.

4. Конструктивные решения грузонесущих резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин повышенной прочности и долговечности, разработанные на основе предложенных в работе способов.

5. Математические модели для расчета параметров различных конструкций резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин с учетом контактных податливостей соединяемых и крепежных деталей, позволяющие обосновать их оптимальные геометрические параметры.

Новизна предлагаемых технических решений подтверждена 15-ю патентами РФ на изобретения, а также одним свидетельством о регистрации программы для ЭВМ.

Практическую значимость представляют:

1. Методика расчета напряженно-деформированного состояния резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин с учетом фактора износоусталости.

2. Конструктивные решения и конкретные параметры резьбовых соединений повышенной прочности и долговечности применительно к сельскохозяйственным машинам.

3. Математические модели, комплект программ и алгоритмов, позволяющие рассчитывать прочность и жесткость различных конструктивных решений групповых резьбовых соединений с учетом контактных податливостей соединяемых и крепежных деталей.

4. Рекомендации ремонтным организациям и хозяйствам по применению конструктивных схем новых резьбовых соединений повышенной прочности и долговечности.

Реализация результатов исследований.

1. Результаты научных исследований использованы Министерством сельского хозяйства Кабардино-Балкарской Республики при разработке и внедрении программ технического обеспечения АПК.

2. Ремонтно-механическим заводом сельскохозяйственных машин «Про-хладненский» в г. Прохладный, где организовано производство и внедрение предложенных конструкций крепежных деталей.

3. Новые конструктивные решения внедрены на ОАО «Тяжмаш», г. Сызрань, в соединениях рабочих органов роторов гидроагрегатов для Кашхатау ГЭС.

4. Результаты исследований используются в учебном процессе КБГАУ, Азово-Черноморской ГАА (г. Зерноград), Кубанского ГАУ (г. Краснодар), Горского ГАУ (г. Владикавказ).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на II Международном симпозиуме по трибофатике (изпо-соусталость), проведенном в институте машиноведения АНРФ (г. Москва, 1996 г.); научно-практической конференции (в рамках СНГ) "Почвозащитные адаптивные технологии и машины горного и предгорного садоводства" (г. Нальчик, 1997 г.); республиканской научно-производственной конференции (г. Нальчик. 1999г.); научно-практической конференции "Состояние и перспективы восстановления, упрочнения и изготовления деталей", проведенной в ГОСНИТИ (г. Москва, 1999 г.); научно-практической конференции КБГСХА им. В.М. Кокова (г. Нальчик, 1996 г.) и на постоянно действующем

семинаре ФМСХ КБГСХА им. В.М. Кокова «Механика» (1999 г.); юбилейной конференции, посвященной 20-летию КБГСХА им. В.М. Кокова (г. Нальчик, 2001 г.); научно-практической конференции «Агропромышленный комплекс Юга России сегодня» (г. Майкоп, 2002г.); научно-практической конференции, посвященной 25-летию КБГСХА им. В.М. Кокова (г. Нальчик, 2006 г.); международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК» (г. Ставрополь, 2006г.); международной научно-практической конференции «Вавиловские чтения» (Саратов, 2009г.).

Публикации. Результаты работы опубликованы в сборниках международных, всероссийских, региональных и республиканских конференций, в журналах «Тракторы и сельскохозяйственные машины», «Механизация и электрификация сельского хозяйства», «Вестник машиностроения», «Тяжелое машиностроение», «Труды Кубанского государственного аграрного университета».

По материалам исследований опубликовано 58 печатных работ, в т.ч. 16 статей в изданиях согласно перечню ВАК Министерства образования и науки РФ, 1 монография, 15 патентов на изобретения и одно свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, рекомендаций, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 375 страниц машинописного текста, в т.ч. 54 таблиц, 104 рисунка, 26 приложений. Список литературы содержит 350 наименований.

На защиту выносятся следующие положения:

- концепция и способы повышения долговечности резьбовых соединений;

- классификация факторов, определяющих износоусталостную прочность резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин;

- методика расчета напряженно-деформированного состояния основных грузонесущих резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин, учитывающая факторы частичного раскрытия стыка и коррозии;

- конструктивные решения грузонесущих резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин повышенной прочности и долговечности;

- математические модели для расчета параметров различных конструкций резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин с учетом контактных податливостей соединяемых и крепежных деталей, позволяющие обосновать их оптимальные геометрические параметры;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований прочности и долговечности различных резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин и орудий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, ее народнохозяйственное значение для нашей страны, раскрыта общая характеристика работы и приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние проблемы повышения долговечности резьбовых соединений сельскохозяйственных машин» представлен анализ современного состояния проблемы долговечности резьбовых соединений деталей рабочих органов. Установлено влияние различных факторов (посадки крепежных деталей, точности изготовления резьбы и деталей соединения и др.) на прочность и долговечность соединений. Обзор ранее проведенных исследований показал, что накоплен обширный практический и экспериментальный материал по исследованию как отдельных крепежных деталей (винтов, болтов, шпилек), так и многоболтовых соединений при действии статических, динамических и ударных нагрузок. Однако в них не учтен ряд факторов, которые имеют место в резьбовых соединениях.

Приведены материалы по исследованию влияния условий монтажа и эксплуатации на прочность и долговечность соединений, проведен обзор существующих методов расчета резьбовых соединений деталей сельскохозяйственных машин.

Фундаментальные исследования по созданию сельскохозяйственной техники и развития учения о земледельческой механике провели В.П. Горячкин, И.И. Артоболевский, В.Н. Болтинский, П.М. Василенко, И.Ф. Василенко, В .А. Желиговский, Н.М. Летошнев, Г.Н. Синеоков, И.П. Ксеневич, С.А. Иофи-нов, С .А. Алферов, Н.И. Кленин, Э.И. Липкович, Э.В. Жалнин/Ю.А. Утков,

A.И. Завражнов, А.Ю. Измайлов, В.Д. Попов, A.A. Артюшин, Л.П. Корманов-ский и другие.

В решение проблем повышения эффективности технологических процессов растениеводства и животноводства большой вклад внесли В.Б. Рыков, С.А.Сидоров, И.Н. Краснов, Н.В. Валуев, Н.Е. Руденко, Е.И. Трубилин, Ю.И. Бершицкий, М.А. Таранов, Л.А. Шомахов, А.Б. Кудзаев, П.И. Бурак,

B.Ф. Некрашевич, A.A. Цымбал, В.Н. Плешаков, А.Н. Медовник,; Г.Г. Маслов и другие.

В решение проблем повышения надежности использования сельскохозяйственных машин большой вклад внесли М.Н. Ерохин, А.И. Селиванов, В.И. Черноиванов, В.М. Кряжков, В.П. Лялякин, Е.А. Пучин, В.И. Казарцев, А.Н. Зазуля, О.Н. Дидманидзе, Ю.А. Конкин, И.С. Левитский, В.М. Михлин,

A.Г. Пастухов, Э.А. Северный, В.В. Сафонов, Н.Ф. Тельнов, И.Е. Ульман,

B.И. Ципцин, М.Н. Фархшатов, Н.П. Алексенко, А.Т. Лебедев, М.И. Юдин, А.И. Сидоров, Р.Б. Кугель, С.П. Казанцев, М.М. Севернее, С.А. Иофинов и другие.

Основные методы расчета, конструирования, технологии изготовления и монтажа резьбовых соединений, используемые на данном этапе, сформированы на основе работ И.С. Антонова, И.А. Биргера, Х.У. Бугова, X. Виганда, К. Иллгнера, Г.Б. Иосилевича, A.C. Иванова, Н.Л. Клячкина, Д.Н. Решетова, М.А. Саверина, А.И. Сидорова, Б. Хааса, Г. Юнкера, А.И. Якушева и других.

Анализ несущей способности и долговечности резьбовых соединений деталей рабочих органов сложных по конструкции сельскохозяйственных ма-

шин на примере уборочных машин и наиболее простых-на примере машин для основной обработки почвы показал, что существующая методика расчета соединений не в полной мере учитывает основные факторы, способствующие разрушению крепежных деталей и не отвечает требованиям прочности, долговечности и экономичности агрегатов; превалируют большие изгибающие напряжения, возникающие при сдвиге соединяемых деталей в условиях виброперемещений, дополнительные растягивающие напряжения на наиболее растянутом волокне при частичном раскрытии соединений и явления фрикционно-механической и коррозионно-механической износоусталости.

На основании анализа состояния проблемы и в соответствии с поставленной целью были сформулированы рабочая гипотеза и задачи исследований.

Рабочая гипотеза - повысить долговечность резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин и снизить длительность простоя на ремонт техники в ответственные периоды выполнения сельскохозяйственных работ можно за счет применения уточненных методов расчета напряженно-деформированного состояния и новых конструктивных решений резьбовых соединений.

Задачи исследований:

1. Разработать методы и способы повышения долговечности резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин.

2. Провести мониторинг условий эксплуатации резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций типовых сельскохозяйственных машин.

3. Разработать структурную схему общей проблемы повышения долговечности резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин.

4. Обосновать методику расчета, наиболее полно отражающую реальное напряженно-деформированное состояние ответственных резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций, работающих в условиях сложного нагружения, и провести теоретические исследования различных соединений типовых сельскохозяйственных машин.

5. Установить оптимальные усилия затяжки ответственных резьбовых соединений и выработать условия нераскрытия стыка соединяемых деталей.

6. Разработать новые конструктивные решения и математические модели для тяжелонагруженных резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин с повышенной прочностью и долговечностью.

7. Разработать методы расчета различных резьбовых конструкций и выполнить численные эксперименты по установлению прочности и жесткости соединений, а также оптимизации основных геометрических параметров.

8. Выполнить сравнительные лабораторные и полевые экспериментальные исследования существующих и предлагаемых конструкций резьбовых соединений по определению их прочности и долговечности.

9. Выполнить технико-экономический анализ эффективности предложенных решений.

Во второй главе «Разработка методов и способов повышения долговечности резьбовых соединений сельскохозяйственных машии» представлены основные способы повышения долговечности резьбовых соединений, проведен мониторинг условий эксплуатации существующих конструкций резьбовых соединений сельскохозяйственных машин по геометрии, действующим нагрузкам и степени нагруженности, разработана структурная схема общей проблемы повышения долговечности резьбовых соединений сельскохозяйственных машин, представлена уточненная методика расчета резьбовых соединений с данными по сравнению прочности отдельных соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин и классической, общепринятой в настоящее время методике.

Сельскохозяйственные машины эксплуатируются в коррозионной и абразивной среде, поэтому грузонесущие резьбовые соединения деталей рабочих органов подвержены явлению коррозии и абразивному износу. Коррозионное разрушение резьбовой поверхности ведет к снижению напряжения начальной затяжки соединения, увеличению коэффициента основной нагрузки крепежной детали, срезу витков, обрыву стержня крепежной детали при затяжке, а также отвинчиванию гайки или винта.

Коррозионно-механический износ резьбового соединения приводит к нарушению условий эксплуатации деталей соединения рабочих органов, вследствие чего нарушается или полностью становится невозможным дальнейшая работа соединения рабочего органа или машины в целом без замены крепежных деталей, а в отдельных случаях и самой детали.

Агрессивная среда в процессе эксплуатации сельскохозяйственных машин ускоряет процесс износоусталостного разрушения соединений. Содержащиеся в почве частицы пыли размером от 25 до 250 мкм, при попадании в частично раскрытый стык, вызывают абразивный износ соединяемых и крепежных деталей, существенно снижая усталостную прочность.

