Підвищення ремонтопридатності силових агрегатів засобів транспорту

Оскільки в нашому випадку невідомими є два коефіцієнти, то продиференціювавши рівняння (2.7) двічі - спочатку по одній, а потім по інший змінний, ми одержимо систему двох рівнянь із двома невідомими. Так, накладення одного обмеження дозволяє звести неспільну систему рівнянь (2.6) до спільної системи двох рівнянь із двома невідомими. Для одержання розрахункових формул підставимо в рівняння (2.7) ліву частину рівняння (2.6). Тоді одержимо

. (2.8)

Після диференціювання маємо

 . (2.9)

Після розкриття дужок і очевидних перетворень, маємо

. (2.10)

Вирішуючи систему (2.10) у загальному виді, одержуємо розрахункові формули

. (2.11)

Цими формулами і вирішується поставлена задача.

Для підрахунку сум, що входять у рівняння (2.11), при ручних обчисленнях зручна таблиця 2.2.

Таблиця 2.2 - Розрахункова таблиця методу найменших квадратів

Досліди
1			.	.	.	.	.
2			.	.	.	.	.
3			.	.	.	.	.
.	.	.	.	.	.	.	.
.	.	.	.	.	.	.	.
n			.	.	.	.	.
						-
Середні

При цьому дуже важливо те, що розрахунки можна контролювати за допомогою співвідношення

, (2.12)

як по підсумкових цифрах, так і, у випадку помилки, построково. Два останніх стовпці включені в таблицю спеціально для того, щоб така перевірка стала можливою. Тотожність (2.12) контролює правильність всіх операцій, проведених у таблиці 2.2, але ніяк не контролює правильності запису вихідних даних. Тому перевіряти правильність запису вихідних даних потрібно особливо ретельно. Для перевірки правильності обчислень, проведених по формулах (2.11), можна використовувати співвідношення

. (2.13)

Метод найменших квадратів, як і всякий метод обробки результатів, справедливий при деяких обмеженнях, що накладаються на вихідні дані. При застосуванні методу ми повинні бути упевнені в тім, що ці умови виконуються досить добре. Для застосування методу найменших квадратів необхідно, щоб параметр оптимізації був нормально розподіленою випадковою величиною з постійною дисперсією, а всі значення факторів повинні бути невипадковими. Крім того, усі фактори повинні бути не корельовані. Внаслідок обмежень на параметр оптимізації труднощі іноді викликають залежність дисперсії від абсолютної величини параметра. Некорельованість факторів при ортогональному плануванні виконується автоматично.

Таким чином, метод найменших квадратів дуже корисний і широко застосовуємий як простий математичний інструмент. Метод найменших квадратів можна узагальнити на випадок довільного числа факторів. Невідому функцію апроксимуємо поліномом. Якщо ступінь полінома не задана апріорі, то розрахунки прийдеться вести кілька разів, поступово збільшуючи ступінь полінома доти, поки отримана модель не стане адекватною. При апроксимації нелінійним поліномом розрахункам повинна передувати операція лінеаризації функції. Ця операція складається в заміні квадратів і ефектів взаємодії факторів новими перемінними й обчисленні для них відповідних стовпців у матриці результатів спостережень. Така матриця називається Х-матрицей чи матрицею умов експериментів. У лінеаризованому виді вона відповідає розрахунковій матриці.

Метод найменших квадратів стає регресійним аналізом у той момент, коли треба зробити статистичні оцінки. Потрібно знайти лінійну модель для двох факторів. Матриця планування повного факторного експерименту приведена в табл. 2.3.

Умовну змінну x0, тотожно рівну +1, вводять для обчислення вільного члена. Матриця, записана в такому виді, називається розрахунковою (чи Х-матрицею методу найменших квадратів).

Таблиця 2.3 - Повний факторний експеримент для двох факторів

Фактори	x0	x1	x2	y
1-й дослід	+	+	+	y1
2-й дослід	+	+	-	y2
3-й дослід	+	-	+	y3
4-й дослід	+	-	-	y4

Внаслідок операцій з матрицями знаходимо коефіцієнти моделі

; (2.14)

; (2.15)

. (2.16)

У випадку будь-якого числа факторів коефіцієнти лінійної моделі при ортогональній матриці планування обчислюють незалежно друг від друга по формулі

. (2.17)

де yj - значення параметра оптимізації в j-тому досліді;

xij - значення i-того фактора в j-тому досліді.

Тому що фактори приймають тільки два значення - плюс чи мінус одиниця, то сума квадратів значень даного фактора дорівнює числу дослідів. З формули (2.17) видно, що вільний член дорівнює середньому арифметичному усіх значень параметру оптимізації. Для обчислення деякого коефіцієнта досить написати знаки відповідного стовпця стовпцю значень параметра оптимізації, зробити алгебраїчне додавання і результат поділити на число дослідів. Область визначення факторів дискретна. Тому рівняння регресії обчислюють для дискретних значень аргументів.

3. ПРОГРАМА І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

3.1 Об'єкт дослідження - коробка передач трактора ХТЗ-17221

В якості об'єкту дослідження була обрана коробка передач колісного трактора загального призначення моделі ХТЗ-17221 (рис.3.1), як найбільш перспективного з погляду експорту в країни ближнього зарубіжжя і застосування в умовах АПК України. Це пов'язано, в основному, з широким застосуванням силових агрегатів ЯМЗ-236Д, ЯМЗ-238КМ-3 Ярославського моторного заводу (ВАТ “Автодизель”) [30].

