Автор: Я. Михайлович, А. Романюк, А. Рубец, А. Засунько
Источник: Український журнал з питань агробізнесу Пропозиція
. 2006 р [электронний ресурс]. – Режим доступа: http://agrosev.narod.ru/page149itemid2125number66.htm
На современной сельскохозяйственной технике около 70% общего количества соединений – разъемные. Из всех видов нарезные соединения, пожалуй, чаще всего используют на зерноуборочных комбайнах, поэтому обеспечение их надежности так же важно, как и обеспечение надежности рабочих органов, которые непосредственно выполняют заданный технологический процесс. Выступая при этом как промежуточное звено между элементами, нагруженными статически или динамически, нарезное соединение должно отвечать следующим требованиям:
Без соблюдения вышеуказанных требований невозможно добиться высокой эффективности эксплуатации нарезных соединений, а соответственно, и машины в целом.
Эксплуатация сельскохозяйственной техники связана с негативным влиянием вибрационных нагрузок на ее детали, узлы, агрегаты и системы. Установлено, что диапазон частот колебаний нарезных соединений зерноуборочных комбайнов КЗС-9 Славутич
лежит в пределах от 0,1 до 120Гц, амплитуда – от 1.10-6 м до 5.10-3 г. Причинами этого явления является неуравновешенность вращающихся масс, криволинейность Профиль дорог, варьирование характеристик обрабатываемого материала и т.п. Недостаточная прочность резьбового стержня в условиях знакопеременных нагрузок может вызвать остаточную деформацию и создать условия для ударной нагрузки.
В условиях ударной нагрузки ресурс соединения сокращается до нескольких сотен, а то и десятков циклов колебаний учитывая возникновение чрезмерных усилий в отдельно стержни.
Смятия витков резьбы – это тоже следствие перегрузки соединения, и бывает он в основном в случае предоставления соединению чрезмерного предварительного напряжения во время закручивания запасных. При этом извне невозможно установить состояние резьбы в зоне контакта болта и гайки, и достаточно незначительного увеличения нагрузки во время эксплуатации, чтобы зимьялися витки резьбы, а соединение вышло из строя.
Одним из методов конструктивного увеличения прочности применение нарезов с меньшим шагом. Установлено, что за уменьшения шага метрической резьбы прочность соединения напряжениями растяжения увеличивается на 37,26%, а за напряжениями кручение – на 63,6% при прочих равных условиях.
Во времена СССР сельхозмашиностроения считалось второстепенным, поэтому и не спешили доводить показатели надежности техники до мирового уровня. Первое место принадлежало оборонной промышленности, тогда как отечественное сельхозмашиностроение на 20-30 лет отстало от передовых мировых отраслей машиностроения. Средства, которые тратили на ремонт сельхозтехники, более чем в семь раз превышали средства, потраченные на ее производство. Для примера: класс прочности болтов, которые чаще всего используют на современной зарубежной сельхозтехнике, – 8,8-10,9, на отечественной – 5,8-8,8. Рыночная экономика этого не простит: отечественная сельхозтехника, в частности зерноуборочные комбайны, является неконкурентоспособной по сравнению с зарубежными аналогами, по ряду технических и эксплуатационных показателей.
В резьбовых соединениях часто бывают случаи заедания, начинающиеся с местного сварки витков резьбы, а при дальнейшем относительного движения сопровождаются повреждением поверхности. Большинство соединений не устойчивы к заедание даже при невысоких контактных напряжений (рmax = 5 ... 25 МПа) и, как следствие, дают низкое напряжение закручивания (s0maxЈ0, 15sm. Поэтому механические характеристики нарезных деталей используют лишь частично. Отбором материалов нарезных деталей можно повысить предельное контактное напряжение рmax и устойчивость к заедания. Наиболее эффективными средствами против заедания является смазочные материалы, покрытия и оксидные пленки. Смазочный материал уменьшает коэффициент трения и препятствует образованию контакта и точечной сварки между витками резьбы. Хорошие антифрикционные свойства имеют смазочные материалы на основе дисульфида молибдена, который образует на поверхности металла сплошные пленки, препятствуя тем самым точечном сварке в контакте. К маслам с достаточными антифрикционных свойств относятся МС-70, ЦИАТИМ-201. Антифрикционные свойства смазочных материалов оценивают также по крупнейшим средним значением напряжения рmax на виток резьбы, что приводит к заедания. Наиболее эффективными при этом масла № 8 и 3Ф, предотвращающих заедание до значения рmax = 380 МПа (соответствует 80% напряжения текучести материала s0 = 0,8 sm. Смазочные материалы неорганической, углеводородного и кремний-органической групп не выдерживают высоких напряжений закручивания. По условию заедание напряжение для них должна быть s0Ј0, 3sm или рmax = 150 ... 160 МПа, что ограничивает возможность эффективного использования прочности материала деталей соединения. Эффективными средствами предотвращения заедания также покрытия и оксидные пленки. Для защиты от коррозии, уменьшение коэффициентов трения и их стабилизации используют такие покрытия: цинковое, кадмиевых, фосфатное, оловянное, медное т.д. Исследования свидетельствуют, что лучшие антифрикционные свойства имеют мягкие покрытия: серебром, кадмием, свинцом, оловом и таллием. Выполняя роль твердого смазочного материала, они делают невозможным контакт между материалами нарезных деталей, тем самым предотвращая заедание.