Следовательно, грузонесущие соединения деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин в рядовых условиях эксплуатации подвержены явлению коррозионно-механической и фрикционно-механической усталости и испытывают максимальные пиковые и ударные нагрузки, существенно снижающие их долговечность, что в настоящее время не учитывается при расчете и проектировании ответственных соединений.

Предложена структурная схема общей проблемы повышения долговечности резьбовых соединений рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин (рис. 1).

Основными путями повышения долговечности резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин являются: разработка новых конструктивных решений резьбовых соединений, отвечающие основным способам; совершенствование метода расчета ГРС,

Структурная схема общей проблемы повышения долговечности резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин

Совершенствование метода расчета ГРС, работающих в условиях частичного раскрытия стыка и контактных виброперемещений

Совершенствование метода расчета ГРС, работающих в условиях сложного на-гружения с учетом контактных радиальных и угловых податливостей

Разработка новых конструктивных решений резьбовых соединений, включающие: уменьшение изгибающих напряжений под резьбовой частью и головкой болта; повышение равномерности распределения поперечной нагрузки в крепежных деталях резьбового соединения; повышение сопротивления резьбового соединения на сдвиг; обеспечение беззазорного или с минимальными зазорами установки крепежных деталей в отверстиях; сочетание конических и цилиндрических форм деталей сопряженных резьбовых соединений; формирование пространств и полостей для заполнения полимерным или композитным материалом_

Разработка технологии сборки и обеспечения напряжения начальной затяжки

Рисунок 1- Структурная схема общей проблемы повышения долговечности резьбовых соединений рабочих органов сельскохозяйственных машин

работающих в условиях частичного раскрытия стыка и контактных виброперемещений; совершенствование метода расчета ГРС, работающих в условиях сложного нагружения с учетом контактных радиальных и угловых податливо-стей; использование численных методов расчета ГРС; совершенствование методов стопорения от самоотвинчивания; совершенствование методов защиты соединений от коррозии.

На основе анализа влияния различных негативных факторов на долговечность резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин разработана классификация факторов износоусталостного разрушения резьбового соединения, работающего в условиях сложного нагружения, которая представлена на рисунке 2.

ИЗНОСОУСТАЛОСТНОЕ РАЗРУШЕНИЕ РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ

ПОВЕРХНОСТНОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ КРЕПЕЖНОЙ ДЕТАЛИ

Фреттинг - изнашивание

Фрикционно-контактнап усталость

Коррозия

ОБЪЕМНОЕ РАЗРУШЕНИЕ КРЕПЕЖНОЙ ДЕТАЛИ

Механическая усталость

Ударная усталость

Ударно-механическая усталость

Рисунок 2 - Классификация факторов износоусталостного разрушения соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин

Из этой схемы видно, что совместное воздействие на крепежную деталь поверхностных и объемных повреждающих факторов способствует износо-усталостному разрушению соединения.

Частичное периодическое раскрытие соединения ухудшает условия работы крепежных деталей и сопровождается:

- сдвигом соединяемых деталей, выбором зазоров в соединении, при котором силы трения в стыке становятся равными нулю, в результате чего крепежная деталь начинает изгибаться под действием поперечных сил, вызывая существенные увеличения изгибающих напряжений под головкой болта и первым витком резьбовой части. Причем эти зазоры различны для одной посадки, и те крепежные детали, которые поставлены с меньшими зазорами, вступают в работу раньше, чем крепежные детали, поставленные с большими зазорами. Этот факт свидетельствует о существенном неравномерном распределении нагрузки по крепежным деталям, что приводит к разрушению части крепежных деталей, поставленных с минимальными зазорами, когда в остальных сопряжениях имеет место зазор;

- изгибом стержня крепежной детали и резким увеличением растягивающих напряжений на наиболее растянутом волокне;

- появлением микроскольжения стержня крепежной детали и внутренней поверхности отверстий соединяемой детали, в результате чего изменяется микроструктура поверхности крепежной детали. Причем области деформационного скольжения специально не изолируются от попадания влаги и находятся в абразивной среде, поэтому износ носит коррозионно-контактный характер.

Эти факторы способствуют резкому снижению сопротивления усталости крепежных деталей основных грузонесущих соединений деталей сельскохозяйственных машин, что не учитывается классической методикой расчета соединений.

В настоящее время нет единого критерия износоусталостного разрушения соединений деталей сельскохозяйственных машин. Расчет коэффициентов запаса усталостной прочности проводят в основном по теории C.B. Серенсена и В.Н. Когаева, которая основана на гипотезе слабого звена, и запасы прочности определяются без учета таких дополнительных факторов, как износ крепежных и соединяемых деталей при частичном раскрытии стыка и коррозии.

Запас усталостной прочности соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин в зависимости от условий работы можно наиболее точно определить введением в выражение C.B. Серенсена и В.Н. Когаева дополнительного коэффициента К , зависящего от интенсивности износа и коррозии.

Тогда выражение для определения коэффициента запаса коррозионно-механической и фрикционно-механической усталостной прочности примет вид:

___

П° К^КХс.+Ус»

где первые три коэффициента известны и представляют собой: Ка- эффективный коэффициент концентрации напряжений; коэффициенты Kj и Кп учитывают размер детали и качество обработки ее поверхности; \|/ - коэффициент ас-симетрии цикла; К - коэффициент, учитывающий эффекты износа и коррозии, вводимый нами в формулу (1). Этот коэффициент должен учитывать два важ-

ных фактора - износ и коррозию, что можно учесть следующей записью К' = Ки ■ Кк,где Ки и Кк- коэффициенты, учитывающие фреттинг - изнашивание и коррозию.

На основе результатов многочисленных экспериментальных исследований примем этот коэффициент в пределах 1 < К* <3.

В выражении по определению запаса усталостной прочности по касательным напряжениям введем коэффициент равномерности распределения поперечной нагрузки между крепежными деталями Кр > 1 - он будет зависеть от типа соединения, конструктивного зазора в соединении, числа крепежных деталей и может находиться в диапазоне 15 Кр < 4.

Для посадки крепежных деталей с зазорами в групповом резьбовом соединении при г > 4 К, = 4, а при г = \Кр=\.

Тогда выражение для определения коэффициента запаса усталостной

прочности по касательным напряжениям примет вид:

=__

П' К КХ Кт+у/т' (2)

г а п р а т т

Предложен метод расчета напряженно-деформированного состояния применительно к резьбовым соединениям деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин при частичном раскрытии соединяемых деталей, которое имеет место при пиковых и ударных нагрузках, на основе метода изложенного в работе Х.У. Бугова с вышеприведенными уточнениями коэффициентов запаса износоусталостной прочности.

Определенные по классической и предлагаемой методикам коэффициенты запаса прочности тяжелонагруженных соединений сельскохозяйственных машин, имеющих долговечность существенно меньше долговечности соединяемых деталей составили: для соединения корпуса МКШ (механизм качающейся шайбы) к кронштейну рамы жатки комбайна «Дон-1500» соответственно 2,1 и 1,45; балки жесткости к ведущему мосту комбайна «Нива-Эффект» -1,9 и 1,35; корпуса подшипника вала измельчителя к раме кормоуборочного комбайна «Дон-680М» - 2,34 и 1,72; лемеха к шатуну копателя картофелеуборочного комбайна «8Е-140» -1,67 и 1,02; лемех-башмак лемешного плуга -1,32 и 0,77; башмак-стойка лемешного плуга - 1,84 и 1.

Данный факт показывает, что рассматриваемые основные соединения деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин не имеют достаточных для нормальной эксплуатации расчетных запасов прочности.

Для обеспечения достаточной плотности вышерассмотренных соединений с учетом коэффициента запаса надо назначать напряжения начальной затяжки существенно большие, чем заложенные в расчете по классической методике: для соединения механизм качающейся шайбы-кронштейн жатки комбайна «Дон-1500» это ст3 = 360 МПа, корпус подшипника клавиш соломотряса-рама молотилки комбайна «Нива-Эффект» - о3 = 473 МПа, балка жесткости -ведущий мост комбайна «Нива-Эффект» - о3 = 470 МПа, лемех-башмак ле-

мешного плуга - о3 = 440 МПа, башмак-стойка лемешного плуга - о3 = 3 76 МПа, корпус подшипника вала измельчителя-рама кормоуборочного комбайна «Дон-680М» - <т3 = 453 МПа, лемех-шатун копателя картофелеуборочного комбайна «SE-140» - <з3 = 440 МПа.

При этом в некоторых тяжелонагруженных соединениях приведенные напряжения в крепежных деталях приближены по значению к пределу текучести материала крепежа, и коэффициенты запаса прочности становятся равными или меньше единицы.

Вместе с тем учет максимальных растягивающих напряжений в результате изгиба стержня крепежной детали будет способствовать более точному определению коэффициентов запаса прочности соединений.

Эффективным способом повышения долговечности резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин, является исключение фактора деформационного скольжения между крепежными и соединяемыми деталями при одновременном выравнивании поперечных нагрузок.

Для снижения тягового сопротивления машин для основной обработки почвы и уменьшения расхода топлива необходимо существенно увеличить жесткость (сопротивление сдвигу) соединений основных деталей корпуса.

Этого можно достигнуть путем надлежащего изменения типовых конструкций резьбовых соединений, при котором обеспечивается равномерность распределения поперечной нагрузки в крепежных деталях и исключением раскрытия стыка в работе соединений.

В третьей главе «Обоснование новых конструктивных решений резьбовых соединений рабочих органов сельскохозяйственных машин» на базе основных способов, изложенных во второй главе приведены математические модели, методики расчета новых конструктивных решений, результаты теоретических исследований прочности и вероятности безотказной работы различных резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин.

Разработанные конструктивные решения сводят к минимуму негативные факторы, способствующие разрушению крепежных деталей.

Конструктивные решения отдельных соединений в различных реализациях показаны на рисунке 3. На рисунке 3 (а) представлена конструктивная схема, а на рисунке 3(6) - расчетная схема соединения с полупризонными (с небольшим расчетным зазором) болтами в одной детали и установленными в цилиндрические втулки под посадку без зазора в другой.

Данное соединение содержит втулку 4, детали 1 и 2, болт 3 с гайкой 5. В деталях 1 и 2 выполнено цилиндрическое отверстие на высоту соединяемых деталей, в котором со стороны головки, установлен болт с зазором Д. Со стороны гайки установлена втулка под посадку болта 3 без зазора. При сборке соединения болт 3 свободно проходит через отверстие детали 1, поскольку этот диаметр больше посадочного диаметра болта на 2 А и плотно входит в отверстие втулки 4 под посадку без зазора. Затем производится затяжка болтов на заданное усилие.

а) б) в)

Рисунок 3 - Конструктивные и расчетная' схемы предлагаемых резьбовых соединений (пат. РФ №2341693)

При работе группового болтового соединения под действием поперечных нагрузок все болты деформируются как трёхопорные стержни с двумя защемлёнными краями и одним опорным пояском, находящимся в пределах детали 1. Выбор расчетного зазора Д способствует выравниванию поперечной нагрузки. Вследствие этого повышается равномерность нагрузки всех болтов группового болтового соединения, воспринимающего срезающее усилие от общего сдвига двух деталей, повышается также реальная прочность и жесткость соединения, и исключается такая трудоемкая технологическая операция как совместная расточка соединяемых деталей.