Основні технічні характеристики трактора представлені в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 - Технічні характеристики тракторів ХТЗ-17221

Характеристика	Опис, значення
Двигун	ЯМЗ-236Д-3, ВАТ “Автодизель”, Росія
Потужність номінальна, кВт	128,7
Номінальна частота обертання, хв -1	2100
Число циліндрів, шт.	6
Розташування циліндрів	V-подібне
Система пуску	електростартер
Муфта зчеплення	суха дводискова
Коробка передач	механічна, така, що перемикається на ходу під навантаженням в межах кожного діапазону
Головні передачі	конічні, із спіральним зубом і міжколісним диференціалом
Кінцеві передачі	одноступінчатий планетарний редуктор
Вал відбору потужності	задній незалежний двохшвидкісний
Тягове зусилля, кН	30-40
Гальма	зупинні - колодки з пневмоприводом на кожне колесо; стоянка - стрічковий з пневмопружинним циліндром
Механізм повороту	гідрооб'ємне рульове управління шарнірно-зчленованою рамою
Електроустаткування	акумулятори 6СТ-190А - 2 шт., напруга - 12/24 В
Навісний пристрій	заднє, вантажопідйомність - 4,5 кН

Гідропідтискна муфта тракторів типу Т-150К, у тому числі ХТЗ-17221, зображена на рисунку 3.2. Вона має вагу 21,5 кг та складається з 11 деталей (рис. 3.3). Це поршні 1, виготовлені з алюмінієвого сплаву Д1; шайби натискні 2 зі сталі 40Х; диски 3 зі сталі 45Х; кільця ущільнювальні поршня 4 з гуми РП-1314; барабан фрикціону 5 зі сталі 40Х; кільця 6 із стрічки 65Г-Щ-ВТ-ВШ-3Х7,5; кільця ущільнювальні 7 із високоміцного спеціального чавуна; диск 8 із сталі 65Г; диски з фрикційними накладками з металокераміки 9; кільця стопорні 10; пружини 11.

Рисунок 3.2 - Гідропідтискна муфта коробки передач трактора ХТЗ-17221



Рисунок 3.3 - Деталі гідропідтискної муфти коробки передач трактора ХТЗ-17221

3.2 Визначення причин зносу деталей коробки передач трактору ХТЗ-17221

Основною причиною вибракування поршнів 1-ї і 2-ї передачі є знос канавки під кільце. При наробітку трактора до 5,5 тис. годин знос канавки не перевищує гранично припустимих розмірів, і практично 100% деталей признаються придатними до подальшої експлуатації. Знос, що перевищує гранично припустимий, з'являється після наробітку трактора в 5,5 тис. год. Так при наробітку 5,5...6,5 тис. год. вибраковується 14% деталей, при наробітку понад 6,5 тис. год. вибраковується 88% деталей і більше. Випадків вибракування поршнів через неприпустимий знос поверхонь 90+0,034 і 205-0,6 не зареєстровано.

Поршні 4-ї і 3-ї передачі вибраковуються з тієї ж причині - знос канавки під кільце. При наробітку до 5,5 тис. год. признаються придатними 95...100% і 97...100% деталей відповідно. У інтервалі 5,5...6,5 тис. год. вибраковуються відповідно 32% поршнів 4-ї передачі і 16% поршнів 3-ї передачі. При наробітку понад 6,5 тис. год. спостерігається різке збільшення числа деталей, що вибраковуються, - відповідно 100% і 75... 100%.

У сполученні поршня з кільцем граничний зазор визначається зносом, при якому порушується цілісність зачеплення в замку. Припустимий знос ущільнювального кільця по ширині 3-0,06 приймається 1,1 мм, по товщині 5,2-0,48 мм відповідно 0,48 мм.

Барабан фрикціону вибраковується по одній з таких причин:

- знос поверхні 205+0,073 ;

- знос поверхонь під шліці дисків.

Знос цих поверхонь у барабана 1-ї і 4-ї передач і барабана 2-ї і 3-ї передач не досягає граничних розмірів при наробітку до 3,5 тис. год. При наробітку 3,5...5…5,5 тис. год. вибраковується 13...17% і 5...7% відповідних барабанів. При наробітку 5,5...6,5 тис. год. вибраковується 68% і 62% деталей відповідно. При наробітку понад 6,5 тис. год. вибраковуються вже 100% деталей. У барабана фрикціону також зношуються поверхні шліцьових пазів під повторний вал (розмір 18+0,09), відбувається відкладення забруднень на внутрішніх поверхнях.

Основною причиною зносу поверхонь у сполученні барабан - диски є хитливе положення диска в барабані. Під час роботи трактора, коли включена одна передача, - інші муфти знаходяться в розімкнутому стані, і в них ведучі диски переміщаються щодо ведених. У цих муфтах виступи ведених дисків б'ють по поверхнях пазів барабана і викликають знос.

Граничний стан сполучення барабан фрикціону - ведучий диск визначається таким зазором, у результаті утворення якого при радіальному зсуві диски можуть стикатися з внутрішньою поверхнею барабана і зскрібати грязьові відкладення. Тому граничний зазор у цьому сполученні повинний складати 0,93...1,2 мм. Відповідно знос поверхонь барабана під шліці дисків не припускається, припустимий при ремонті знос виступів (шліців) дисків складає 0,60 мм.

У сполученні барабан - ущільнювальне кільце граничний стан виникає, коли в результаті зносу зникає внутрішній зазор у замку кільця і воно втрачає пругкість. Тому граничний знос поверхні барабана під кільце складає 0,81...1,07 мм.

При наробітку до 5,5 тис. год. придатними признаються 90...100% кілець поршня 3-ї передачі, 85...100% кілець поршня 4-ї передачі. При наробітку 5,5...6,5 тис. год. вибраковується 30% кілець поршнів 1-ї і 4-ї передачі, 22% кілець поршнів 2-ї передачі, 24% кілець поршнів 3-ї передачі. При наробітку понад 7,5 тис. год. вибраковується 75% кілець поршнів 1-й і 2-ї передач і всі 100% кілець поршнів 3-ї і 4-ї передачі. У ущільнювального кільця відбувається знос зовнішньої поверхні під барабан фрикціону (товщина 5,2-0,48) і знос бічної поверхні під поршень (ширина 3-0,06).

