Признаки зональной классификации запасных частей

Зональные условия машиноиспользования прямо или косвенно оказывают влияние на величину и интенсивность нагрузки автотракторной техники, воздействуя на ресурсы их составных частей [12]. Эксплуатация машин в сибирских условиях связана с воздействием низких температур и, в связи с этим с изменением физико-механических свойств материала деталей. Изменяется также в худшую сторону рабочая среда в сопряжениях деталей. Это приводит к снижению долговечности составных частей машин и преждевременному выходу их из строя [1]. Для обоснования методов обеспечения работоспособности машин в этих условиях необходимо выполнить обзор и анализ признаков зональной классификации запасных частей при ремонтном и техническом обслуживании.

Цель работы – выбор признаков зональной классификации запасных частей при ремонтном и техническом обслуживании.

Материалы и методы исследования

Материалами для исследования послужили труды ученых по изучению процесса эксплуатации, ремонта и ТО машин в зональных условиях. В качестве методов исследования были применены обзор и анализ влияния внешних факторов на конструктивные параметры машин, метод количественного распознавания образов при группировке запасных частей с учетом зональности.

Результаты и обсуждение

Условием процесса ухудшения взаимодействия деталей в агрегатах и узлах машин является разница рабочей температуры агрегата (узла, сопряжения) с температурой окружающего воздуха [11, 14, 16, 17]. При температуре воздуха -45 °C работоспособное состояние деталей машин снижается в связи с ухудшением качества материала, из которого они изготовлены [5]. Температура -50 °C и ниже редка, и в реальной эксплуатации ее влияние на машины непродолжительно по времени [13]. Поэтому температурный порог, ограничивающий работоспособный режим работы деталей машин, рассматривался в качестве первого признака классификации запасных частей.

Вторым признаком является склонность материала деталей к хладноломкости. Детали машин в основе своей выполнены из металлов и полимеров. Цветные металлы и композиты, согласно [2], не имеют порога хладноломкости. В связи с этим они не рассматривались в качестве квалификационных признаков по склонности к хладноломкости.

Основной причиной снижения надежности составных частей автотракторной техники, эксплуатируемой в условиях низких температур, являются их отказы вследствие хладноломкости (хрупкости). Известно, что хрупкость не является свойством, постоянно присущим металлу, а характеризует лишь состояние, в котором он находится при данном сочетании внешних и внутренних факторов. Свойством данного материала является не хрупкость, а склонность к хрупкости, которая определяет момент перехода стали в хрупкое состояние либо по мере потери пластичности или вязкости, либо по изменению вида излома от волокнистого к кристаллическому. Хладноломкость можно характеризовать такими физико-механическими факторами, как понижение температуры, увеличение скорости и частоты деформирования деталей, и металлургическими факторами последствия - химическим составом, структурой и величиной зерна, а также наличием в металле примесей [3].

По данным работы [3], порог хладноломкости стали увеличивается примерно на 20 % с повышением содержания углерода на каждые 0,1 %. Содержание углерода более 0,3 % можно принять в качестве признака деталей, склонных к хладноломкости (при этом наблюдается значительное снижение ударной вязкости сталей). Содержание фосфора и серы в твердом растворе феррита повышает температуру его перехода в хрупкое состояние. При этом сульфиды, располагается по границам зерен, ослабляют их, затрудняют пластическую деформацию и более чем в 2 раза снижают ударную вязкость стали при температуре -40 °C и ниже. Поэтому в сталях ее содержание рекомендовано на уровне не более 0,01 % .

Испытания образцов, охлажденных в жидком азоте, на ударную вязкость с использованием стенда «Пингвин» в комплекте с копром МК-30 (рис. 1) при числе циклов от 820 тыс. до 3 млн показали, что знакопеременные нагрузки существенно влияли на ударную вязкость стали 60С2 при низких температурах.

Рисунок 1 – Схема испытания на ударную вязкость

В частности, ударная вязкость стали после предварительного циклического нагружения уже в области допустимой нагрузки понижалась при температуре 233К от 6,5 до 2,0 Дж/м2, т. е. более чем в 3 раза [10].

При этом ударная вязкость образцов, которые не получили знакопеременного нагружения, с понижением температуры уменьшлась плавно без явного порога хладноломкости. В то время как после предварительного циклического нагружения наблюдался переходный интервал критической температуры хрупкости, который по мере увеличения числа циклов смещается в область более высокой температуры (рис. 2) [10].

а

б

Рисунок 2 – Комплексное воздействие температур (ТК) и циклического нагружения (Дж/м²) на ударную вязкость рессорной стали: а – N ц = 0 (исходное состояние); б – N ц = 1144670

в                                      г

Рисунок 2 (продолжение) – Комплексное воздействие температур (ТК) и циклического нагружения (Дж/м2)

на ударную вязкость рессорной стали: в – N ц = 2271500; г – N ц = 2987100

Так, критическая температура хрупкости после 1 млн циклов составила 223 К, а после 3 млн циклов – 253 К. Переведем упомянутые выше значения в километры пробега автомобиля. Из работы А.М. Ишкова [7] известно, что количество колебаний (циклов) рессоры с амплитудой более 25 мм применительно к дорогам с 3-й группой покрытия составляли в среднем 114 на 1 км пробега автомобиля. 3000000 : 114 = 26316 км.