На рисунке 3 (в) изображена предлагаемая конструкция с потайной головкой болта, которая используется в соединениях деталей рабочих органов машин для основной обработки почвы и копателей уборочных машин.

На рисунке 4 (а) изображена предлагаемая конструкция и расчетная схема шпилечного соединения (рис. 4 б).

Данное соединение содержит соединяемые детали / и 2, шпильку 3 с головкой под ключ и гайку 4. В детали / выполнено коническое отверстие высотой ¡1 для установки с натягом конической части шпильки. В детали 2 выполнено отверстие диаметром в котором поясок шпильки диаметром <12 установлен с расчетным зазором Д. При сборке соединения часть шпильки диаметром d| свободно проходит через отверстие детали 2 и производится вворачивание шпильки головкой с созданием натяга в конической части. Затем производится затяжка гайки 4 на заданное усилие. В условиях эксплуатации группового резьбового соединения под действием поперечных нагрузок все крепежные детали деформируются как трёхопорные стержни с двумя защемлёнными краями и одной опорой длиной /2, которая существенно снижает изгиб под резьбовой частью, находящейся в пределах детали 2.

Выбор расчетного зазора А способствует выравниванию поперечной нагрузки. При этом равномерность распределения поперечной нагрузки доходит до 1.

V

а) б)

Рисунок 4 - Конструктивная (а) и расчетная (б) схемы соединения (пат. РФ №2388940)

Для определения сил и моментов, изображенных на рисунках 3(6) и 4(6), составлены уравнения начальных параметров:

¿у М г2 Яг.

ск Е1Ж 2! £7.3! Е1,2! £7.3! £7.2! £7.3!

¿ж 'сЬ EI.ll Е1,2! £7.1!

ДДг-^У +--1---1--

(3)

(4)

£7.2! £/.1! £7.2!

При - = = -(А + тогда из (3) и (4) получим:

М е Я €

-Е1Х = (5)

-Е1:в = М/ + ^. (6)

При = тогда из (3) получим:

Е15=мА» , , м„(!и-е)2 ц,(1и-е? "26 2 6 '

При 2 = 1х.\д = 0й =0, тогдаиз(4) получим: ЯР1 Р а -Л2

К<и+^ + МЛеи-*)+ Л "2 ' =0- (8)

При г = £ 16 + А£ = Ср',у = -<5; 0 = 0о=О,

где - свободная от нагрузок малая консоль, расположенная за конечной точкой В в положительном направлении оси Ъ, м.

Выражения (3) и (4) с учетом этого примут вид:

™ - МЛ\ ямм -1)2 ЯХ1 -о3

2 6 2 6

, , (9)

МІ +

о „ 2

6

л.«' . . мдг -о . -е16у

сУ Р I»' _ 0

(10)

1

Полученная система уравнений, содержащая шесть неизвестных, является математической моделью рассматриваемой задачи.

Момент в опоре <і возникает в процессе защемления изгибающегося стержня в опоре и выбора зазора А по краям поясков (рис.4б).

На рисунке 5 показана схема контактных напряжений, действующих на стержень при его защемлении по краям пояска и момент" защемления Ма = Мзащ, эквивалентный моменту от реактивных сил.

При нулевом зазоре угол поворота сечения будет: = аг^ —,

т.е. есть контакт, но нет еще защемления. Это условие запишем в виде: при

£ і г = £, Л/, = 0, если 0 — < 0, если 0 — > 0, то Л/<( = Сг • Ав, 2 2

где £п- длина пояска детали, в котором при определенном зазоре Д между отверстием и стержнем крепежной детали происходит защемление стержня в поясках с образованием моментов Ма = М,ащ; С - жесткость углового защемления

Н • М Л

стержня в поясках, —9 - угол поворота сечения стержня, совпадающего с рад.

центром пояска детали, рад.; Д0 = 0 - 0, - приращение угла поворота за счет деформации детали закрепленными концами, перемещающимися в разные стороны, рад..

Схему нагружения данного соединения поперечными силами разделим на три этапа (рис. 6).

М.і-Мзош

(7І

а'г

2 зга; 3 УЪП

Рисунок 5 - Схема распределения Рисунок 6 - График этапов напряженно-нагрузки при защемлении стержня деформированного состояния

крепежной детали стержня крепежной детали

Первый этап. Выбор зазора Д в опоре стержня не происходит, а, следовательно, изгибающий момент в нем не возникает. Тогда реакции и моменты в точках А и С будут равны.

Второй этап. Смещения деталей таковы, что зазор Д выбирается, появляется реакция Я^, но нет защемления.

Условие, при котором начинается второй этап примет вид:

Третий этап начинается при условии, когда А0> О, т.е. А/,*0и имеет место защемление стержня крепежной детали.

Формулы для определения неизвестных усилий и моментов для каждого этапа будут разные, и эти усилия и напряжения от них будут кусочно-линейными функциями смещения 5.

При различных значениях конструктивного зазора А определяется смещение соединяемых деталей, при котором начинается их контакт с крепежными деталями. Затем определяется предельное смещение ¿ьред и, не меняя А, задается несколько значений 5 в пределах

(12)

Используя эти значения и решая совместно уравнения (5), (6), (7), (8), (9) и (10), определяются изгибающие напряжения в опасном сечении крепежной детали и коэффициенты запаса прочности, при которой эти напряжения достигают предела текучести. Необходимо также учитывать смещение деталей от сдвиговой деформации, зависящей от геометрических и механических характеристик крепежной детали и превосходящей, в ряде случаев, смещение от изгибающей деформации.

Конструкция соединения, показанная на рисунке 7(а), отличается тем, что в детали, к которой примыкает гайка, выполнено отверстие для установки цилиндрической втулки под посадку болта без зазора, переходящее к цилиндрической расточке меньшего диаметра, примыкающего к плоскости разъема, а в другой детали выполнено отверстие, в котором болт установлен без зазора.

Данное соединение содержит установленное в отверстие соединяемой детали 2 втулку 3, деталь 1 и болт 4 с гайкой 5.

о

Rd

Ra

Ш7-

б)

Рисунок 7 - Конструктивная (а) и расчетная (б) схемы предлагаемого по пат. РФ № 2350792 соединения

В детали 2 выполнено цилиндрическое отверстие диаметром сі6 и высотой І4 для установки втулки 3 диаметром <і5 с зазором Д под посадку болта 4 без зазора. В детали I выполнено отверстие диаметром в котором бол г установлен без зазора. При сборке соединения часть болта диаметром с14 свободно проходит через отверстие ¿3 детали /, и входит в отверстие цилиндрической втулки 3 под посадку без зазора, одновременно участок болта с пояском диаметром (із плотно входит в отверстие детали 1 на участке 1}. Затем производится затяжка болтов на заданное усилие. При работе соединения под действием поперечных нагрузок все болты деформируются как двухопорные стержни с двумя защемлёнными краями. При этом равномерность распределения поперечной нагрузки равна 1.

Использование предлагаемого соединения особенно эффективно в тяжело-нагруженных соединениях различных муфт, передающих значительные мощности.

Расчетная схема, по рисунку 7 (б), является частным случаем схемы соединения, изображенной на рисунке 3(6), и соответствует случаю, когда рас-

четный зазор Д = 0. При этом часть крепежной детали, расположенной в пределах детали 1, жестко защемлена и сдвигается как одно целое с деталью 1, не изгибаясь.

По вышеизложенной математической модели составлена программа расчета на ЭВМ для оптимизации соединений. При этом получены зависимости между силовыми характеристиками и напряжениями от смещения соединяемых деталей.

На рисунке - 8 приводятся графики зависимости изгибающих и приведенных напряжений, а также коэффициента запаса прочности от смещения соединяемых деталей для конструкции (рис. За) соединения корпуса подшипника клавиш соломотряса к раме молотилки комбайна «Нива-Эффект»: Ст], а2 и апр|, оПр2 - изгибающие и приведенные напряжения в сечениях, совпадающих с плоскостью разъема и опорной поверхностью головки болта; п - коэффициент запаса прочности соединения.

Л

сг-Ю.МПа

1.00

050

ар!

" п (

Ор?

4.4

15.8

I"

6.00

550 5.00 _4.50 4.00 Х50

__100

250 2.00 150 _ 1.00 050

6. ж

Рисунок 8 - Зависимость напряжений (стьстг^прь^прг) и запаса прочности (п) от смещения соединяемых деталей (5) для соединения корпуса подшипника соломотряса к раме молотилки комбайна «Нива-Эффект»

Из графиков видно, что приведенное напряжение под головкой болта опр2 существенно ниже, чем напряжение апр1 в сечении, совпадающим с плоскостью разъема. Первая точка перегиба графиков соответствует началу контакта пояска детали с телом болта, который появляется при А = 4,4 мкм, после чего стержень начинает работать как трехопорная система.

Вторая точка перегиба графиков соответствует началу защемления пояска крепежной детали с появлением реактивного момента при Д = 15,8 мкм.

В четвертой главе «Программа и методика экспериментальных исследований способов и технических средств повышения долговечности резьбовых соединений» поставлены задачи экспериментальных исследований, приведена используемая аппаратура, лабораторные установки и приборы для их проведения, модели предложенных и типовых крепежных деталей, описана методика проведения и обработки результатов экспериментальных данных.

Исследование прочности и жесткости предложенных и типовых конструкций проводили на экспериментальной установке с использованием специально изготовленных приспособлений (рисунок 9 а, б).

Рисунок 9 - Общий вид экспериментальных установок для испытаний резьбовых соединений: а - с приспособлением для исследования прочности резьбовых соединений; б - с приспособлением для исследования контактной радиальной и угловой податливостей соединения

Исследовались различные методы обеспечения напряжения начальной затяжки в крепежных деталях. Затяжку проводили динамометрическим ключом по моменту завинчивания с одновременным измерением угла поворота. Контрольным параметром для эксперимента являлась относительная деформация тел крепежных деталей, фиксируемая с помощью тензостанции с точностью до 2 относительных единиц деформации, что составляет 1% измеряемых величин.

Испытывались резьбовые соединения, в которых были последовательно установлены по шесть болтов в каждом. Соединение нагружалось сдвигающей силой, которая менялась от 0 до 22-Ю3 Н. В первом случае испытывалось соединение со свободно установленными болтами (рисунок 10 а), а в остальных случаях были испытаны предложенные конструкции (рисунок 10 б, в). Во всех лабораторных экспериментах на сдвиг соединяемых деталей использовались резьбовые детали М10х50. При этом напряжение начальной затяжки, создаваемое при завинчивании гайки с помощью динамометрического ключа, контролировалось по относительной деформации стержня болта с помощью тензодат-чиков и менялось от 50 до 200 МПа. Одновременно контролировались изгибающие напряжения под резьбовой частью и головкой болта, поперечная нагрузка, смещение соединяемых деталей, неподвижность головок болтов и гаек.

Рисунок 10 - Испытуемые крепежные детали типовой (а) и предлагаемых

конструкций (б и в)

Исследования по определению контактной радиальной и угловой подат-ливостей соединяемой детали-болт - проводили на экспериментальной установке для испытания резьбовых соединений, работающих на сдвиг, с использованием специально изготовленного приспособления (рисунок 9 б).