Диск із металокерамічними накладками вибраковується через короблення і викришування металокераміки (20 % дисків). Відбувається знос шліцьових пазів під шестерню, знос фрикційних поверхонь, відкладення забруднень у канавках поверхонь тертя.

У сталевих дисків відбувається знос і короблення поверхонь тертя, налипання металокераміки на поверхні тертя, виникають тріщини. У таблиці 3.2 подані характеристики зносу фрикційних дисків.

Таблиця 3.2 - Середній розмір зносу фрикційних дисків по товщині

	Характеристики зносу
	Середній розмір зносу, мм	Середньоквадратичне відхилення, мм	Коефіцієнт варіації
Ведучий диск	0,05	0,04	0,8
Ведений диск	0,70	0,50	0,714

У сполученні ведучий диск - ведений диск поверхні тертя мають різноманітний профіль. У ведучих дисків вона рівна, у ведених - із радіальними і кільцевими концентричними канавками, призначеними для охолодження дисків і відводу продуктів зносу. Поверхні ведучих дисків практично не зношуються, їхній знос практично не впливає на працездатність сполучення. Поверхні ведених дисків після зносу змінюють свої властивості. Тому граничний знос поверхонь ведених дисків складає 0,20...0,35 мм, коли зникають згадані канавки.

Сумарний граничний зазор у пакеті п`ятидискової муфти складає від 12,2 до 12,95 мм, інакше з внутрішньої порожнини барабана може вийти ущільнювальне кільце і заклинити зімкнуті диски.

Знос фрикційних поверхонь дисків відбувається при пробуксуванні, вмиканні або вимиканні гідропідтискної муфти. Під час порушення температурного режиму може виникнути короблення дисків. Тривала робота муфти з такими дисками призводить до локальних зносів, налипанню металокераміки.

Температурний режим роботи муфти порушується при зниженні притискної сили. Що веде до підвищення інтенсивності пробуксуванні дисків. Короблення виявляється в 30...35 % дисків, що надійшли в ремонт.

Щоб не припускати подібних режимів роботи муфти, необхідно підвищити надійність приводу муфти і надійність натискного механізму, що зокрема ущільнюють кільце поршнів.

Збільшення зазора в евольвентному шліцьовому з'єднанні веденого диска із шестернею не впливає на характер навантаження на робочій поверхні. Водночас при значному зносі поверхонь шліцьових западин (до 2,04...2,08) зменшиться площа контакту їх із поверхнею шестерні. Такий знос і є граничним для цього сполучення. Внаслідок різниці у твердості матеріалів диска і шестерні, поверхні останньої практично не зношуються.

У сполученні барабан - вал вторинний коробки передач зазор у шліцях визначає кут повороту барабану щодо вторинного вала. Зазор у цьому з'єднанні, що дасть можливість провернутися в барабані настільки, що перекриються мастилопровідні канали, буде граничним і складе 3,47...3,72 мм. Проте поява такого зазора малоймовірно, оскільки середній розмір зносу поверхонь барабана під вал вторинного при надходженні в ремонт складає 0,35 мм при середньоквадратичному відхиленні 0,20 мм і коефіцієнті варіації 0,57 [31-33].

3.3 Дослідження процесу зношування деталей коробок передач тракторів ХТЗ-17221

Коефіцієнти математичної моделі можна легко розрахувати, не прибігаючи до допомоги ПЕОМ, але при великому числі задач це стає незручним [34, 35]. Тому розроблені і машинні алгоритми та спеціалізовані програмні продукти (Statistica та інші).

За допомогою ПЕОМ на основі отриманої статистичної інформації за наведеною вище методикою були обчислені відповідні коефіцієнти математичної моделі виду

, (3.1)

де І - знос, мм;

?І - початковий знос, мм;

Vc - швидкість зношування, мм/год;

Т - напрацювання, год.;

? - коефіцієнт (для кожної поверхні деталей гідропідтискної муфти).

Також були побудовані статистичні криві динаміки зношування й отримані рівняння регресії залежності зносу поверхонь деталей I, мм від наробітку Т, тис. год. (рис. 3.4, 3.5).



Рисунок 3.4 - Графіки залежності зносу від напрацювання поверхонь барабана фрикціону 1-4 передачи: а) поверхні O; б) поверхні O65+0,046

а)	б)
в)	г)

Рисунок 3.5 - Графіки залежності зносу від напрацювання по ширині ущільнювального кільця: а) 1 передачі; б) 2 передачі; в) 3 передачі; г) 4 передачі

Результати досліджень узагальнені в таблиці 3.3.

Таблиця 3.3 - Результати досліджень математичної моделі динаміки зносу робочих поверхонь деталей гідропідтискної муфти

