Конструктивные мероприятия повышения надежности

 

1. Выбор оптимальных материалов деталей и рационального сочетания их в парах трения - одно из основных направлений при конструировании или модернизации машин. Детали совре­менных горных машин в зависимости от назначения изготав­ливают из конструкционных, износостойких, антифрикционных, фрикционных, антикоррозийных и других материалов. Напри­мер, в тракторах наиболее широко используются: качественная конструкционная сталь (35—48%), низколегированная сталь (45—60%), серый чугун (18—25%), а также сплавы на осно­ве алюминия, цветные сплавы (5—7%). Из качественных; конструкционных сталей наиболее широкое распространение получила сталь 45; из низколегированных — стали 12Х43А, 18ХГТ, 20ХНЗА, 25ХГТ, ЗОХГТ, 40Х и др.; из серых чугунов: СЧ 15-32, СЧ 18-36, СЧ 21-40.

Перспективными материалами для деталей горных ма­шин считаются: низколегированные цементуемые стали 25ХГТ, 20ХСНТ, 18ХНТФ (для шестерен и шлицевых валов), среднеуглеродистые низколегированные закаливаемые стали 39ХГСА, 45ХНМФА, 45ХМФА, 50ГСШ, 50ХФАШ (для подшипников скольжения), полимерные материалы (для втулок, подшипни­ков скольжения, сальников, шестерен, крышек и т. п.). Так, например, износостойкость сталей 40, 40Х, 39ХГСА соотносит­ся как 1 : 2,5 : 7.

Замена обычно применяемой для изготовления зубчатых колес стали 18ХГТ на сталь 25Х2ГНТА увеличивает срок служ­бы колес в 3—4 раза.

Работоспособность и надежность работы трущихся сочлене­ний в большой степени зависят от того, как в них расположе­ны материалы. Опыт эксплуатации машин и стендовые испыта­ния трущихся деталей показывают, что так называемые обрат­ные пары трения (Н₁<Н₂; S₁<S₂, где Н - твердости поверх­ностей, S - площади поверхностей трения) имеют большую износостойкость.

Оправдывает себя метод облицовывания резиной поверх­ностей деталей, подвергающихся абразивному износу. Для ре­жущих деталей горных машин наиболее эффективное сред­ство повышения долговечности -это метод самозатачивания - слоистое расположение металлов: на режущей кромке твердый металл, а за ним — мягкий, который компенсирует износ режу­щей кромки.

2. Снижение концентрации напряжений при выборе формы и размеров деталей. Возле отверстий, галтелей, кольцевых вы­точек, у шпоночных или шлицевых пазов, у основания резьбы и зубьев шестерен, а также там, где деталь резко меняет кон­фигурацию в условиях схватывания поверхностей трения, на­пряжения распределяются неравномерно, т. е. возникает кон­центрация напряжений. Отношение наибольшего напряжения σ_mах в зоне концентрации к номинальному напряжению σ_ном называют концентрацией напряжений:

Номинальные напряжения рассчитывают по формулам со­противления материалов, максимальные - методами теории упругости или же определяют экспериментально. Установлено, что при растяжении пластинки с отверстием а = 3; для пластин с надрезами а = 2÷2,5; для металла у основания зуба шестер­ни а ≈ 4 и т. д., что может резко снизить долговечность дета­ли и всей машины в целом. Поэтому при конструировании на­пряженных деталей необходимо предусматривать меры по сни­жению концентраций напряжений (вынесение отверстий из опасной зоны, вальцовка кромок отверстий; создание галтелей и радиусов в местах переходов, а также их упрочнение пла­стической деформацией; чеканка основания зуба шестерни и др.).

3. Регламентация показателей качества поверхностного слоя, как показывают данные табл. 4.1, обеспечивает эксплуатацион­ные свойства поверхностного слоя, а, следовательно, и всей де­тали.

Для точных деталей (шейки валов, внутренние отверстия втулок, эвольвентные поверхности шестерен, элементы подшипников и т. п.) необходимо регламентировать, кроме шеро­ховатости, волнистость поверхностного слоя. Для деталей, ра­ботающих на усталость, необходимо, кроме шероховатости, регламентировать направление штрихов, степень и глубину наклепа, и знак и величину остаточных напряжений. Как показы­вает табл. 5.1, нерегламентируемые в настоящее время пара­метры качества поверхностного слоя могут в 3 - 5 раз повысить долговечность отдельных ответственных деталей и, следова­тельно, значительно повысить надежность горных машин.

4. Создание эффективных устройств для смазывания тру­щихся поверхностей деталей - обязательное требование обеспе­чения длительной их работы. За последние годы значительно повышено качество смазочных материалов за счет использо­вания различных присадок к маслам и добавок в смазку. У со­временных двигателей все основные сопряжения, как правило, смазываются принудительно под давлением, такая же смазка все шире применяется в условиях трения деталей трансмиссии (износ при этом снижается в 2—3 раза). Перевод пар трения с консистентной смазки на жидкостную (втулки цапфы рам, подшипники опорных катков и др.) может резко сократить износ трущейся пары, например, суммарный износ колец под­шипника при переходе со смазки Литол-24 на Веретенное-2 снижается с 1,67 до 0,21 мм (за одинаковый отрезок времени).

5. Как показывают данные наблюдений за эксплуатацией тракторов и горных машин, основными причинами выхода из строя подшипников ходовой части и трансмиссии при рабо­те в условиях горных предприятий являются абразивный износ и изменение качества масла из-за попадания в него воды вслед­ствие нарушения герметичности. Поэтому улучшение конструк­ции и материалов уплотнительных устройств и герметизация сборочных единиц и агрегатов горных машин имеют боль­шое значение в деле повышения долговечности, поскольку эти машины длительный период времени работают в атмосфере, насыщенной абразивными частицами.

Для предотвращения попадания абразивных частиц жела­тельно, чтобы конструкция стыка имела минимальный радиус закругления фасок на кромке стыка, минимальную шерохова­тость плоскостей в стыке и поверхностей трения. Кроме этого, следует применять ограждающие набивки, козырьки, лабиринт­ные уплотнения. Так, лабиринтные уплотнения в шарнирах литой гусеницы повышают износостойкость пальцев и втулок в 2',5 раза. Кроме того, рекомендуется на трущихся поверх­ностях прорезать канавки, соединяющиеся общим каналом в каждом из тел трущейся пары. Абразивные частицы, оказы­вающиеся в зоне трения, могут быть удалены через систему отверстий промывкой или продувкой.

6. Можно перечислить еще множество путей повышения на­дежности на основе конструкторских решений:

- применение компенсаторов износа, регулируемых по мере износа детали;

- создание податливости деталей, позволяющей приспосо­биться к неточностям геометрической формы;

- применение точных пар трения с использованием метода «избирательного износа», разработанного Д. М. Гаркуновым и И. В. Крагельским;

- применение гасителей колебаний (демпферов, махови­ков) и предохранительных муфт;

- создание эффективных устройств для очистки воздуха, топлива и смазки;

- обеспечение достаточной жесткости базовых деталей ма­шин и устойчивости их к вибрации;

- введение динамической балансировки деталей двигателя, сцепления, карданных валов и др.;

- применение различных мероприятий по снижению кор­розии (устранение щелей, острых граней, углов; электроизоля­ция разнородных металлов; металлические и лакокрасочные покрытия и т. п.);

- совершенствование методов расчетов деталей на статиче­ские, динамические, экстремальные нагрузки и прогнозирова­ние надежности создаваемой или модернизируемой машины.

 

 

⇐ Предыдущая12131415161718192021Следующая ⇒

Поделиться: