Совершенствование технического обслуживания цепных передач сельскохозяйственного назначения

Введение. Под термином «техническое обслуживание» или «технический сервис» понимается совокупность организационных действий, способов, приёмов, технических средств и материалов, применяемых в процессе эксплуатации машин и оборудования, направленных на снижение их отказов и требующих затрат труда [1, 2].

Исходя из этого определения, применительно к цепным передачам сельскохозяйственных машин и орудий можно утверждать, что их техническое обслуживание практически отсутствует.

Основная причина этого состоит в кратковременности и напряжённости сезонов полевых сельскохозяйственных работ.

Немаловажную роль в этом играет и высокая надёжность цепных передач, обеспечивающая их работу без надлежащего ухода в течение двух–трёх сезонов.

Однако это не означает, что нормальное техническое их обслуживание, например, обеспечение смазки в течение каждого сезона, не обеспечит увеличения длительности использования цепей и звёздочек в несколько раз.

Тем не менее инструкции даже таких сложных и дорогостоящих машин, как зерновые комбайны, насыщенные цепными передачами, не предусматривают уход за ними в течение сезона эксплуатации. Единственные требования в этом плане касают- ся подготовки цепей к хранению на период, когда машины не используются. Инструкциями предписывается снятие цепей, их смазка и хранение в закрытых помещениях.

Но, к сожалению, и это требование в подавляющем большинстве случаев не выполняется. Цепи оставляют на машинах на прежних местах их работы и к тому же большей частью не смазанными [3, 4, 5].

В вопросе технического обслуживания сельскохозяйственных цепных передач реальность такова, что им уделяется внимание только при отказах, например, при разрушении роликов или втулок, или при окончательной выбраковке вследствие предельного удлинения от износа. Причём выбраковка выполняется чаще всего персоналом, работающим на машинах, путём визуальной оценки состояния цепи без применения каких-либо инструментов [6, 7].

Цель исследований заключается в продлении срока службы цепных передач сельскохозяйственного назначения путем совершенствования их технического обслуживания.

Объект и методы исследований. В этой связи задача существенного продления срока службы цепей и передач в целом может быть удовлетворительно решена путем разработки и применения способов и технических средств, обеспечивающих правильность монтажа передачи и контроля за состоянием цепей в процессе работы [8, 9, 10].

Результаты исследований и их обсуждение. Цепные передачи широко применяются на многих сельскохозяйственных машинах и требуют значительных средств на их содержание в работоспособном состоянии. Между тем заложенные в них потенциальные возможности долговечности используются не полностью. Причиной тому являются скрытые и явные недостатки их технического обслуживания.

Нами установлено, что звёздочки цепных передач способны компенсировать удлинение шага цепи от износа не одинаково, а согласно следующей, полученной нами зависимости:

[ A t ] = 0,893 + ^143,916 %,

z где [At] - предельное удлинение шага цепи от износа;

z – число зубьев наибольшей звёздочки в передаче.

На основании этой зависимости для каждой конкретной цепной передачи в инструкции по использованию машины должна быть указана индивидуальная норма предельного удлинения шага цепи. В процентном отношении она не зависит от типа цепи, а зависит только от числа зубьев наибольшей звёздочки в передаче [11, 12, 13].

В таблице приведены дифференцированные нормы рекомендуемых предельных удлинений основных стандартных приводных цепей сельскохозяйственного назначения в зависимости от числа зубьев наибольшей звёздочки передачи. При этом учитывался установленный нами предельно допустимый износ втулки.

Рекомендуемые дифференцированные нормы выбраковки или замены цепи любого шага в конкретной передаче с предлагаемой цепью,%

Recommended differentiated rates for rejection or replacement of the chain of any step in a particular transmission with a proposed chain, %

Число зубьев наибольшей звёздочки передачи по ГОСТ 591–69 Number of the teeth of the largest chain sprocket in accordance of State Standard 591–69
9 – 20	22	25	28	32	36	40	45	50	56
7,9	7,4	6,6	6,0	5,4	4,9	4,5	4,1	3,8	3,2

Как видно из таблицы, для наиболее употребительных звёздочек (выделено цветом) рекомендуемые нормы выбраковки значительно превышают установленный в практике норматив в 3% от номинального шага. Это означает, что в большинстве передач в среднем в два раза недоиспользуется потенциальный резерв цепей.