Назва деталі	Контролюємий розмір	Обсяг виборки, шт	Параметри функції	Допустимий знос та середній ресурс, в спряженні з деталями, мм
			?I	Vc	?	Бувшими в експлуатації	Новими
Барабан фрикціону 1-4 передач	Поверхня 205+0,073	71	-0,029	1*10-9	2,2	0,1	0,2
	Поверхня	75	0,085	7,1*10-11	2,26	0,3	0,75
	Шліцьові пази 18+0,09	104	0,026	3,2*10-9	2,03	0,4	0,65
	Центруємий діаметр шліців 65+0,046	96	0,0088	2,4*10-8	1,73
Барабан фрикціону 2-3 передач	Поверхня 205+0,073	67	-0,101	2,67*10-8	1,87
	Поверхня	67	0,076	8*10-10	2,11
	Шліцьові пази 18+0,09	100	0,046	2,7*10-10	2,29	0,35	0,65
	Центруємий діаметр шліців 65+0,046	94	-0,008	1,01*10-8	1,84
Ущільнювальне кільце поршня 1-ї передачи	Ширина 3-0,06	70	0,0944	3,1*10-7	1,52
	Товщина 5,2-0,48	70	0,026	1,3*10-10	2,31
Ущільнювальне кільце поршня 2-ї передачи	Ширина 3-0,06	67	-0,003	2,4*10-9	1,95
	Товщина 5,2-0,48	67	0,1405	3,2*10-7	1,47
Ущільнювальне кільце поршня 3-ї передачи	Ширина 3-0,06	66	0,0099	1,3*10-10	2,31
	Товщина 5,2-0,48	66	0,153	1,7*10-6	1,28
Ущільнювальне кільце поршня 4-ї передачи	Ширина 3-0,06	66	0,022	4,75*10-10	2,085
	Товщина 5,2-0,48	70	0,2074	8,3*10-10	2,1

3.4 Можливості програми SOLIDWORKS

Для проведення моделювання роботи фрикційних механизмів, до яких відносяться і гідропідтискні муфти коробок передач тракторів, на комп'ютерній техниці необхідно мати тривимірну твердотільну модель цього механізму.

Оптимальною програмою оболочкою для створення тривимірних твердотільних моделей на цей час є SolidWorks [36-38].

Могутній простий і зручний у використанні інноваційний пакет SolidWorks 2000 є лідируючим в області 2-х/3-х мірного CAD (САПР) проектування моделювання. У кілька разів збільшена кількість дизайнерських утиліт, додані можливості автоматичекого інтелектуального розпізнавання помилок, що допомагає поліпшити якість вихідного продукту. Тільки в SolidWorks 2000 доступне solid-моделювання, міць і продуктивність якого дозволить виконати роботу в найкоротший термін з максимальною ефективністю, одночасно допомагаючи інженеру і дизайнеру в його планах різними способами.

SolidWorks 2000 - це система автоматизованого проектування, що використовує знайомий користувачу графічний інтерфейс Microsoft Windows. Це легкий в освоєнні засіб дозволяє інженерам-проектувальникам швидко відображати свої ідеї в ескізі, експериментувати з елементами і розмірами, а також створювати моделі і докладні креслення.

Більшість елементів SolidWorks ґрунтуються на двомірних ескізах. Тому дуже важливо вміти користатися всіма інструментами ескізу. Для одержання інформації з використання ескізів для створення геометрії моделі твердого тіла.

За допомогою SolidWorks можна також створювати тривимірні ескізи. У тривимірному ескізі об'єкти існують у тривимірному просторі; вони не зв'язуються з визначеними площинами ескізів (рис. 3.6).

Довідкова геометрія визначає форму чи обрис поверхні чи твердого тіла. До довідкової геометрії відносяться: площини, осі, системи координат, а також тривимірні криві.

Елементи - це окремі геометричні форми, у сполученні утворюючі деталь. Деякі типи елементів можна також додавати в зборки. Одні елементи з'являються в процесі малювання ескізу; інші елементи, такі як оболонки чи скругления, створюються при виборі відповідної команди меню і визначенні необхідних чи розмірів характеристик.

Поверхні можна використовувати для створення і зміни твердотільних елементів. Поверхні можна створювати як твердотільні елементи. Можна витягнути поверхню, повернути поверхню, створити поверхню по траєкторії, створити поверхню по перетинах, зшити поверхню чи змістити поверхню від грані моделі.

Рисунок 3.6 - Вид робочої панелі програми тривімірного моделювання Solid Works

Можна побудувати складні зборки, що складаються з безлічі компонентів. Компоненти зборки можуть містити в собі як окремі деталі, так і інші зборки, називані вузлами зборки. Для більшості операцій поводження компонентів однаково для обох типів. Компоненти зв'язані з файлом зборки.

Конфігурації дозволяють створити кілька конструктивних варіантів моделі чи деталі зборки в одному документі. Можна використовувати конфігурації, щоб керувати моделями з різними розмірами, чи компонентами іншими параметрами.

У документах деталі конфігурації дозволяють створювати ряд деталей різних розмірів, з різними елементами і властивостями.

У зборках конфігурації видів дозволяють виконати наступне:

- спрощені варіанти проекту шляхом чи погашення приховання компонентів;

- створювати ряд зборок, що використовують різні конфігурації компонентів, різні параметри для елементів чи зборки різні розміри.

Конфігурації можна створювати вручну, а для створення одночасно декількох конфігурацій можна використовувати таблицю параметрів. Таблиці параметрів дозволяють створювати й обробляти конфігурації в простій таблиці. Таблиці параметрів можна використовувати як у документах деталі, так і зборки, крім того, їх можна відображати в кресленнях.

Для проектованих тривимірних деталей і зборок можна створювати двомірні креслення. Деталі, зборки і креслення є зв'язаними документами. При внесенні будь-яких змін у деталі чи зборки документ креслення також змінюється.

Під час встановлення програмного забезпечення можна встановити однобічний зв'язок між кресленнями і моделями. Це запобігає зміні в розмірах моделі, тому сама модель не змінюється при змінах у кресленні. Цей параметр можна задати, тільки виконавши нову установку програмного забезпечення.

Звичайно креслення складається з декількох видів, сгенерованих з моделі. Види також можна створювати з існуючих видів. Наприклад, розріз створюється з існуючого креслярського виду. У документи деталі і зборки можна додавати різну необхідну інформацію з оформлення моделей, а саме: розміри, замітки, позначення і т.д. Потім можна імпортувати розміри і примітки з моделі в креслення. Знаходячись у режимі креслення, можна додавати інші необхідні примітки, довідкові розміри і специфікації. Примітки і довідкові розміри, що додаються в креслення, не впливають на документ чи деталі зборки.