Этот численный расчет наглядно доказывал факт, что в реальной эксплуатации автомобилей в условиях низких температур раз в полгода возможно разрушение рессор вследствие хладноломкости. Причем не обязательно совпадение этого события с минимальными температурами окружающего воздуха [4]. Таким образом, в качестве еще одного из признаков, характеризующих склонность металлических деталей к хладноломкости, было выделено наличие динамической нагрузки (третий признак), возникающей в ходе выполнения машинами своих рабочих функций.

Полимеры условно подразделяют на два характерных класса: «резина» и «пластмассы». Среди основных классификационных признаков в этих классах отмечался химический состав, наличие агрессивной среды, а также характер нагрузки. Резины теряют свои работоспособные качества при отрицательных температурах среды от -40 °C и ниже [9]. Длительность использования резиновых элементов под действием нагрузки сдвигают этот порог в сторону более высоких температур [8]. Характерными классификационными признаками для деталей этой группы могут быть внешняя нагрузка, агрессивная среда (конденсат, масла и т. д.).

Агрегаты, узлы и детали двигателя, трансмиссии, электрооборудования и других систем автотракторной техники, интенсивно изнашиваемые под активным воздействием климатических факторов, могут служить отдельными квалификационными признаками [15]. Отрицательные температуры окружающего воздуха и увеличивающаяся удельная нагрузка при-веил к износу этих составных частей (четвертый признак).

Рост удельной нагрузки прежде всего сказался на ресурсе деталей, участвующих в выработке и распределении крутящегося момента двигателя по ведущим осям трактора и автомобиля. Ужесточение режима нагрузки в значительной степени объясняет и причину преждевременных отказов деталей электрооборудования [6]. Количественная оценка режима нагрузки проводилась с помощью коэффициента использования. Этот коэффициент определял долю работы включенного изделия за все время эксплуатации или наработки машины за определенный период

Т

K u = ^и , (1)

э где Ки – коэффициент использования; Ти – время пробега (наработки) машины, ч; Тэ – общее время эксплуатации машины, ч.

Для изделий электрооборудования, периодически и кратковременно включаемых под нагрузку (подогреватели или отопители и т. д.), характеристикой режима нагрузки был коэффициент включения

В

K в = /,                                 (2)

где В д – количество включений изделия за определенный период эксплуатации в данных условиях; В н – количество включений изделия за тот же период в нормальных условиях.

Поскольку физический смысл этих коэффициентов сводится к количественной характеристике использования изделия, их можно отнести к квалификационным признакам. После того как по отобранным признакам группы деталей ориентировочно намечены, на основе количественного признака выделяли в каждой из них репрезентанты - детали, обладающие свойствами, характерными для всей группы [15]. Роль количественного признака в данном случае выполняли полученные в ходе статистического эксперимента поправочные коэффициенты к нормам расхода запасных частей, характеризующие степень подверженности деталей воздействию низких температур зоны эксплуатации. Группы деталей были составлены из одного, двух и более элементов. В группах из одного элемента они же являлись элементами-эталонами. В группах из двух и более деталей репрезентантов определяли по методу центра тяжести. Они должны находиться вблизи «центра тяжести» группы и обладать «средними» значениями характеризующих их признаков. Используя эту методику и положения теории распознавания образов, получили 8 номенклатурных групп деталей, обозначенных соответственно А 1 , А 2 , А 3 …, А 8 . Количественные характеристики приведены в таблице.

Таблица

Группы и характеристики деталей в соответствии с их подверженностью зональным условиям эксплуатации

Наименование детали	Номер группы	Среднее число репрезентантов k	Накопленная частота ω
Резинотехнические амортизирующие изделия	А 1	2,34	3,2
Уплотнители пневмоаппаратуры	А 2	2,26	3,6
Уплотнители силовых передач	А 3	2,18	2,8
Защитные и вспомогательные детали	А 4	2,06	4,5
Детали подвески и ходовой части	А 5	1,99	3,6
Подшипники скольжения	А 6	1,94	3,3
Детали электрооборудования	А 7	1,86	4,0
Детали трансмиссии	А 8	1,72	5,6

Из числа исследуемых деталей 43,4 % приходился на резинотехнические изделия (амортизирующие детали, подвижные уплотнители и уплотнители силовых передач, защитные, а также вспомогательные детали общего назначения), работающие при температурах, близких к температуре окружающей среды (группы А 1 -А 4 ), 32,3 % составили детали двигателя и трансмиссии (А 8 ); 10 % приходилось на изделия электрооборудования (А 7 ); 8,7 % занимали детали подвески и 5,6 % (А 5 ) - подшипники (А б ) (в основном подвески и рулевого управления).

Заключение

Воздействию зональным условиям с низкими температурами окружающей среды подвержено не более 15–20 % от номенклатуры автотракторных деталей, поставляемых в запасные части. Из них наибольшая часть приходится на резинотехнические изделия, детали двигателя и трансмиссии. В номенклатуре данных деталей отмечено 8 характерных групп. Обзор 39

и анализ зональных классификационных признаков элементов машин позволил улучшить планирование потребности запасных частей при техническом сервисе машин, повысить уровень их ремонтопригодности и работоспособности. Отнесение сменных элементов к тому или иному классу запасных частей с учетом влияния зональных факторов машиноиспользования позволил разработать поправочные коэффициенты к нормам расхода запасных частей и установить методические принципы системы их дифференцированного распределения в обслуживаемых территориях.