Испытания проводили для стержней крепежных деталей диаметром 10 мм с различными диаметральными зазорами между пояском крепежной детали и отверстием в соединяемой детали, которые менялись от 150 до 550 мкм. Поперечная нагрузка на стержень крепежной детали менялась от 500 до 5-Ю3 Н с интервалом 500 Н.

Исследования жесткости соединений натурного корпуса лемешного плуга проводились для соединений корпуса плуга башмак-стойка и стойка-рама. К соответствующим деталям прикладывались усилия, равные действительным, возникающим в рядовых условиях эксплуатации для средних и тяжелых почв.

В испытаниях был использован лабораторный стенд навесного плуга, смонтированный на железобетонной раме неподвижно. Для создания нагрузок на детали корпуса плуга применяли гидравлический пресс, шток которого был

жестко закреплен с силоизмерительным устройством, состоящим из динамометрического кольца и индикатора часового типа (рис. 11).

Соединения башмак-стойка и стойка-рама нагружались сдвигающей силой, соответствующей продольной составляющей тягового сопротивления, которая менялась от 103 до 11-Ю3 Н. Испытания соединений проводились при напряжениях начальной затяжки крепежных деталей, равных 50, 100, 150, 200 и 250 МПа. По найденным значениям смещений определялся угол поворота башмака относительно стойки и стойки относительно рамы в вертикальной плоскости.

1 - индикаторы часового типа; 2 - испытуемая крепежная деталь;

3 - динамометрическое кольцо; 4 - гидравлический пресс Рисунок 11 - Общий вид лабораторной установки для испытания соединений деталей лемешного плуга

Лабораторные исследования прочности и долговечности типовых и предлагаемых конструкций в условиях знакопеременного динамического нагруже-ния проводили для соединения опоры вала неуравновешенного ротора с рамой. Для этого была сконструирована специальная экспериментальная установка с использованием балансировочно-измерительного прибора БИП-9М (рис. 12). Для ужесточения условий работы соединения, испытания проводились при частоте вращения вала ротора, равной первой критической скорости - 95,6 рад/сек, что соответствовало 913 об/мин. Исследование максимальных знакопеременных изгибающих напряжений проводили по величине амплитуды виброперемещений гаек относительно головок болтов с помощью вибродатчиков. Также определялись размах виброперемещения вала ротора и виброперемещения корпуса подшипника относительно рамы. Испытывались болты М 6x35, изготовленные из стали 45, в которых были созданы одинаковые измеряемые напряжения начальной затяжки 200 МПа. Диаметр вала ротора составлял 15 мм, масса насаженного диска 3 кг.

1-балансировочно-измерительный прибор БИП - 9М; 2-привод вала;

3-испытуемые резьбовые соединения; 4-датчики виброперемещений;

5-вал с насаженным диском; 6-тахометр; 7-указатель тахометра

Рисунок 12 - Общий вид экспериментальной установки для исследования прочности и долговечности резьбовых соединений в условиях динамических нагрузок

Полевые исследования долговечности соединений лемешных плугов проводились на плугах ПЛН-8-35 в течении 3 агросезонов при средней годовой наработке 900 га на один агрегат выщелоченного чернозема в Урванском, Майском и Прохладненском районах КБР. Во всех 8 корпусах одного плуга были поставлены предложенные для внедрения крепежные детали в соединениях лемех-башмак, башмак-стойка и стойка-рама, а в остальных корпусах были поставлены стандартные болты. В болтах были созданы одинаковые измеряемые напряжения начальной затяжки и в процессе работы не перезатягивались, а доводились до частичного или полного разрушения.

Исследования долговечности отдельных соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций уборочных машин проводили в Урванском, Майском и Прохладненском районах КБР, с использованием комбайнов «Дон -1500», «Нива-Эффект», «Дон-680» и «8Е-140». Во всех крепежных деталях при исследовании долговечности соединений были созданы одинаковые измеряемые напряжения начальной затяжки, которые в процессе испытания не перезатягивались, а доводились до частичного разрушения.

На рисунке 13 приведены разработанные конструктивные решения для различных соединений: лемех-башмак (пат. РФ №2341693) (рис. 13 а); башмак-стойка (пат. РФ № 2263828) (рис.13 б); стойка-рама (пат. РФ № 2350792)

(рис.13 в); МКШ к раме жатки комбайна «Дон-1500» (пат. РФ № 2388940) (рис. 13 г); корпуса подшипника клавиши соломотряса к раме молотилки комбайна «Нива-Эффект» (пат. РФ №2341693) (рис. 13 д); корпуса подшипника вала измельчителя к раме кормоуборочного комбайна «Дон-680М» (пат. РФ №2263828) (рис.13 е).

Рисунок 13 - Крепежные детали предлагаемых конструкций

В пятой главе «Результаты экспериментальных исследований способов и технических средств повышения долговечности резьбовых соединений» приведены результаты лабораторных и полевых исследований.

Для подтверждения результатов теоретических исследований прочности типовых и предлагаемых конструкций резьбовых соединений, приведенных во второй и третьей главах, проведены лабораторные и полевые экспериментальные исследования.

Определены контактные податливости соединяемых и крепежных деталей, используемые в математической модели.

Оптимизацию соединения башмак-стойка лемешного плуга, работающего в условиях сложного нагружения, основным критерием которого было принято максимальное значение силы сопротивления при сдвиге соединяемых деталей, провели с помощью метода планирования полнофакторного эксперимента

(Бокса-Бенкина). Адекватность моделей проверена по критерию Фишера, вос-производимость-по критерию Кохрена.

Интервалы варьирования и уровни факторов приняты в соответствии с результатами исследований.

Для трехфакторного эксперимента получено следующее уравнение рег-

рессии:

У ~Ь0 + blXt+b1X2 +Ь,Хз + ЬпХ^Х2 + ЬпХхХг +

+ Ь21ХгХ3 + Ь11Х1 + Ь11Х1 + Ь33Х2

(13)

После преобразования уравнения (13) с учетом коэффициентов регрессии, получена математическая модель: ■ в кодированном виде

YJm =9,46-1,35*, +1,15*, -0,15^ + 0,55*,Z2 -0,05*,*, -0,35*2*, -- 0,93z,2 + 0,9 \Х] - 0,1 IXl > ■ в натуральном виде R = 37,86 + 337,7А - 5,79£ +1,89^ +137,5Ai -12,5Л( р - 0,

-233350Д2 +0,22^2 -0,03^2.

' ' р

(14)

(15)

Эта модель имеет экстремум (мах): координаты точки экстремума определяют оптимальные геометрические параметры данного соединения: зазор А = 0,004 мм; расстояние / = 13,3 мм; длина пояска 1Р = 10,1 мм.

С использованием компьютерной программы Mathcad 2000 Professional и полученных данных были построены линии равного уровня изменения силы сопротивления от геометрических параметров соединения (рис. 14).

&

1-6.6 8

Рисунок 14 - Двумерные сечения (а) и поверхность отклика (б) зависимости силы сопротивления при сдвиге соединения башмак-стойка от зазора {X,) и

длины пояска (Х3)

Результаты исследований различных методов контроля напряжения начальной затяжки показали, что расчетный момент на динамометрическом ключе в среднем на 24% больше, чем действительный для создания напряжения в 100 МПа и до 30% для создания напряжения в 200-300 МПа.

По результатам лабораторных исследований прочности типовых и предлагаемых соединений была получена зависимость изгибающих напряжений под резьбовой частью болтов и смещение соединяемых деталей от поперечной нагрузки при напряжении начальной затяжки 50 и 200 МПа (рис. 15).

о*Ю6. Па • /V 6. мкм

300 У 600 500

200 / т 300

100 / 200

// з 100

0 5 10 15 20РС*103.Н

Рисунок 15 - Зависимости изгибающих напряжений в болтах (о), (1,3 и 5) и смещений соединяемых деталей (5), (2,4 и 6) от поперечной нагрузки (Гс) при напряжении начальной затяжки 50 МПа:

1 и 2 - типовой конструкции с зазором; 3 и 4 - конструкции по пат. РФ №2341693; 5 и 6 - конструкции по пат. РФ № 2350792

На рисунке видно, что предлагаемая конструкция соединения (пат. РФ №2341693), уменьшает в 19,6 раз изгибающие напряжения в резьбовой части, по сравнению с типовой, а жесткость соединения возрастает в 14,9 раз (рис. 15,' зависимости 3 и 4).

В конструкции соединения (пат. РФ № 2350792) изгибающие напряжения под резьбовой частью по сравнению с типовой уменьшаются до 28 раз, а жесткость соединения возрастает до 29 раз (рис.15, зависимости 5 и 6). При максимальном смещении соединяемых деталей, головки болтов и гайки оставались неподвижными относительно опорных частей.

При увеличении напряжения начальной затяжки до 200 МПа в предложенных испытуемых соединениях указанный выше эффект снижается и повышается жесткость соединения со свободно установленными крепежными дета-

лями, так как реализуется сила трения между соединяемыми деталями. Однако необходимо иметь в виду то, что при работе соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин в условиях динамических и пиковых нагрузок, силы трения практически не будут проявляться.

При лабораторном исследовании прочности резьбового соединения со свободно установленными болтами по критерию достижения предела текучести в наиболее опасном волокне изгибающие расчетные напряжения под резьбовой частью, определяемые при сдвиге соединяемых деталей, были больше, чем измеряемые напряжения с помощью тензостанции в 1,125 раз. Эта разница объясняется тем, что принятая в расчетной схеме жесткая заделка концов стержня болта не полностью реализуется в резьбовой части, а также погрешностью эксперимента. которая составляет около 2%. Для предлагаемого резьбового соединения (пат. РФ №2341693) расчетные изгибающие напряжения под резьбовой частью были в 1,05 раза больше, чем определенные экспериментальным путем с помощью тензометрирования.

При исследовании углового перемещения башмака относительно стойки, под действием поперечных сил, жесткость предлагаемой конструкции соединения по сравнению с типовой увеличилась более чем в 11раз при напряжениях начальной затяжки болтов, равных 50, 100 и 150 МПа и более чем в 13 раз при напряжении начальной затяжки 200 МПа (рис.16).

По результатам лабораторных исследований контактной радиальной и угловой податливостей соединяемой детали-болт были получены зависимости контактных напряжений, момента в заделке, перемещения, угла поворота, радиальной и угловой жесткостей от поперечной силы (рис.17).

Из графиков видно: контактные радиальная и угловая жесткости соединяемых деталей являются Рисунок 16 - Зависимость угла поворота башмака нелинейными функциями (Дф) относительно стойки от нагрузки (F) со 0т поперечной нагрузки; стандартными (а) и предлагаемыми (б) крепеж- контактные жесткости со-ными деталями (пат. РФ № 2263828) при напря- единяемых деталей суще-жении начальной затяжки 200 МПа ственно снижаются при

появлении пластических деформаций в стержне крепежной детали при нагрузке свыше 3300 Н.

Р. н

Рисунок 17- Зависимости перемещения (ДВ), момента заделки (М3), угла поворота (Лф), контактных напряжений (стк), радиальной (Ск) и угловой (Сф) жесткостей от поперечной нагрузки на резьбовое соединение (Р)

Результаты сравнительных испытаний прочности и долговечности в условиях динамических нагрузок на примере соединений опор валов роторных рабочих органов к раме показали, что ослабления затяжки типовых крепежных деталей с появлением устойчиво определяемого виброперемещения по плоскости разъема соединяемых деталей наступала в среднем при 0,7-106 циклов нагружения, а частичное разрушение при 0,91 ■ 10" циклов, что соответствует 0,9-1 * 106 оборотам вращения вала. Частичное разрушение предлагаемого соединения (пат. РФ №2341693) происходило в среднем при 3,3 - 3,7-106 циклов нагружения. При этом имело место ослабление затяжки и частичное раскрытие, но отсутствовало виброперемещение по плоскости разъема, что свиде-

тельствует о повышенной равномерности распределения поперечной нагрузки.