Розміри на кресленні SolidWorks зв'язані з моделлю, тому будь-які зміни моделі відбиваються на кресленні. Звичайно розміри створюються по мірі створення кожного елемента деталі, потім вони вставляються в різні креслярські види. При зміні розміру в моделі креслення обновляється, а при зміні імпортованого в креслення розміру змінюється модель. Можна також додавати розміри в документ креслення, але тільки довідкові розміри, що є керованими. Однак значення довідкових розмірів змінюються, коли змінюються розміри моделі.

Можна створити найбільш часто використовувані елементи, такі як отвори чи розрізи загальних розмірів, і зберегти їх як бібліотечні елементи для використання в міру необхідності. Можна використовувати бібліотечні елементи як стандартні блоки для побудови однієї деталі. Це допоможе заощадити час, а також гарантує погодженість у моделях.

Можна організувати і використовувати бібліотечні елементи, інструменти форми для деталей з листового металу, компоненти трубопроводу й інші часто використовувані деталі. Це надає швидкий доступ до найбільше часто використовуваних елементів. Деталі з листового металу звичайно використовуються як вкладиші для компонентів чи для створення опори для інших компонентів. Можна проектувати деталь з листового металу окремо, не вказуючи яких-небудь посилань на деталі, що вона буде містити, чи можна проектувати деталь у контексті зборки, що містить вкладені компоненти.

Концепція проектних розрахунків дає можливість виконати різні типи розрахунків на тій же самій моделі. При аналізі деталі чи складання, звичайно, виникає потреба досліджувати її поводження в різних фізичних середовищах. При цьому можуть задаватися різні матеріали чи різні навантаження і граничні умови. Зі швидкою розбивкою і швидкими вирішальними пристроями можна досліджувати багато сценаріїв.

Задача визначається типом аналізу і параметрами, матеріалом і набором навантажень, а також граничними умовами. Дві загальні ситуації в який використовується кінцевий елементний аналіз:

- аналіз існуючої деталі чи складання. При аналізі існуючої деталі чи складання геометрія моделі уже визначена і варіації в задачі обмежені параметрами типу параметрів аналізу, навантаженнями і граничними умовами, і розміром елемента для розбивки.

- визначення оптимальної конструкції, що задовольняє визначеним вимогам. При пошуку оптимальної конструкції, щоб задовольнити визначені вимоги, можна розширювати концепцію задачі, щоб включити варіації в геометрію моделі. Такі варіації спрощені параметричними особливостями, заснованим підходом SolidWorks. Кожна задача являє собою дану геометрію і набір параметрів. Після кожної зміни геометрії чи розміру елемента розбивки слід заново розбити деталь (складання), інакше задача буде використовувати стару розбивку.

Створити кілька задач із загальною геометрією і розбивкою:

- зробити будь-як бажані зміни в геометрії;

- вибрати тип задачі і додати нову задачу;

- розбити;

- призначити матеріал;

- прикласти навантаження і граничні умови.

По закінченні статичного аналізу з'являються іконки для візуалізації деформованої форми, що результують контур переміщень, напруги Мизеса на деформованій формі, еквівалентні елементні напруги (деформації), і перевірку конструкції. Програма може використовуватися для роботи з препроцесором, виконанню аналізу і візуалізації результатів. Препроцесор включає визначення задачі, призначення матеріалу, навантажень, граничних умов і розбивку.

4. РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ПІДВИЩЕННЯ РЕМОНТОПРИДАТНОСТІ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ ПРИ ВИРОБНИЦТВІ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЇ

4.1 Підвищення ремонтопридатності коробок передач тракторів ХТЗ-17221 при виробництві

На підставі проведеного аналізу ресурсу деталей гідропідтискної муфти рекомендуються наступні зміни в її конструкції: ввести фільтрацію олії в гідросистемі КП із тонкістю очищення 25...30 мкм - для підвищення терміну служби всіх конструктивних елементів муфти, для підвищення зносостійкості поверхонь рекомендується підвищити твердість шліцьових виступів сталевих дисків, твердість поверхні пазів під шліци дисків барабана фрикціону, для підвищення ресурсу гумового ущільнювального кільця рекомендується ввести 100% виготовлення кілець із фторкаучука, для підвищення ресурсу барабана фрикціону рекомендується увести плазмо-вакуумне напилювання поверхні під ущільнювальне кільце, зменшити питомі контактні тиски між шліцами дисків і поверхнею паза за рахунок збільшення площі контакту, для підвищення ресурсу ущільнювального кільця рекомендується розробити конструкцію з фіксацією ущільнювальних кілець на вторинному валу, розробити систему контролю рівня олії в картері КП.

Для дослідження напряжено-деформированого стану деталей гідропідтискної муфти коробки передач трактора ХТЗ-17221 необхідно створити твердотільні моделі цих деталей. Для цього використаний графічний інженерний редактор Solid Works, що дозволяє робити тривімірне (3-D) моделювання (рис. 4.1).



Рисунок 4.1 - Твердотільна модель барабану фрикціонів коробки передач трактора ХТЗ-17221

Безпосередньо для аналізу напряжено-деформованого стану деталі використаний програмний продукт, що працює на основі методу кінцевих елементів. Ця програма моделює цикл проектування і надає інформацію про виникаючі напруги. Також показуються критичні області і рівні міцності для різних ділянок деталі. На основі цих результатів можна зміцнити ділянки деталі і видалити матеріал в областях із зайвим запасом міцності.