Кроме того, если число зубьев наибольшей звёздочки в передаче больше 40 и цепь подлежит выбраковке по рекомендуемой норме, это не означает, что она окончательно непригодна к эксплуатации. Она может быть использована в передачах с существенно меньшим числом зубьев наибольшей звёздочки, если нет иных повреждений её деталей. Сдерживающим фактором является тот факт, что в практике эксплуатации сельскохозяйственных цепей отсутствуют средства контроля, и оценка работоспособности цепи выполняется визуально.

Как известно, цепные передачи, в отличие от клиноремённых, способны нормально работать при предварительном натяжении, величина которого в десятки раз меньше усилия, передаваемого цепью. Оно создаётся определённым провисанием холостой ветви, которое является обязательным условием нормальной работы цепной передачи. Литературные источники и технические требования рекомендуют назначать стрелу провисания холостой ветви в 0,02…0,025 от межосевого расстояния передачи [1, 14, 13].

По ГОСТ 13568–97 рекомендуется назначать стрелу провисания холостой ветви передачи с межосевым расстоянием в 1000 мм в 40 ± 10 мм при приложении усилия в 160 ± 10 Н. При увеличении или уменьшении межосевого расстояния на каждые 100 мм рекомендуется соответственно увеличивать или уменьшать стрелу провисания на 4 ± 1 мм.

Однако все эти рекомендации, по крайней мере для сельскохозяйственных цепных передач, теряют смысл, так как по- давляющее большинство из них снабжается так называемыми натяжными звёздочками.

Необходимость в них диктуется двумя обстоятельствами. Рабочие звёздочки сельскохозяйственных цепных передач выполняются по самым грубым допускам в отношении радиального биения венца (более 0,5 мм), в связи с чем в процессе работы значительно изменяется межосевое расстояние, и возникают большие вертикальные колебания холостой ветви передачи.

Кроме того, стрела провисания постепенно увеличивается от износа деталей шарниров и требуется восстанавливать её прежние значения. Очевидно, что компенсировать вытяжку цепи путём изменения межосевого расстояния в большинстве случаев нецелесообразно.

Но также очевидно, что применение натяжных звёздочек не только не решает проблему натяжения холостой ветви, но и в существующем их исполнении значительно ухудшает ситуацию.

Дело в том, что подавляющее большинство натяжных звёздочек имеет жесткое, неподвижное крепление в кронштейнах, и потому они лишены способности адекватно реагировать на непрерывно изменяющуюся в работе стрелу провисания в результате радиального биения звёздочек.

Помимо этого в практике использования цепных передач принято устанавливать натяжные звёздочки при их регулировках не только вплотную к цепи холостой ветви, но и с некоторым усилием. При этом холостая ветвь лишается естественной возможности безболезненно компенсировать изменяющееся межосевое расстояние, вызываемое радиальным биением звёздочек.

Компенсация осуществляется за счёт упругих деформаций цепи, валов и кронштейнов натяжных звёздочек. Нередко последнее наблюдается воочию, когда в процессе работы передачи кронштейн натяжной звёздочки, как наименее жёсткое звено, подвергается упругим циклическим деформациям. В описываемой ситуации в цепном контуре возникают дополнительные циклические нагрузки, нередко превышающие передаваемое цепью усилие [1, 7, 11, 14].

Наиболее эффективным решением проблемы было бы применение известных в литературе натяжных устройств с пружинны- ми компенсаторами. Однако это существенно усложняет их конструкцию (рисунок 1).

В сложившейся ситуации существенно уменьшить (но не устранить полностью) негативные процессы можно оптимальным регулированием положения натяжных звёздочек.

Рисунок 1 – Передача с подпружиненной натяжной звёздочкой

Figure 1 – Transmission with a spring-loaded tension sprocket

Независимо от места расположения натяжной звездочки порядок регулирования её положения относительно холостой ветви цепи должен заключаться в следующем. Ослабив крепление оси натяжной звёздочки, её впадины следует подвести вплотную к роликам цепи до сопротивления дальнейшему перемещению усилием руки. Далее сместить звёздочку в обратном направлении так, чтобы впадины отошли от роликов примерно на следующие величины:

• -    для цепи шага 25,4 мм – на 6…7 мм;

• -    для цепи шага 19,05 мм – на 4…5 мм;

• -    для цепи шага 15,875 мм – на 3…4 мм.

Основной принцип здесь таков: цепь должна освободиться от воздействия на неё натяжной звёздочки, но при проворачивании передачи зубья натяжной звёздочки не должны выходить из зацепления с её шарнирами. Звездочка должна быть не натяжным, а поддерживающим и гасящим колебания ветви элементом. Несомненно, что контроль за положением и работой натяжной звёздочки должен участиться.

Ориентировочно контроль, и если потребуется, регулирование натяжной звёздочки необходимо будет выполнять планово, через каждые 50 часов работы передачи. Затраченные усилия окупятся многократно продлением долговечности всех деталей передачи, включая подшипниковые опоры.

Нами установлено, что отклонение от расположения (смещение) звёздочек приводит к ряду отрицательных явлений:

• -    увеличивается темп износа деталей шарниров цепи;

• -    возрастает износ рабочих поверхностей звёздочек;

• -    увеличивается износ роликов;

• -    происходит ненормативный износ боковых поверхностей зубьев и пластин, что влечёт за собой ухудшение КПД передачи;

• -    создаются осевые нагрузки на подшипники опор, приводящие к их нагреву и преждевременному выходу из строя.

Установлено также, что цепи обладают некоторой способностью к самоустанав- ливаемости в небольших пределах. Показано, что суммарные отклонения от параллельности осей и осевого биения венца звёздочек могут в среднем составлять 0,3 мм в радиальном исчислении и могут быть компенсированы способностью звёздочек к самоустанавливаемости.

Таким образом, реальным источником ненормальной работы передачи и возникновения указанных отрицательных явлений может быть только смещение звёздочек от расположения в одной плоскости. Эта угроза наиболее реальна при выполнении демонтажа и новой установки звёздочек или валов, то есть в процессе ухода за передачами, так как оценка положения звёздочек выполняется визуально. Действующими правилами технического ухода за цепными передачами рекомендуется применять для контроля расположения звёздочек обычные линейки. Однако не существует методики их применения и положительный эффект от их применения достигнут быть не может.

Положительный результат при использовании простой линейки может быть достигнут лишь в том отдельном случае, когда плоскость венца одной из звёздочек будет параллельна геометрической оси передачи и именно эта звёздочка случайно будет принята за базу. Очевидно, что вероятность такого события близка к нулю, тем более, что при неизбежном наличии осевого биения венца у любой звёздочки поворот её на любой угол изменяет её положение относительно геометрической оси передачи.

Отклонение от параллельности осей валов тоже всегда имеет место, и потому плоскость венца любой из звёздочек не может служить надёжной базой для ориентации положения звёздочек относительно друг друга с помощью обычной линейки.

Положительный результат регулирования может быть достигнут лишь в том случае, когда обе звёздочки, имеющие неустранимые отклонения от расположения, разместятся внутри пространства между внутренними пластинами цепи, вытянутыми в прямую линию, параллельно геометрической оси передачи.

Такое положение при регулировании может быть достигнуто путём применения специальных линеек для цепей разного шага. Каждая из линеек представляет собой прямолинейный плоский стержень типа обычной линейки, в котором на большей части длины выполнена сквозная прорезь, ширина которой для каждого типоразмера передачи определяется выражением

Ввпн ≥hn ≥0,93Ввпн-0,15, где Впвн – расстояние между внутренними пластинами соответствующего типоразмера цепи по ГОСТ 13568–97.

Длина прорезей должна обеспечивать настройку передач всего диапазона межосевых расстояний данной машины. В принципе линейка может быть раздвижной.

Для удобства пользования три вида линеек целесообразно объединить, выполнив единую линейку-калибр в виде трубы квадратного сечения с разными прорезями по трём её сторонам. Примерный вариант такой линейки-калибра показан на рисунке 2.

Методика пользования линейкой-калибром предельно проста и гарантирует наиболее приемлемый результат. В контролируемой передаче удаляется цепь, и линейка-калибр прорезью, соответствующей данному шагу цепи, накладывается на обе звёздочки или поочерёдно на смежные звёздочки многозвёздной передачи. Результат контроля считается приемлемым, если участки венцов обеих звёздочек свободно входят в прорезь. В противном случае ослабляется стопорное устройство любой из звёздочек и соответствующим её перемещением достигается требуемое условие, после чего звёздочка опять стопорится.

Рисунок 2 – Линейка-калибр для контроля и настройки сельскохозяйственных цепных передач

Figure 2 – Gauge ruler for controlling and adjusting chain transmissions for agricultural purposes

Понятно, что применением линейки-калибра нельзя устранить осевое биение венцов звёздочек и отклонения от параллельности осей валов. Однако величины этих отклонений малы в сравнении со смещением и автоматически компенсируются способностью цепи к самоустанавливаемо-сти.

Выше упоминалось, что в практике эксплуатации сельскохозяйственных цепей предельный износ их до выбраковки выполняют визуальной оценкой, чаще всего это делают сами операторы машин. При этом они руководствуются лишь личным опытом, не имея действенных ориентиров и методики контроля. В связи с этим предлагается линейку-калибр снабдить специальными штифтами, расстояние между внешними поверхностями которых ориентировочно равно предельному удлинению для десяти звеньев изношенной цепи.

Контроль годности выполняется следующим образом. Демонтированная из передачи цепь любым отрезком надевается на соответствующие штифты линейки-калибра. Пара штифтов диаметрами 5 мм и расстояние между их внешними поверхностями предназначены для контроля цепи шага 15,875 мм.

Пара штифтов диаметрами 5 мм и 6,8 мм и расстояние между их внешними поверхностями предназначены для контроля цепи шага 19,05 мм. Пара штифтов диаметрами 6,8 мм и 9 мм и расстояние между их внешними поверхностями предназначены для контроля цепи шага 25,4 мм.

Выбраковке цепи подлежат в том случае, когда десять их звеньев свободно надеваются на соответствующие штифты.

Длина изношенных десяти звеньев рассчитывалась по действующему нормативу в 3% от шага. При этом предлагаемый метод и инструмент контроля не исключает возможности продолжения эксплуатации цепи в передачах с числом зубьев наибольшей звёздочки 30 и менее. При отсутствии других повреждений цепи в таких передачах могут эксплуатироваться ещё не менее сезона полевых работ.

Таким образом, предлагаемый метод контроля годности цепей в передачах не является однозначным и исчерпывающим. Однако он позволяет принимать осмысленные и грамотные решения по длительности их эксплуатации.

Наличие в сельскохозяйственном производственном подразделении линейки-калибра обеспечивает возможность органи- зации периодического контроля за состоянием цепных передач. Его целесообразно проводить в процессе постановки машин на хранение. Инструкциями по эксплуатации, например, зерноуборочных и других комбайнов, где цепные передачи наиболее распространены, предписывается при подготовке к хранению цепи демонтировать и хранить в помещении в смазанном виде. Целесообразно в то же время организовать контроль над состоянием цепей и проверку отклонений от расположения звёздочек в цепных контурах.

В руководствах по эксплуатации сельскохозяйственных машин, даже таких сложных как зерноуборочные комбайны, отсутствуют рекомендации по контролю и уходу за цепными передачами в процессе их эксплуатации. Между тем наличием в их работе нескольких факторов, прямо влияющих на долговечность цепных передач, диктуется необходимость в контроле над их использованием и своевременном вмешательстве при необходимости.

С целью оценки эффективности использования линейки-калибра при настройке сельскохозяйственных цепных передач нами были выполнены соответствующие полевые эксперименты.

Основной целью экспериментальных исследований являлась инструментальная оценка ключевых теоретических положений предложенных способа и средства контроля и регулирования цепной передачи на предмет достижения приемлемых погрешностей её монтажа.

В первую очередь подлежала проверке в полевых условиях эффективность применения линейки-калибра для достижения приемлемых отклонений от расположения звёздочек.

Для её оценки предполагалось выполнить полевые сравнительные испытания на износ деталей передач при разных уровнях настройки отклонений от расположения деталей. За базовое состояние принималась нормативная величина отклонений от расположения звёздочек по ГОСТ 13568–97.

Были выполнены полевые сравнительные испытания двух аналогичных цепных передач, одна из которых отрегулирована с помощью линейки-калибра (рисунок 3), а вторая – визуально, как это и практикуется в сфере эксплуатации сельскохозяйственных цепных передач.

В качестве объектов испытаний были использованы цепные передачи правой стороны наклонной камеры комбайнов «Дон-1500Б» с шагом цепи 25, 4 мм.

В результате полевых испытаний было установлено, что износ валиков цепи визуально настроенной передачи был смещён от середины к краям и составил в среднем 0,1 мм с каждой стороны при 0,04 мм в середине. Износ валиков цепи передачи, настроенной с помощью линейки-калибра, был равномерен по рабочей длине валика и составил в среднем 0,047 мм. Этим достоверно подтверждается эффективность применения линейки-калибра для настройки смещения звёздочек в передаче.

Выше упоминалось, что инструкциями по постановке машин на хранение предписывается демонтаж цепей, их смазка и хранение в закрытых помещениях. Однако в большинстве хозяйств эти предписания игнорируются. На рисунке 4 в качестве примера показано зимнее хранение цепи наклонной камеры комбайна «Дон-1500» в одном из хозяйств.