Такая большая разница долговечностей свидетельствует о том, что в реальных условиях эксплуатации соединений рабочих органов сельскохозяйственных машин имеет место существенная неравномерность нагрузки типовых крепежных деталей переменными сдвигающими усилиями, способствующая их ускоренному разрушению.

В условиях ослабления затяжки происходит частичное раскрытие соединений, сопровождающееся скольжением соединяемых деталей, прижатых к крепежным деталям, в результате чего крепежные детали изгибаются с резким повышением изгибающих напряжений. Данный факт является причиной возникновения фрикционно-механической износоусталости соединений деталей уборочных машин с большим количеством вращающихся рабочих органов.

Результаты полевых исследований долговечности различных типов конструкций для соединений лемешных плугов, эксплуатируемых при обработке тяжелых по механическому составу почв, показали, что долговечность предложенной конструкции для соединения лемех-башмак (пат. РФ №2341 693) составила 36-39 га, что более чем в 1,7 раза выше долговечности типового соедине

ния, которое составило в среднем 16-22 га (рис.18). Разрушение соединения при этом происходило после существенного износа лемеха и головки болтов по высоте, что приводило к быстрому ослаблению затяжки из-за больших деформаций головки болта. Разрушение стандартных болтов происходило всегда под резьбовой частью из-за интенсивного изгиба стержня болта вследствие значительного смещения соединяемых деталей.

Для предлагаемой конструкции соединения башмак-стойка (пат. РФ № 2263828) расчетный коэффициент запаса прочности, полученный по приведенной выше математической модели, равнялся 1,66, при этом все 32 новых болта, использованных в эксперименте в 8 корпусах, не разрушились до конца эксперимента при наработке 360 га на один корпус, а долговечность типовой конструкции без перезатяжки в среднем составила 40-50 га (рис.18).

Болты соединения стойка-рама предложенной конструкции (пат. РФ № 2350792) не разрушились до конца эксперимента при наработке 360 га на один корпус за три агросезона, а долговечность типовой конструкции в среднем составила 70 га без перезатяжки.

4

Лемех-башмак 'ПЛН-8-35'

Башмак-стайка

тн-в-зв-

тн- 8-35'

Лемех-шатун комбайна УЕ-КО"

соединения

и

¡¡¡¡я

Рисунок 18 - Наработки до ослабления и частичного разрушения типовых и новых резьбовых соединений лемешного плуга ПЛН-8-35 и картофелеуборочного комбайна "БЕ -140"

Проведенные полевые экспериментальные исследования долговечности типового соединения лемеха к шатуну подкапывающего устройства картофелеуборочного комбайна «БЕ-140» при работе на тяжелых почвах показали его низкую долговечность: в среднем 22-27 га (рис.18). Расчетный коэффициент запаса прочности для предлагаемой конструкции составил 1,97, а средняя долговечность соединения 60-65 га (пат. РФ №2341693), что примерно соответствовало долговечности стандартного лемеха копателя.

Полевые исследования долговечности соединения МКШ к кронштейну рамы жатки комбайна «Дон-1500» показали, что долговечность предложенной конструкции (пат. РФ № 2388940) составила в среднем 340 часов работы комбайна в рядовых условиях, что в среднем составляет 80 % от сезонной наработки (рис.19). Этот показатель в 3,7 раза выше долговечности типового соединения, среднее значение которого в нашем эксперименте составило 90 часов.

Предложенные конструкции болтов и шпилек при исследовании долговечности соединения балки жесткости к ведущему мосту и к раме молотилки комбайна «Нива-Эффект» (пат. РФ №2341693 и № 2388940) не разрушились до конца эксперимента при наработке 900 га за три агросезона, а частичное разрушение типовых конструкций происходило в среднем при 150-170 га наработки (рис.19).

Предложенные конструкции для соединения корпуса подшипника клавиш соломотряса к раме молотилки комбайна «Нива-Эффект» (пат. РФ №2341693) не разрушились до конца эксперимента при наработке 900 га за три агросезона, а снижения напряжение затяжки и частичное раскрытие стыка типовой конструкции наступало в среднем при 160-185 га (рис.19).

Рисунок 19 - Наработки до ослабления и частичного разрушения типовых и новых резьбовых соединений комбайнов "Дон-1500", "Дон-680" и "Нива-Эффект"

Сравнительные полевые испытания долговечности резьбового соединения корпуса подшипника вала измельчителя к раме кормоуборочного комбайна «Дон-680М» показали высокую долговечность предложенной конструкции (пат. РФ № 2263828). Новые конструкции крепежных деталей не разрушились до конца эксперимента при наработке 700 часов за два агросезона, что в среднем составляет 840 га, а средняя долговечность типовой конструкции без перезатяжки составила 280 га (рис.19).

В шестой главе «Экономическая эффективность результатов научных исследований» определена экономическая эффективность при реализации предложенных разработок по повышению долговечности резьбовых соединений сельскохозяйственных машин. Результаты расчета подтвердили эффективность использования предложенных способов и конструктивных решений в ответственных резьбовых соединениях деталей рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин.

Использование предлагаемых конструкций в соединениях лемех- башмак, башмак-стойка и стойка-рама лемешного плуга ПЛН-8-35, эксплуатируемого при пахоте тяжелых почв с годовой наработкой 450 часов, сократили простои агрегата на ремонт и перезатяжку крепежных деталей на 27 часов, при этом производительность увеличивается в среднем на 6,4 % за счет уменьшения времени простоев по сравнению с агрегатами со стандартными крепежными деталями в соединениях. Среднегодовое сокращение затрат на топливо от уменьшения удельной энергоемкости пахоты составило 7%, в суммарном выражении для лемешного плуга ПЛН-8-35 экономическая эффективность составит 91980 рублей.

По отдельным тяжелонагруженным соединениям деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин, имеющих низкую долговечность, годовая экономия по средним ценам на 2012 г. составит: для механизма качающейся шайбы-кронштейн рамы жатки комбайна «Дон-1500» - 8824 руб., для корпуса подшипника клавиш соломотряса-рама молотилки и балка жесткости-ведущий мост комбайна «Нива-Эффект» - 3250 руб., для корпуса подшипника вала измельчителя-рама кормоуборочного комбайна «Дон-680М» - 2450 руб., а для лемех-шатун копателя картофелеуборочного комбайна «БЕ-МО» - 1240 рублей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Резьбовые соединения являются самым распространенным видом крепежа рабочих органов и их деталей в сельскохозяйственных машинах. От их долговечности до 70% зависит работоспособность машин, что делает повышение долговечности резьбовых соединений важной народнохозяйственной проблемой.

2. Известные конструктивные решения по резьбовым (болтовым) соединениям любых типоразмеров и методы их расчета на прочность требуют корректировки с учетом новых процессов и факторов, выявленных в последнее время в соединяемых деталях и самом резьбовом соединении. В частности, не учитывались частичное раскрытие стыка соединяемых деталей при ударных нагрузках и факторы фрикционно-механической, и контактно-механической усталости материала.

3. Для существенного повышения долговечности резьбовых соединений в эксплуатационных условиях работы сельскохозяйственных машин целесообразно использовать следующие способы, включающие: уменьшение изгибающих напряжений под резьбовой частью и головкой болта; повышение равно-

мерности распределения поперечной нагрузки в крепежных деталях резьбового соединения; беззазорную или с минимальными зазорами установку крепежных деталей в отверстиях; сочетание конических и цилиндрических форм деталей сопряженных резьбовых соединений; формирование пространств и полостей для заполнения полимерным или композитным материалом; повышение сопротивляемости резьбового соединения на сдвиг; снижение трудоемкости изготовления, разборки и сборки, а также ремонта резьбовых соединений.

В совокупности эти способы составляют современную концепцию решения проблемы прочности и долговечности резьбовых соединений на данном этапе их развития.

4. Мониторинг условий эксплуатации резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин показал, что используемые в них типовые решения обладают существенными недостатками и не обеспечивают достаточной жесткости и прочности соединений, что часто приводит к разрушению ответственных соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций, и приводит, в свою очередь, к значительному снижению эффективности использования сельскохозяйственных машин.

5. Предложена структурная схема решения общей проблемы повышения долговечности грузонесущих резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин, которая включает: классификацию основных видов нагружения резьбовых соединений; основные критерии работоспособности резьбовых соединений; основные виды отказов с учетом частичного раскрытия стыка; виды фрикционно-механической и контактно-механической износоусталости; основные пути повышения долговечности резьбовых соединений.

6. Оптимальные значения напряжений начальной затяжки, полученные для различных соединений сельскохозяйственных машин, где в рядовых условиях эксплуатации имеет место частичное раскрытие стыка, равны: для соединения механизма качающейся шайбы к кронштейну рамы жатки комбайна «Дон-1500» - о3= 360 МПа; для соединения корпуса подшипника клавиш соломотряса к раме молотилки комбайна «Нива-Эффект» - ст3= 473 МПа; балки жесткости к ведущему мосту комбайна «Нива-Эффект» - сг3= 470 МПа; лемеха к башмаку лемешного плуга - ст3= 440 МПа; башмака к стойке лемешного плуга -с3= 376 МПа; корпуса подшипника вала измельчителя к раме кормоуборочного комбайна «Дон-680М» - а3= 453 МПа; лемеха к шатуну копателя картофелеуборочного комбайна «5Е-140» - с3= 440 МПа.

7. Использование предложенных конструкций резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин, защищенные 15 патентами, решает проблему значительного повышения прочности и долговечности рассматриваемых соединений без существенных расходов, связанных с использованием дорогих высокопрочных материалов или увеличением размеров и масс изделий. Установлено, что максимальные напряжения в крепежных деталях уменьшаются до 9,7 раз, а жесткость соединений возрастает до 14,5 раз, при вероятности безотказной работы равной 0,9881, по основным критериям работоспособности.

8. Наработка на отказ предложенных конструкций резьбовых соединений существенно выше типовых: для соединения механизма качающейся шайбы-кронштейн рамы жатки комбайна «Дон-1500» - в 3,8 раз (предлагаемые - 750800 га, а типовые - 200-220 га, при годовой наработке 900 га); соединения корпуса подшипника клавиш соломотряса к раме молотилки комбайна «Нива-Эффект» - в 4,8 раз (900 га, и 160-185 га, соответственно, при годовой наработке 300 га); балка жесткости-ведущий мост и рама комбайна «Нива-Эффект» -в 5,2 раза (900 га, и 150-170 га, при годовой наработке 300 га); лемех-башмак лемешного плуга - в 1,7 раза (36-39 га, и 16-22 га, при годовой наработке 120 га на один корпус); башмак-стойка лемешного плуга - в 7,2 раз (360 га, и 40-50 га, при годовой наработке 120 га на один корпус); стойка - рама лемешного плуга - в 5,14 раза (360 га, и 70 га, при годовой наработке 120 га на один корпус); корпус подшипника вала измельчителя - рама кормоуборочного комбайна «Дон-680М» - в 3 раза (840 га, и 280 га, при годовой наработке 420 га); лемех-шатун копателя картофелеуборочного комбайна «SE-140» - в 2,5 раза (65 га, и 22-26 га, при годовой наработке 200 га); долговечность предлагаемой конструкции резьбового соединения для опоры неуравновешенного вала ротора с рамой больше долговечности типовой конструкции с зазором в 3,9 раза (пат. №2341693).