Для проведення аналізу за допомогою даної програми варто виконати наступні п'ять кроків:

– визначення материалу деталі;

– використання обмежень;

– прикладення навантажень;

– аналіз деталі;

– просмотр результатів.

Реакція деталі залежить від того, з якого матеріалу вона зроблена. Програмі для аналізу напряженно-деформированного стану необхідно знати якості матеріалу, з якого зроблена деталь. Матеріал призначається для деталі шляхом його вибору з бібліотеки матеріалів. Для матеріалів існує два набори властивостей: видимі і фізичні (механічні). У даній програмі використовується тільки фізичний набір властивостей.

Програма для аналізу напряженно-деформированного стану використовує наступні властивості матеріалу для виконання аналізу напруги:

- модуль пружності (ЕХ). Для лінійного пружного матеріалу потрібнf напруга для модуля пружності, щоб викликати питому деформацію в матеріалі. Іншими словами, напруга поділяється на асоційовану деформацію. Модуль пружності був вперше запропонований Юнгом і часто називається модулем Юнга.

- коефіцієнт Пуассона (NUXY). Розтягування матеріалу в подовжньому напрямку супроводжується стиском у поперечних напрямках. Наприклад, якщо тіло піддається напрузі, що розтягує, у напрямку по осі X, тоді коефіцієнт Пуассона визначається, як бічна напруга в напрямку по осі Y, поділене на подовжню напругу в напрямку по осі X. Коефіцієнти Пуассона є безрозмірними величинами. Якщо вони не визначені, програма припускає значення 0.

- границя текучості (SIGYID). Програма використовує цю властивість матеріалу для розрахунку розподілу запасу міцності. Допускається, що матеріал починає ставати податливим, коли еквівалентна напруга досягає цього значення.

Бібліотека матеріалів містить вже задані властивості матеріалів. Можна призначити матеріал для деталі безпосередньо в програмі для аналізу напряжено-деформованого стану чи перед її запуском.

Матеріали можуть бути ізотропними, ортотропними та анізотропними.

Матеріал називається ізотропним, якщо його механічні властивості однакові у всіх напрямках. Ізотропні матеріали можуть містити однорідні чи неоднорідні мікроскопічні структури. Наприклад, сталь демонструє ізотропне поводження, хоча її мікроскопічна структура неоднорідна. Властивості пружності ізотропного матеріалу визначаються модулем пружності (ЕХ) і коефіцієнтом Пуассона (NUXY). Якщо значення для NUXY не буде визначено, програма прийме його рівним 0.

Матеріал називається ортотропным, якщо його механічні властивості унікальні і незалежні в напрямках трьох взаємно перпендикулярних осей. Приклади ортотропных матеріалів - деревина, кристали. Наприклад, механічні властивості деревини в якій-небудь точці описані в подовжньому, радіальному і тангенціальному напрямках. Подовжня вісь рівнобіжна напрямку зерен (волокон); радіальна вісь перпендикулярна шарам; і тангенціальна вісь касательна шарам.

Матеріал називається анізотропним, якщо його механічні властивості різні в різних напрямках. Взагалі, механічні властивості анізотропних матеріалів не симетричні щодо якої-небудь площини чи осі. Анізотропними іноді називаються ортотропні матеріали.

У розглянутій програмі підтримуються тільки ізотропні матеріали.

Після призначення матеріалу деталі, на деталь накладаються обмеження (рис. 4.2).

Рисунок 4.2 - Схема навантаження барабану фрикціону

Кожне обмеження може містити кілька граней. Для обмежених граней зберігаються взаємозв'язки у всіх напрямках. Щоб уникнути збою аналізу через рух твердого тіла необхідно вказати обмеження хоча б для однієї грані деталі. Далі до граней моделі додається сила і тиск. Програма для аналізу напряженно-деформированного стану підготовляє модель для аналізу, а потім розраховує переміщення, навантаження і напруження. По завершенні аналізу можна переглянути результати.

Програма відображає деформований стан та епюру напруг на деформованій формі деталі (рис. 4.3, 4.4). У більшості випадків реальна деформація настільки мала, що на масштабної епюрі деформована форма майже збігається з недеформованої. Дана програма перебільшує деформацію, щоб дати більш повне представлення про те, яким образом деформується деталь. Шкала деформації, відображувана на епюрах напруг і деформованих форм (рис. 4.4), є шкалою, що використовує програма для зміни масштабу максимальної деформації на 10% стосовно граничної рамки деталі.

Рисунок 4.3 - Деформований стан барабану фрикціону під дією навантаження



Рисунок 4.4 - Напруги, що виникають у барабані фрикціону при його роботі в коробці передач трактору ХТЗ-17221

Також відображається мінімальний запас міцності для всіх місць розташування в деталі. У відповідності зі стандартними нормативами конструювання, запас міцності повинний бути не менш 1,5.

В результаті розрахунків отримано, що барабан фрикціону має достатню міцність (коефіцієнт запасу складає більше 3,5), тому можливе зменшення товшини його стінок зниження, за рахунок цього, матеріалоємкості при виготовленні. Або можлива заміна матеріалу барабану фрикціону на більш зносостійкий. Необхідний рівень експлуатаційної надійності гідропідтискної муфти при цьому буде забезпечений.

4.2 Підвищення ремонтопридатності коробок передач тракторів ХТЗ-17221 в експлуатації

При експлуатації коробок передач тракторів ХТЗ-17221 для забезпечення і підвищення надійності найбільш доцільним є підтримка необхідного мінімального рівня оливи в картері, тому що це безпосередньо впливає на працездатність такого вузла КП як гідропідтискна муфта. В даний час для контролю рівнів рідин найбільш доцільним є застосування електронних приладів і пристроїв. На відміну від приладів, що використовуються в стаціонарних умовах, умови їхньої експлуатації на засобах транспорту відрізняються специфічними особливостями. Вони повинні відповідати вимогам по ергономіці, електромагнітній сумісності, а також нормативним документам з вібро- і ударостійкості, діапазону температур і вологості, впливу води і пилу [39]. При цьому напрацювання на відмову повинно бути не менше 1000 годин.