Рисунок 3 – Линейка-калибр, установленная на звёздочки опытной передачи

Figure 3 – Gauge ruler mounted on the sprockets of the experimental chain transmission

Рисунок 4 – Пример неправильного зимнего хранения цепи жатки комбайна «Дон-1500»

Figure 4 – An example of incorrect winter storage of the header chain for the combine harvester Don-1500

Понятно, что демонтаж большого количества цепей, например, комбайнового парка, связан со значительными трудозатратами, наличием помещений и организацией индивидуального учёта цепей той или иной машины. Поэтому некоторые хозяйства прибегают к смазке цепей для хранения непосредственно на машинах, без их демонтажа. При этом смазка выполняется жидкими отработанными маслами и не даёт значимого положительного эффекта.

Испарением и атмосферными осадками жидкая смазка сравнительно быстро удаляется, и цепи подвергаются ржавчине. На рисунке 5 показана фотография цепных передач комбайна «Дон-1500», предварительно смазанных жидкой смазкой, по состоянию на начало января. На фотографии видно, что следы смазки сохранились только на нижней цепи, а верхняя цепь покрыта ржавчиной.

Как приемлемый вариант смазка цепей непосредственно на машинах, при постановке их на хранение, допустима. Но при этом необходимо применять тугоплавкие, несмываемые смазки [15]. В частности, спе- циально приготовленные на основе битумов № 3 или № 4 путём их растворения или расплавления. Такие смазки хорошо защищают шарниры от проникновения влаги и не смываются осадками.

Рисунок 5 – Зимнее состояние цепей, смазанных жидкой смазкой

Figure 5 – Winter condition of chains lubricated with liquid lubricant

Необходимость в защите цепей от коррозии однозначна. Дело в том, что в них допускаются лишь небольшие износы деталей шарниров. Так, например, предельный износ втулок до выбраковки цепи шага 25,4 мм составляет около 0,38 мм. За период же хранения несмазанной цепи ржавчина на их поверхностях может достигать 0,1 мм, то есть потери долговечности цепи за один сезон хранения могут достигать около 25% от её номинала.

Неоднозначно трактуется и проблема смазки сельскохозяйственных цепных передач во время их работы. Нам не удалось найти в литературе обоснованных рекомендаций на этот счёт. В связи с этим нами был поставлен специальный опыт на комбайнах в уборочный сезон 2015 года.

В качестве объектов испытаний были выбраны две аналогичные передачи приводов жаток комбайнов «Дон-1500» с шагом цепи 25,4 мм. Одна из них ежедневно смазывалась консистентной смазкой, а вторая работала без смазки.

Зона работы этих цепей имеет высокую запылённость. По этой причине на смазываемой цепи оседало большое количество пыли, почти полностью покрывая звенья цепи. Несмазываемая цепь была свободна от загрязнений.

По окончании полевых работ от каждой цепи был отделён участок в 10 звеньев и разобран на детали. Измерениям на предмет износа были подвергнуты валики шарниров. В результате измерений было установлено, что валики, а следовательно, и втулки смазываемой цепи износились на двадцать процентов больше, чем несмазываемой. Отсюда следует, что при высокой запылённости зоны работы цепи её смазка во время работы не целесообразна.

Выводы. Предложенные дифференцированные нормы выбраковки пластинчатых цепей в зависимости от числа зубьев наибольшей звёздочки в передаче позволяют в среднем увеличить сроки их службы минимум в два раза. Разработанные предложения по регулированию положения натяжных звёздочек дают возможность уменьшить негативные процессы в ходе работы цепной передачи. Разработанная модель линейки-калибра делает возможным осуществлять технический контроль и настройку по параметру отклонения звёздочек от расположения в одной плоскости в цепных передачах. Результаты полевых испытаний, целью которых являлось подтверждение эффективности использования линейки-калибра и смазки при хранении цепей в зимний период показали, что износ валиков цепи передачи, настроенной с помощью линейки-калибра, был равномерным по всей рабочей поверхности и составил 0,047 мм, и это подтверждает эффективность ее применения. Испытаниями так же установлено, что во время хранения необходимо применять тугоплавкие, несмываемые смазки, а в процессе работы в зоне высокой запыленности смазку применять нецелесообразно, так как износ валиков смазываемой цепи на 20% больше, чем у несмазываемой.