9. Применение предлагаемых конструкций в соединениях лемех-башмак, башмак-стойка и стойка-рама лемешных плугов ПЛН-8-35, эксплуатируемых при пахоте тяжелых почв с годовой загрузкой 450 часов, сокращает простои агрегата на ремонт и перезатяжку крепежных деталей на 27 часов, при этом производительность увеличивается в среднем на 6,4 % за счет уменьшения времени простоев по сравнению с агрегатами со стандартными крепежными деталями в соединениях.

Среднегодовое сокращение затрат на топливо от уменьшения удельной энергоемкости пахоты составляет 7%.

10. Расчеты экономической эффективности при максимальной сезонной наработке показали существенное преимущество предложенных соединений по сравнению с типовыми. По отдельным тяжелонагруженным соединениям деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин, имеющих низкую долговечность, годовая экономия по средним ценам 2012 г. составляет: механизм качающейся шайбы-кронштейн рамы жатки комбайна «Дон-1500» - 8824 руб., при наработке 900 га, корпус подшипника клавиш соломотряса-рама молотилки и балка жесткости-ведущий мост комбайна «Нива-Эффект» - 3250 руб. при наработке 300 га, корпус подшипника вала измельчителя-рама кормоуборочного комбайна «Дон-680М» - 2450 руб., при наработке 420 га, лемех-шатун копателя картофелеуборочного комбайна «SE-140» - 1240 руб., при наработке 200 га, соединения деталей корпуса культурного лемешного плуга ПЛН - 8-35 при работе на тяжелых почвах 91980 рублей, при наработке 900 га.

11. Разработанные методы для численных расчетов прочности и жесткости групповых резьбовых соединений, воспринимающие переменные сдвигающие усилия с учетом контактных радиальных и угловых податливостей, могут

быть использованы в практике проектирования и ремонта сельскохозяйственных машин.

Основные публикации по теме диссертации: Статьи в журналах из перечня ВАК

1. Егожев A.M. Износоусталость фланцевых соединений валов [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев // Тяжелое машиностроение, № 4. - М., 1998,- С. 37-39.

2. Егожев A.M. Резьбовое соединения повышенной прочности [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев // Тракторы и сельскохозяйственные машины, №11.- М., 2008. - С. 48-49.

3. Егожев A.M. Износоусталостная прочность резьбовых соединений [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев // Тракторы и сельскохозяйственные машины, №12 - М 2008 -С. 40-41.

4. Егожев A.M. Конструкция соединения валов силовых машин повышенной прочности [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев // Тяжелое машиностроение, № 6. - М., 2008. - С. 11-13.

5. Егожев A.M. Болтовое соединение повышенной прочности [Текст] / A.M. Егожев // Механизация и электрификация сельского хозяйства, №11. - М., 2008. - С. 48.

6. Егожев A.M. Математическая модель уточненного расчета динамики роторов силовых машин [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев, Е.М. Озрокова, Е.А. Полищук // Тяжелое машиностроение, № 2. - М., 2009. - С. 12-15.

7. Егожев A.M. Определение коэффициента запаса прочности резьбовых соединений [Текст] / A.M. Егожев // Механизация и электрификация сельского хозяйства, № 3 - М 2009. - С. 33-35.

8. Егожев A.M. Уточненный расчет ответственных резьбовых соединений деталей при совместном нагружении [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев, Е.А. Полищук // Вестник машиностроения, № 6. - М., 2009. - С. 8 -11.

9. Егожев A.M. Повышение прочностной надежности резьбовых соединений лемешных плугов [Текст] / A.M. Егожев // Механизация и электрификация сельского хозяйства, № 11.-М., 2009.-С. 31-32.

10. Егожев A.M. Расчет динамической устойчивости вращающихся узлов [Текст] /

A.M. Егожев, Е.А. Полищук//Тракторы и сельскохозяйственные машины, №12 -М 2010 -

С. 34-36.

11. Егожев A.M. Эксплуатационная надежность резьбовых соединений [Текст] / A.M. Егожев // Тракторы и сельскохозяйственные машины, №1. - М., 2011. - С. 38-39.

12. Егожев A.M. Метод уточненного расчета на прочность деталей с контактирующими резьбовыми соединениями [Текст] / A.M. Егожев // Тракторы и сельскохозяйственные машины, № 10.-М., 2011.-С. 39-41.

13. Егожев A.M. Износоусталость соединешй рабочих органов сельскохозяйственных машин [Текст] / Л.А. Шомахов, A.M. Егожев, С.А. Твердохлебов // Труды Кубанского ГАУ. - Краснодар, 2011. - Вып. 6(33). - С. 164-169.

14. Егожев A.M. Повышение работоспособности резьбовых соединений сельскохозяйственных машин [Текст] /Л.А. Шомахов, A.M. Егожев, С.А. Твердохлебов // Труды Кубанского ГАУ. - Краснодар, 2011. - Вып. 6(33). - С. 201-205.

15. Егожев A.M. Совершенствование соединений деталей сельхозмашин [Текст] / A.M. Егожев // Тракторы и сельскохозяйственные машины, № 5. - М., 2012. - С. 42-44.

16. Егожев, A.M. Математическая модель соединений сельхозмашин с учетом податливости соединяемых деталей [Текст] / A.M. Егожев // Тракторы и сельскохозяйственные машины, № 12. - М., 2012. - С. 42- 44.

Монографии

17. Егожев A.M. Конструктивно-технологические решения повышения эффективности функционирования соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин / A.M. Егожев. - Нальчик: «Полиграфсервис и Т», 2013. - 268с.

Патенты

18. Пат. № 2169876 Российская федерация, МПК7 F16L23/00. Узел фланцевого соединения [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев, А.Ц. Хамуков, JI.X. Семенов, A.A. Сотников, И.М. Пылев; заявитель и патентообладатель Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия. - № 99117190; заявл. 04.08.1999; опубл. 27.06.01, Бюл. №18 -4с.: ил.

19. Пат. № 2263828 Российская федерация, МПК7 F16B 5/02. Узел соединения деталей машин [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев, Б.А. Гудов, В.А. Демьянов, А.К. Апажев, Ф.Х. Канкулова; заявитель и патентообладатель Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия. - №2004106221/11; заявл. 02.03.2004; опубл. 10.11.05, Бюл. №31 - 4с.: ил.

20. Пат. № 2266441 Российская федерация, МПК7 F16B 5/02. Узел фланцевого соединения [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев, А.К. Апажев, В.А. Демьянов, Ф.Х. Канкулова; заявитель и патентообладатель Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия,- № 2004106222/11; заявл. 02.03.2004; опубл. 20.12.05, Бюл. №35 - 4с.: ил.

21. Пат. № 2293225 Российская федерация, МПК7 F16B 5/02. Узел соединения деталей машин [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев, В.А. Демьянов, JI.X. Семенов, A.A. Соттаев; заявитель и патентообладатель Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия,- № 2003118107; заявл. 16.06.2003; опубл. 10.02.07, Бюл. №4 - 4с.: ил.

22. Пат. № 2341693 Российская федерация, МПК7 F16B 5/02. Узел соединения деталей машин [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев, А.Х.Сохроков, В.А. Демьянов, А.К. Апажев, А.Х. Маремуков; заявитель и патентообладатель Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия - № 2006103445/11; заявл. 06.02.2006; опубл. 20.12.08, Бюл. №4 - 4с.: ил.

23. Пат. № 2319868 Российская федерация, МПК7 F16B 5/02. Узел соединения деталей машин [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев, А.К. Апажев, В.А. Демьянов, Ф.Х. Канкулова, Е.А. Бездольников; заявитель и патентообладатель Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия,- №2006109 292 /11; заявл. 23.03.2006;опубл.20.03.08, Бюл. №8 - 5 е.: ил.

24. Пат. № 2341694 Российская федерация, МПК7 F16B 5/02. Узел соединения деталей машин [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев, В.А. Демьянов, А.К. Апажев, А.Х. Маремуков; заявитель и патентообладатель Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия. - № 20061473 52/11; заявл. 29.12. 2006; опубл. 20.12.08, Бюл. №4 - 4с.: ил.

25. Пат. № 2342569 Российская федерация, МПК7 F16B 5/02. Узел соединения деталей силовых машин [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев, А.К. Апажев, В.А. Демьянов, М.Х. Миси-ров, К.Х. Карданов; заявитель и патентообладатель Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия.- №2007112 752/11; заявл. 05.04. 2007; опубл. 27.12.08, Бюл. №36 - 4с.: ил.

26. Пат. № 2342570 Российская федерация, МПК7 F16B 5/02. Узел резьбового соединения [Текст] / A.M. Егожев, Л.Х. Семенов, В.А. Демьянов, А.Х. Маремуков; заявитель и патентообладатель Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия.-№2007108840/11; заявл. 09.03.2007; опубл. 27.12.08, Бюл. №4 - 4с.: ил.

27. Пат. № 2349802 Российская федерация, МПК7 F16B 5/02. Узел соединения рабочих органов силовых машин [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев, А.К. Апажев, В.А. Демьянов, Л.Х. Семенов; заявитель и патентообладатель Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия- №2007118463/11; заявл.17.05. 2007;опубл. 20.03.09, Бюл. №8 -4с.: ил.

28. Пат. № 2350792 Российская федерация, МПК7 F16B 5/02. Узел резьбового соединения [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев, Л.Х. Семенов, В.А. Демьянов; заявитель и патентообладатель Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия. -№ 2007121277/11; заявл. 06.06.2007; опубл. 27.03.09, Бюл. №9 - 4с.: ил.

29. Пат. № 2362918 Российская федерация, МПК7 F16B 5/02. Узел соединения деталей машин [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев, J1.X. Семенов; заявитель и патентообладатель Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия - № 2007136341/11; заявл. 01.10. 2007; опубл. 27.07.09, Бюл. №9 - 4с.: ил.

30. Пат. № 2362919 Российская федерация, МПК7 F16B 5/02. Узел соединения рабочих органов силовых машин [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев, А.К. Апажев, М.Х. Мисиров,

A.M. Гулимов, В.М. Эфендиев; заявитель и патентообладатель Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия. - №2007214893/11; заявл. 03.12. 2007; опубл. 27.07.09, Бюл. №21- 4с.: ил.

31. Пат. № 2382242 Российская федерация, МПК7 F16В 5/02. Узел резьбового соединения [Текст] / Х.У. Бутов, A.M. Егожев, JI.X. Семенов; заявитель и патентообладатель Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйстве1шая академия,- №2007144812/11; заявл. 03.12. 2007; опубл. 10.06.09, Бюл. №5 - 4с.: ил.

32. Пат. № 2388940 Российская федерация, МПК7 F16B 5/02. Резьбовое соединение [Текст] / A.M. Егожев; заявитель и патентообладатель Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия,- № 2008146797/11; заявл. 26.11. 2008; опубл.10.05.10, Бюл. № 14 - 4с.: ил.