Сучасний стан ринку радіоелементної бази дозволяє розробити найпростішу систему з мінімальними витратами, що буде мати високу надійність, наочність інформації, що відображається, високу точність виміру контрольованих параметрів і функціональність [40, 41].

На основі наявної інформації і досвіду створення сучасних бортових засобів контролю технічного стану, а також вимог, пропонованих до таких систем [42], був розроблений алгоритм роботи системи контролю рівнів робочих рідин. Відповідно до нього робота пристрою організована в такий спосіб. При включенні живлення відбувається первісне настроювання мікроконтролера, а потім - рідкокристалічного індикатора. На наступному етапі виконуються відповідні процедури запуску. Після завершення роботи програми запуску мікропроцесор переходить у робочий режим. У даному режимі виконується послідовне сканування заданої кількості каналів, визначається неузгодженість і, в залежності від його величини, индиціюється стан рівня

Схема сигналізатора рівня оливи в кабіні трактора повинна бути проста за конструкцією, надійна в роботі і не повинна мати електричних контактів, що розмикаються, та піддаються ерозійному зносу. Робота схеми не повинна залежати від зміни напруги і температури навколишнього середовища. В даний час є велика кількість різних за принципом дії і будовою вказуючих приладів. Розвиток мікропроцесорної техніки і її постійне впровадження для діагностування технічного стану дозволяє створити сучасну бортову систему контролю рівня робочих рідин систем і агрегатів засобів транспорту.

ВИСНОВКИ

1. Серед властивостей, що характеризують ступінь досконалості засобів транспорту, їхній технічний рівень, важливе місце займає ремонтопридатність. Виходячи із призначення машин, характеру їхніх функцій й інших факторів, основну увагу при встановленні складу показників ремонтопридатності та їхній оцінці треба приділяти показникам безпосередньо ремонтопридатності, технологічності при технічному обслуговуванні й при ремонті або сполученням цих показників.

2. В наш час більш ніж 30% іноземних та вітчизняних тракторів обладнуються коробками передач з переключенням під навантаженням, що дозволяє на 5-10% підвищити продуктивність роботи. При цьому найбільш навантаженими режимами роботи коробки передач і її гідроприводу є включення передач на оранці і транспортних роботах, які супроводжуються високою питомою роботою буксування фрикційних елементів, що визначає надійність коробки передач. Присутні такі відмови як: короблення, спікання дисків при експлуатації тракторів при зниженому рівні оливи в роздавальній коробці і при робочому тиску нижче номінального.

3. Основною причиною вибракування деталей гідропідтискних муфт коробок передач є знос. При наробітку понад 6,5 тис. м.-г. спостерігається різке збільшення числа деталей, що вибраковуються. Основними спряженнями, які визначають працездатність гідропідтискної муфти, є спряження барабана фрикціона з ведучими дисками, чавунними ущільнювальними кільцями та вторинним валом.

4. Отримана методика оцінки та підвищення ремонтопридатності засобів транспорту (на прикладі колісних тракторів ХТЗ-17221), математична модель залежності зносу в напрацювання з врахуванням впливу таких факторів, як: швидкість зношування, вид поверхні.

5. На підставі проведеного аналізу ресурсу деталей коробки передач трактора ХТЗ-17221 рекомендуються наступні основні зміни при її виробництві та експлуатації: ввести фільтрацію оливи в гідросистемі КП з тонкістю очищення 25...30 мкм, підвищити твердість поверхні пазів під шліци дисків барабана фрикціону, замінити матеріал барабану фрикціону на більш зносостійкий при зменшенні його товщини, розробити систему контролю рівня оливи в картері КП.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. ГОСТ 21623-76. Система технического обслуживания и ремонта техники. Показатели для оценки ремонтопригодности. Термины и определения. - Введ. 01.01.76. - М.: Изд-во стандартов, 1976. - 17 с.

2. Калабро С.Р. Принципы и практические вопросы надежности: Пер. с англ. Д.Ю. Панова - М.: Машиностроение, 1966. - 376 с.

3. Борисов С.В., Львовский К.Я. и др. Трансмиссии с переключением под нагрузкой. - Труды НАТИ, Вып.264. - М., 1979. - 43 с.

4. Львовский К.Я., Черняк Ф.А., Серебряков И.Н. Трансмиссии тракторов. - М.: Машиностроение, 1976. - 290 с.

5. Анализ испытаний и эксплуатации тракторов Т-150К. Технический отчет ОГК, ХТЗ г.Харьков. РР-151, 1979.

6. Кобозев А.К. Интенсивность включения основных механизмов тракторов 3 т.с. на пахоте. - Науч. труды Ставропольского СХИ, 1972, т.6, вып.36, с.27-39.

7. Скляр А.Г. Повышение работоспособности гидропривода коробки передач трактора с переключением без разрыва потока мощности: Автореф. дис. … канд. техн. наук / Харьк. гос. техн. унив. сельск. хоз-ва . - Харьков, 1994. - 20 с.

8. Скляр А.Г. Влияние чистоты рабочей жидкости гидропривода коробки передач трактора на стабильность его функционирования / Киев: депонированная рукопись в ГНТБ Украины. - 1994. УК94№1139.

9. Лебедев А.Т. Разработка способов повышения работоспособности гидроприводов тракторных агрегатов на основе их диагностирования: Автореф. дис. … доктора техн. наук / Центр. научно-исслед. инст-т механиз. и электриф. сельск. хоз-ва Нечерноземной зоны СССР. - Минск, 1982. - 35 с.