Свидетельства о регистрации программы для ЭВМ

33. Свид. РФ №2013660091, Расчет напряженно-деформированного состояния резьбовых соединений / Егожев A.M.; заявитель и правообладатель КБГАУ ИМЕНИ

B.М. КОКОВА. - №2013617830 заяв. 02.09.2013; опубл. 23.10.2013.-35 с.

Статьи в сборниках научных трудов и материалах научных конференциях

34. Егожев, A.M. Пути повышения прочности фланцевых соединений валов машин [Текст] / X. У. Бугов, A.M. Егожев // Материалы научно-практической конференции КБСХА. - Нальчик: КБГСХА, 1996.-С. 82-86.

35. Егожев, A.M. О механизме коррозионно-контактной износоусталости соединений валов / X. У. Бугов, A.M. Егожев [Текст] // Сборник научных трудов АМАН. - Нальчик: АМАН, 1996. - С. 37-40.

36. Егожев, A.M. Механизм износоусталостного разрушения группового болтового соединения в условиях деформационного скольжения [Текст] / X. У. Бугов, A.M. Егожев // Тезисы докл. на II Международном симпозиуме по трибофатике. - Москва, ИМАШ РАН, 1996,-С. 14-15.

37. Егожев, A.M. Коррозионно-контактная износоусталоеть резьбовых соединений узлов сельхозмашин для горного садоводства [Текст] / X. У. Бугов, A.M. Егожев // Материалы научно-практической конференции (в рамках СНГ) «Почвозащитные адаптивные технологии горного и предгорного садоводства». - Нальчик: СКНИИГПС, 1997. - С. 41-48.

38. Егожев, A.M. Пути повышения прочности и межремонтного периода узлов соединений деталей сельхозмашин [Текст] / X. У. Бугов, A.M. Егожев, А.К. Апажев // Сб. доклад. Республиканской научно-производственной конференции «Основные направления научного обеспечения агропромышленного комплекса КБР». - Нальчик: КБГСХА, 1999 - С. 17-20.

39. Егожев, A.M. Повышение несущей способности резьбовых соединений деталей сельхозмашин [Текст] / X. У. Бугов, A.M. Егожев, А.К. Апажев // Материалы научно-практической конференции «Состояние и перспективы восстановления, упрочнения и изготовления деталей». - Москва: ВНИИТУВИД «Ремдеталь», 1999. - С. 117 - 119.

40. Егожев, A.M. Технические и конструктивные решения по повышению работоспо-собти лемешных плугов [Текст] / A.M. Егожев // автореф. дисс. канд. техн. наук. - Нальчик: КБГСХА, 2000. - 25 с.

41. Егожев, A.M. Малоцикловая износоусталость резьбовых соединений деталей сельхозмашин [Текст] /A.M. Егожев // Материалы юбилейной конференции посвященной 20-летию КБГСХА. - Нальчик: КБГСХА, 2001. - С. 115-117.

42. Егожев, A.M. Разработка и оптимизация параметров новой конструкции узлов соединения для плугов общего назначения [Текст] / A.M. Егожев // Материалы юбилейной конференции посвященной 20-летию КБГСХА. - Нальчик: КБГСХА, 2001. - С. 117-119.

43. Егожев, A.M. Повышение эффективности использования лемешных плугов на тяжелых почвах [Текст] / A.M. Егожев // Избранные труды научного семинара «Механика», посвященного 20-летию КБГСХА. - Нальчик: КБГСХА, 2001. - С. 165-169.

44. Егожев, A.M. Контактное микроперемещение и коррозионная износоусталость резьбовых соединении деталей машин [Текст] / A.M. Егожев // Материалы VII недели науки «Наука XXI веку». Вторая региональная научно - практическая конференция. - Майкоп: МГТИ, 2002.-С. 149- 150.

45. Егожев, A.M. Анализ конструкций соединений деталей машин [Текст] / X. У. Бутов, A.M. Егожев, А.К. Апажев // Труды XXXII Уральского семинара. Уральское отделение РАН. Отделение проблем машиностроения, механики и процессов управления. - Екатеринбург, 2002. - С. 269 - 278.

46. Егожев, A.M. Износоусталость призонных крепежных деталей и пути ее снижения [Текст] / X. У. Бутов, A.M. Егожев И Вестник КБГУ. Серия Технические науки. - Нальчик: КБГУ, 2003.-С. 8-11.

47. Егожев, A.M. Износоусталость соединений рабочих органов гидромашин и пути ее снижения [Текст] / X. У. Бугов, A.M. Егожев, А.К. Апажев // Труды международной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития машиностроения в XXI веке». - Санкт-Петербург, 2003. - С. 145 - 150.

48. Егожев, A.M. Влияние контактных микроперемещений на долговечность резьбовых соединений [Текст] / X. У. Бугов, A.M. Егожев, А.К. Апажев // Материалы кратких сообщений XXIV Российской школы по проблемам науки и технологий. Уральское отделение РАН. Отделения проблем машиностроения, механики и процессов управления. - Миасс, 2004.-С. 161 - 166.

49. Егожев, A.M. Особенности уточненного расчета узлов соединения деталей машин, работающих в условиях сложного нагружения [Текст] / A.M. Егожев, М.Р. Шереужев // Избранные труды Республиканского научного семинара «Механика» выпуск 2, КБГСХА. -Нальчик: КБГСХА, 2004. - С. 141 -144.

50. Егожев, A.M. Износоусталость резьбовых соединений как результат контактных виброперемещений [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев, А.К. Апажев И Сборник научных трудов XXIV Российской школы «Наука и технологии». - Москва: РАН, 2004. - С. 145 - 149.

51. Егожев, A.M. Уточненный расчет узлов соединения деталей сельхозмашин, работающих в условиях сложного нагружения [Текст] / A.M. Егожев, А.К. Апажев, А.Х. Маре-муков // Сборник материалов международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК». Ставропольский ГАУ. - Ставрополь: СГАУ, 2006. - С. 138 - 142.

52. Егожев, A.M. Пути повышения несущей способности и технологичности конструкции узлов соединений сельхозмашин [Текст] / A.M. Егожев, А.К. Апажев, А.Х. Марему-ков // Сборник материалов международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК». Ставропольский ГАУ. - Ставрополь: СГАУ, 2006. - С. 13-16.

53. Егожев, A.M. К модернизации соединений деталей силовых машин [Текст] / Х.У. Бугов, A.M. Егожев, А.К. Апажев // Труды международной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития машиностроения в XXI веке». -Санкт-Петербург, 2006. - С. 45 - 52.

54. Егожев, A.M. Динамическая устойчивость вращающихся узлов зерноуборочных комбайнов [Текст] / X. У. Бугов, A.M. Егожев, А.К. Апажев // Материалы Всероссийской на-

учно-практической конференции посвященной 25-летию КБГСХА. - Нальчик: КБГСХА, 2006. - С. 34 - 38.

55. Егожев, A.M. Математическая модель и расчет на прочность узла соединения с разрезной втулкой рабочих органов сельхозмашин [Текст] / A.M. Егожев, А.К. Апажев, Ф.Х. Канкулова // Материалы Всероссийской научно-практической конференции посвященной 25-летию КБГСХА. - Нальчик: КБГСХА, 2006. - С. 72 - 75.

56. Егожев, A.M. Влияние износоусталости на долговечность призонных крепежных деталей в условиях совместного нагружения [Текст] / A.M. Егожев // Вестник КБГУ серия «Технические науки» выпуск 6. - Нальчик: КБГУ, 2008. - С. 25-29.

57. Егожев, A.M. О проблеме повышения несущей способности и долговечности резьбовых соединений деталей сельхозмашин [Текст] / A.M. Егожев // Материалы Вестника научно-методической комиссии по деталям машин, прикладной механике и основам проектирования Министерства образования РФ и Республиканского семинара «Механика» при КБГСХА. -Нальчик: КБГСХА, 2008. - С. 79 - 82.

58. Егожев, A.M. Конструкция резьбового соединения для динамически нагруженных узлов сельхозмашин [Текст] / A.M. Егожев // Материалы Международной научно-практической конференции «Вавиловские чтения». Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова,- Саратов: СГЛУ, 2009. - С. 234 - 237.

Сдано в набор 24.09.2013г. Подписано в печать 24.09.2013г. Гарнитура Тайме. Печать трафаретная. Формат 60x84 'Лб. Бумага писчая. Усл. п.л. 2,0. Тираж 100.

Типография ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова»

360030, г. Нальчик, ул. Тарчокова, 1а

ФГБОУ ВПО «КАБАРДИНО-БАЛКАРСКИМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.М. КОКОВА»

05201 450280 На правах рукописи

ЕГОЖЕВ Артур Мухамедович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИНАХ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Шомахов Лев Аслангериевич

Нальчик - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ..................................................................... 8

ГЛАВА1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН..................................................................................... 17

1.1. Состояние вопроса долговечности соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин............................................ 17

1.2. Влияние атмосферной коррозии на долговечность резьбовых соединений сельскохозяйственных машин................................ 28

1.3. Влияние качества монтажа на прочность резьбовых соединений................................................................................................................... 35

1.4. Влияние непараллельности опорных поверхностей соединяемых деталей на прочность резьбовых соединений...................................... 41

1.5. Влияние частичного раскрытия стыка на прочность резьбовых соединений.................................................................................. 44

1.6. Оценка прочности резьбовых соединений при статическом нагружении.............................................................................. 46

1.7. Оценка прочности резьбовых соединений при повторно-переменных нагрузках................................................................ 50

1.8. Оценка прочности резьбовых соединений при действии ударных нагрузок................................................................................. 61

1.9. Рабочая гипотеза, цель и задачи исследований................... 64

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН................................................................. 67

2.1. Основные способы повышения долговечности резьбовых соединений................................................................................. 67

2.2. Мониторинг условий эксплуатации резьбовых соединений

/

деталей рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин.................................................................................... 67

2.3. Разработка структурной схемы общей проблемы повышения долговечности резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин.................................................................. 83

2.4. Обоснование метода расчета напряженно-деформированного состояния резьбовых соединений деталей рабочих органов при совместном действии нагрузок............................................................................. 88

2.5.Теоретические исследования прочности соединений рабочих органов машин для основной обработки почвы.......................................... 106

2.5.1. Соединение лемех-башмак............................................ 106

2.5.2. Соединение башмак-стойка.......................................... 112

2.5.3. Соединение стойка-рама............................................... 114

2.5.4. Соединение полевая доска-башмак................................. 117

2.6. Теоретические исследования прочности соединений деталей рабочих органов уборочных машин...................................................... 122

2.6.1. Соединение корпуса механизма качающейся шайбы к кронштейну рамы жатки комбайна «Дон-1500»......................................... 123

2.6.2. Соединение балки жесткости к ведущему мосту комбайна «Нива-Эффект»...................................................................... 125

2.6.3. Соединение корпуса подшипника соломотряса к раме молотилки комбайна «Нива-Эффект».................................................. 127

2.6.4. Соединение корпуса подшипника вала измельчителя к раме кормоуборочного комбайна «Дон-680М»........................................ 130

2.6.5. Соединение лемеха к шатуну копателя картофелеуборочного комбайна «SE-140».............................................................. 132

Выводы по главе............................................................... 134

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ НОВЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ

РЕШЕНИЙ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН......................................... 138

3.1. Математическая модель расчета параметров резьбовых соединений деталей сельскохозяйственных машин с учетом податли-

востей соединяемых и крепежных деталей......................................... 138