10. Лебедев А.Т. Гидропневматические приводы тракторных агрегатов. - М.: Машиностроение, 1982. - 184 с.

11. Ивлев К.К., Воробьев В.А. Лабораторные исследования потерь мощности в коробках передач с переключением под нагрузкой. - Труды НАТИ, Вып.264. - М., 1979. - 43 с.

12. Терехов А.С. и др. Исследования тепловой напряженности раздаточной коробки автомобиля. - Автомобильная промышленность, №2, 1977.

13. Терехов А.С. и др. Об эффективности струйной смазки зубчатых редукторов. - Вестник машиностроения, №2, 1978.

14. Крагельский И.В., Виноградова И.Э. Коэффициенты трения. Изд. 2. - М: Машгиз, 1962.

15. Айзельт Г. Смазывание трансмиссии и характеристики, необходимые для расчета и выбора смазочных материалов. - В книге Исследования по триботехнике. Труды специалистов СССР (ИМАШ) и ГДР. Под ред. Чичинадзе А.В., М., 1975.

16. Терехов А.С. и др. Влияние температурных режимов работы агрегатов на эксплуатационные свойства трансмиссионного масла. - Автомобильная промышленность, №6, 1976.

17. Сорокин Г.М. Влияние тепловых воздействий на прочность и износостойкость сталей различных структурных классов. - Вестник машиностроения, №8, 1994.

18. Лыжко Г.П. и др. О возможностях уменьшения объема масла в гидросистеме коробки передач тракторов Т-150. - Сборник научных трудов КСХИ, Кишинев, 1994.

19. Рыбакова Т.Н. О теплообмене между агрегатами тракторных трансмиссий. - Труды НАТИ, Вып. 237, 1975.

20. Сергеев А.Л., Сафронов Ю.К. и др. Исследование температурного режима гидромеханической передачи автобуса в условиях жаркого климата. - Автомобильная промышленность, №11, 1975.

21. Барский И.Б. Критерии долговечности фрикционных муфт сцепления. - Вестник машиностроения, №1, 1985.

22. Исследование и совершенствование гидросистемы управления и гидроподжимных муфт трактора Т-150К с учетом повышения мощности до 180-200 л.с. Отчет ХПИ, руководитель темы Конденко М.Н., №ГР 76047760. Харьков, 1981. - 69 с.

23. Ремонтопригодность машин / А.И. Аристов, П.Н. Волков, Л.Г. Дубицкий и др. - М.: Машиностроение, 1975. - 368 с.

24. Экспертные оценки в практике управления наукой в техническом вузе. Изд-во МВТУ им. Баумана. М., 1973.

25. Добров Г.М. Экспертные оценки в научно-техническом прогнозировании. - М.: Прогресс, 1974. - 160 с.

26. Трактор Т-150К. Маршрутный технологический процесс на капитальный ремонт. Ч. 1, 2, 3. М., 1974.

27. Классификатор отказов трактора Т-150К. - М.: НПО НАТИ, 1988. - 43 с.

28. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. - М.: Металлургия, 1968. - 155 с.

29. Налимов В.В., Чернова В.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. - М.: Наука, 1965. - 340 с.

30. Гудзь С.П., Шаповалов Ю.К. Семейство колесных тракторов общего назначения типа ХТЗ-170 // Новые модели тракторов для аграрного комплекса. - Харьков: ОАО “ХТЗ”, 1999. - №2. - С. 5-12.

31. Бондаренко Г.Б., Ковальчук В.А. Про граничний стан спряжень гідропідтискної муфти.- Техника АПК. № 3,1994.- 20 с.

32. Бондаренко Г.Б., Ковальчук В.А. Спрацьовування поверхонь деталей. -Техника АПК. № 1,1995.- 23 с.

33. Приложение к техническому отчету по теме 22.52.11.81-12.0420, этап 11.13. Техническая экспертиза агрегатов шасси тракторов Т-150К, поступающих в капитальный ремонт. - Харьковский тракторный завод имени С. Орджоникидзе. 1985.- 325 с.

34. Гамбаров Г.М. и др., Статистическое моделирование и прогнозирование: Учеб. пособие для высш.- М.: Мысль, 1990.-382.

35. Статистика: Учеб. пособие для высш. школы.- М.: Мысль,1985.-269 с.

36. Батэ К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. - М.: Стройиздат, 1982. - 448 с.

37. Кухтов В. Г. Використання сучасних комп'ютерних технологій при оцінках міцності і довговічності тракторних конструкцій // Техніка АПК. - 2001. - №10-12. - С. 34-35.

38. Кухтов В.Г. Алгоритм расчета долговечности конструкций при усталостных разрушениях с использованием конечно-элементного анализа. // Тракторная энергетика в растениеводстве. Сб. научных трудов ХГТУСХ, вып. 6 - Харьков, 2003. - С. 210-215.

39. ГОСТ 12997-84. Изделия ГСП. Общие технические условия. Введ. 01.01.85. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 51 с.

40. Бельских В.И. Диагностирование и обслуживание сельскохозяйственной техники. - М.: Колос, 1980. - 575 с.

41. Костенко С.И., Колчин А.В., Бобков Ю.К. Эксплуатация электронных средств технического диагностирования сельскохозяйственной техники. - М.: Высшая школа, 1980. - 254 с.

42. Полянский А.С., Дубинин Е.А., Молодан А.А., Степанов А.В. Обеспечение надежности автотракторной техники использованием современных стратегий мониторинга и диагностирования // Вісник ХДТУСГ. Технічний сервіс АПК. Техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні: Зб. наук. праць, Вип. 23. - Харків, 2004. - С. 111-118.

Размещено на Allbest.ru