3.2. Методика расчета соединения деталей полупризонными болтами в одной детали и установленными в цилиндрические втулки с натягом в другой....................................................................... 152

3.3. Расчет прочности и жесткости соединения лемех-башмак лемешного плуга...................................................................................... 159

3.4. Расчет прочности и жесткости соединения корпуса подшипника соломотряса к раме молотилки зерноуборочного комбайна «Нива-Эффект»............................................................................ 167

3.5. Соединение деталей призонными болтами в одной детали и установленными в цилиндрические втулки с натягом в другой............. 173

3.6. Методика расчета соединения с болтами, свободно установленными в детали со стороны гайки и с малыми зазорами в детали со стороны головки.......................................................................... 176

3.7. Расчет прочности и жесткости соединения башмак-стойка лемешного плуга.......................................................................... 181

3.8. Соединение деталей полупризонными шпильками............... 187

3.9. Расчет прочности и жесткости соединения МКШ к кронштейну рамы жатки комбайна «Дон-1500»................................................. 190

3.10. Конструктивно-технологические особенности новых перспективных соединений............................................................. 196

3.10.1. Соединение болтами, установленными с зазором в детали

со стороны головки и с натягом в коническую втулку со стороны гайки. 196

3.10.2. Соединение со шпильками с использованием конической разрезной и цилиндрической втулок............................................. 198

3.10.3. Соединение с болтами, установленными без зазора в детали со стороны гайки и с полимерным наполнителем со стороны головки ..................................................................................................................... 199

3.10.4. Соединение со шпильками, установленными с натягом в

одной детали и с полимерным наполнителем в другой...................... 201

3.10.5. Соединение со шпильками, установленными без зазора в

одной детали и с цилиндрическими втулками с натягом в другой.......... 203

3.11.Теоретические исследования вероятности безотказной работы типовых и предлагаемых резьбовых соединений по основным

критериям работоспособности........................................................................ 207

Выводы по главе............................................................... 209

ГЛАВА 4. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СПОСОБОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ...... 211

4.1. Программа и цель экспериментальных исследований............ 211

4.2. Методика исследования прочности типовых и предлагаемых соединений в условиях статического нагружения............................. 212

4.3. Методика исследования контактной радиальной и угловой податливостей крепежных и соединяемых деталей............................ 219

4.4. Методика исследования жесткости соединений натурного

корпуса лемешного плуга................................................................ 225

4.5. Методика исследования прочности и долговечности типовых

и предлагаемых соединений в условиях динамических нагрузок............ 227

4.6. Методика исследования долговечности резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин в полевых условиях.............................................................................................................. 231

Выводы по главе................................................................ 232

ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СПОСОБОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ................................... 233

5.1. Оптимизация геометрических параметров предлагаемой конструкции для соединения башмак-стойка лемешного плуга............. 233

5.2. Результаты лабораторных исследований прочности типового соединения с зазором в условиях статического нагружения....................... 245

5.3. Результаты лабораторных исследований прочности соединений полупризонными болтами в одной детали и установленными в цилиндрические втулки с натягом в другой в условиях статического нагружения........................................................................................................... 248

5.4. Результаты лабораторных исследований прочности соединений призонными болтами в одной детали и установленными в цилиндрические втулки с натягом в другой в условиях статического нагружения............................................................................................................. 252

5.5. Результаты лабораторных исследований жесткости соединений натурного корпуса плуга ..................................................... 257

5.6. Результаты исследования по определению контактной радиальной и угловой податливостей крепежных и соединяемых деталей...... 263

5.7. Результаты исследований прочности и долговечности типовых и новых конструкций резьбовых соединений в условиях динамических нагрузок............................................................................................... 267

5.8. Результаты полевых экспериментальных исследований долговечности резьбовых соединений сельскохозяйственных машин......... 269

5.8.1. Исследование долговечности соединений деталей лемешного плуга................................................................................... 269

5.8.2. Исследование долговечности соединения лемеха к шатуну копателя картофелеуборочного комбайна «SE-140».................................... 273

5.8.3. Исследование долговечности соединения балки жесткости

к ведущему мосту комбайна «Нива-Эффект»................................... 277

5.8.4.Исследование долговечности соединения корпуса подшипника соломотряса к раме молотилки комбайна «Нива-Эффект»............ 279

5.8.5. Исследование долговечности соединения МКШ к раме

жатки комбайна «Дон-1500»........................................................ 281

5.8.6. Исследование долговечности соединения корпуса подшипника вала измельчителя к раме кормоуборочного комбайна «Дон-680М» 283

Выводы по главе................................................................ 285

ГЛАВА 6.ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ............................................... 287

Выводы по главе................................................................ 291

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ................................... 292

Предложения научно-исследовательским, проектно-конструкторским

организациям и производству............................................................ 295

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................... 297

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................ 331

ВВЕДЕНИЕ

Повышение эффективности использования сельскохозяйственных машин является одним из основных приоритетных направлений сельскохозяйственного машиностроения страны.

Характерной особенностью сельскохозяйственных машин является их кратковременное периодическое использование в производственном цикле и длительное хранение. Например, зерноуборочные комбайны заняты 50-60 дней в году, машины для основной обработки почвы заняты весной на перепашке зяби в течение 10-15 дней, осенью на зяблевой вспашке 55-60 дней, зерновые сеялки во время осеннего и весеннего сева - 25-30 дней. Большинство других сельскохозяйственных машин используется лишь 20-40 дней в году.

При этом, согласно технологической карты возделывания сельскохозяйственных культур, все работы должны быть выполнены в короткие оптимальные агротехнические сроки и особенно важна безотказность работы сельскохозяйственных машин в эти сроки. Срыв агротехнических сроков, как правило, влечет за собой большие потери и снижение общей урожайности сельскохозяйственных культур. Например, при уборке зерна после первых пяти дней потери на корню ежедневно возрастают на 1,5% [183]. В среднем в зерновых хозяйствах период уборочных работ составляет от 10 до 30 дней, в зависимости от количества и технического состояния парка зерноуборочных комбайнов. Это приводит к существенным дополнительным потерям на всей площади возделывания зерновых.

В процессе работы соединения деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин подвергаются динамическим нагрузкам, коррозии и абразивному износу [17, 80, 189, 276, 283, 317, 318]. Разрушения резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин, помимо затрат средств на их ремонт и изготовление запасных частей, вы-

зывают также простои техники при сжатых агротехнических сроках выполнения сельскохозяйственных работ.

Эффективность использования сельскохозяйственных машин в значительной мере определяется уровнем долговечности резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций. Поэтому весьма важно детально изучить показатели прочности соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций сельскохозяйственных машин как основного критерия долговечности.

За последние годы проблеме повышения долговечности сельскохозяйственных машин уделяется все большее внимание, тем не менее, многие вопросы, связанные с решением этой проблемы, остаются невыясненными. В частности, практически отсутствуют работы по установлению взаимосвязи прочности резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций машин с сезонной наработкой. Наличие такой зависимости, знание достигнутого уровня долговечности машин и экономический расчет позволяют осуществить комплексный подход к оптимизации значений показателей надежности. При этом оптимизация уровня прочности и долговечности соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственной машины и их реализация позволят проводить сельскохозяйственные работы в оптимальные сроки.

Постоянный рост урожайности сельскохозяйственных культур ставит задачи повышения сменной производительности и качества работы сельскохозяйственной техники. Решение этих задач возможно на основе результатов исследований эксплуатации сельскохозяйственных машин и прогнозирования сложных и трудоемких отказов. В современных научно-исследовательских работах эти вопросы освещены не полностью. При этом имеет место тенденция повышения рабочих скоростей машин, снижения их металлоемкости, которые неразрывно связаны с проблемой повышения прочности и долговечности соединений деталей машин, агрегатов и в особенности соединений деталей рабочих органов, от которых зависит качество выполняемого технологического

процесса. Успешное решение этих задач зависит от знания условий работы крепежных деталей и уточненного расчета их напряженно-деформированного состояния.

В сельскохозяйственных машинах до 80 % всех соединений деталей приходится на соединения резьбовыми крепежными деталями (болты, винты и шпильки) [156, 196, 241].

В среднем по статистике от 50 до 70% отказов несущей системы сельскохозяйственных машин приходятся на соединения резьбовыми крепежными деталями, хотя проектные запасы прочности соединений, подсчитанные по широко применяемой методике, находятся в пределах от 1,5 до 3 [41, 57, 196, 250].

Фундаментальные исследования по созданию сельскохозяйственной техники и развития учения о земледельческой механике провели В.П. Горячкин, И.И. Артоболевский, В.Н. Болтинский, П.М. Василенко, И.Ф. Василенко,

B.А. Желиговский, Н.М. Летошнев, Г.Н. Синеоков, И.П. Ксеневич, С.А. Иофи-нов, С.А. Алферов, Н.И. Кленин, Э.И. Липкович, Э.В. Жалнин, Ю.А. Утков,

A.И. Завражнов, А.Ю. Измайлов, В.Д. Попов, A.A. Артюшин, Л.П. Корманов-ский и другие.

В решение проблем повышения эффективности технологических процессов растениеводства и животноводства большой вклад внесли В.Б. Рыков,

C.А. Сидоров, И.Н. Краснов, Н.В. Валуев, Н.Е. Руденко, Е.И. Трубилин, Ю.И. Бершицкий, М.А. Таранов, Л.А. Шомахов, А.Б. Кудзаев, П.И. Бурак, В.Ф. Не-крашевич, A.A. Цымбал, В.Н. Плешаков, А.Н. Медовник, Г.Г. Маслов и другие.

В решение проблем повышения надежности использования сельскохозяйственных машин большой вклад внесли М.Н. Ерохин, А.И. Селиванов,

B.И. Черноиванов, В.М. Кряжков, В.П. Лялякин, Е.А. Пучин, В.И. Казарцев, А.Н. Зазуля, О.Н. Дидманидзе, Ю.А. Конкин, И.С. Левитский, В.М. Михлин, А.Г. Пастухов, Э.А. Северный, В.В. Сафонов, Н.Ф. Тельнов, И.Е. Ульман, В.И. Ципцин, М.Н. Фархшатов, Н.П. Алексенко, А.Т. Лебедев, М.И. Юдин, А.И. Сидоров, Р.Б. Кугель, С.П. Казанцев, С.А. Иофинов и другие.

и

Основные методы расчета, конструирования, технологии изготовления и монтажа резьбовых соединений, используемые на данном этапе, сформированы на основе работ И.С. Антонова, И.А. Биргера, Х.У. Бугова, X. Виганда, К. Иллгнера, Г.Б. Иосилевича, H.J1. Клячкина, Д.Н. Решетова, М.А. Саверина, А.И. Сидорова, Б. Хааса, Г. Юнкера, А.И. Якушева и других ученых [14, 23, 39, 41, 42, 43, 44, 49, 56, 71, 72, 124, 125, 126, 127, 128, 129, 147, 149, 150, 152, 192, 258, 259, 322, 323, 326, 327, 328, 329, 330, 332, 333, 337, 345, 346, 347, 348, 349, 350].

Решение задач, касающихся прочности и долговечности резьбовых соединений деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин, сопровождается дополнительными трудностями, которые требуют своего разрешения. В частности, недостаточно число работ, посвященных расчету резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций, работающих в условиях сложного знакопеременного нагружения. Отдельные задачи, решенные к настоящему времени [49, 148, 218, 257, 310, 311], не снимают остроты проблемы, поскольку не позволяют оц