Неточность в проектировании и изготовлении корпусных деталей, пространственных конструкций, опор валов и т.п. часто во время сбора компенсируют увеличением отверстий под нарезные соединения (изготовление их продолговатыми или большего диаметра), что имеет негативные последствия при эксплуатации зерноуборочных комбайнов. Увеличение отверстий в связуемых деталях уменьшает жесткость соединения благодаря тому, что шайба начинает работать не на сжатие, а на изгиб, в случае же соединение без шайбы – вследствие увеличения удельного давления в контакте опорной поверхности детали и гайки (головки болта). Шайба в условиях знакопеременного нагрузки – как промежуточная упругая звено – работать вне упругих деформаций и через короткий промежуток времени испытывает остаточной деформации, соединение станет нерабочим.
Свою роль в уменьшении прочности, ресурса нарезных соединений и стабильности усилия предварительного закручивания играет коррозия. В случае образования ржавчины в зоне контакта резьбы болта и гайки создается дополнительная нагрузка на соединение, так ржавчина занимает больший объем, чем железо, из которого она образуется. Однако она не крепка и разрушается под воздействием вибрации, образуя зазоры между контактирующими поверхностями. Основными способами защиты от коррозии является применение соединений из легированных сталей и металлических покрытий, устойчивых к коррозии. На сегодня в хозяйствах используют три способа хранения зерноуборочных комбайнов: открытый, закрытый, комбинированный. Доминирующим среди них есть открытый, который в сочетании с высоким процентом износа комбайнов (более 95%) влечет за собой огромные затраты рабочего времени и средств на восстановление работоспособности во время жатвы. Надежную защиту от коррозии резьбовых соединений имеют в случае закрытого способа хранения техники.
На комбайнах Дон-1500
и Славутич
использован более 3000 пружинных шайб с номинальным диаметром 6-24 мм. Сейчас проблемой является разрушение пружинных шайб за некачественного материал, нарушение технологии изготовления и правил эксплуатации.
Вследствие разрушения и потери пружинной шайбы в соединении создаются благоприятные условия для возникновения ударной нагрузки. Относительное перемещение связуемых деталей достигает 2-5 мм, разрушая отверстия в них.
По данным исследований, проведенных в Национальном аграрном университете, 18,88% пружинных шайб, которые используют на сельхозтехнике, имеют недостаточную жесткость, 53,31% – имеют избыточную жесткость и только 28% шайб соответствуют требованиям технических условий ГОСТ 6402-70. Недостаточная твердость влечет возникновение остаточной деформации шайбы, чрезмерная – ее разрушение.
Большинство соединений зерноуборочных комбайнов работает группами (по два и больше в группе. Основная особенность сборки групповых резьбовых соединений – неравномерность затяжки, что обусловлено:
Неравномерность закручивания влияет на герметичность стыков и прочность как деталей резьбовых соединений, так и других деталей комбайнов. Неравномерное закручивания вызывает деформирования деталей корпусов, опор и валов. Это приводит к появлению в деталях дополнительных напряжений сдвига и изгиба и, как следствие, – к преждевременному разрушению, срабатывания деталей, нарушение точности движения рабочих органов и других негативных явлений. Характер распределения деформаций зависит от способа сбора соединений – групповой или раздельного. Групповое закручивания обеспечивает значительно большую равномерность распределения деформаций. Но затрудненный доступ к гайки (болта) заставляет использовать раздельный способ закручивания соединений. Раздельное закручивания представляет собой сложное технологическое задание за сложности обеспечения идентичных напряжений при закручивания. Сегодня применяют известные способы перекрестного или кругового закручивания гаек (болтов) с последовательностью, указанной в инструкции.
Нерешенным вопросом остается сохранение усилия прижима деталей течение определенного срока эксплуатации соединения. Вследствие неравномерности загрузки вращательных масс комбайна, влияния возвратно-поступательного движения зерноочистительных решет и соломотряса, соединение дополнительно нагружаются инерционными силами, что отрицательно влияет на стабильность усилия предварительного закручивания. На современной технике используют различные способы гарантирования нужного усилия, предоставленного во время монтажа: шайбы, шплинты, вставки и т.д. Но использование этих способов увеличивает стоимость соединений, а иногда (при использовании некачественных фиксирующих элементов) уменьшает их надежность. Применение имеющихся способов предоставления и контроля напряжения в отдельно стержни при закручивания не позволяет получать нужное значение наработки с заданным усилием. Проблему самооткручивания решают предоставлением научно обоснованного предварительного напряжения в соединении и прогнозирования срока эксплуатации для своевременного регулирования во время ТО.
Неприспособленность нарезных соединений к ТО увеличивает время простоев зерноуборочных комбайнов и, соответственно, стоимость обслуживания. Время на регулирование соединений с осложненным доступом к ним на 30-50% больше, чем соответствующая величина для нарезных соединений, приспособленных к ТО. Немало времени в этом случае тратят на подготовительно-заключительные работы: снятие шкивов, звездочек, защитного оборудования, натяжных устройств и т.д. Неприспособленность нарезных соединений к операциям ТО тоже влечет их недокручування, также можно решить предоставлением научно обоснованного предварительного напряжения, исключая потребность в обслуживании соединения до наработки, когда нужно обслуживать связуемых или сопряжены с ними детали и узлы.
1. Большого внимания на этапе проектирования и изготовления техники требует вопрос обеспечения приспособленности нарезных соединений к диагностированию, ТО и ремонта. Выбор материалов с нужными характеристиками, антикоррозионных покрытий, применение конструктивных способов увеличения прочности, новейших разработок, технологий изготовления и т.п. обеспечит высокоэффективное использование зерноуборочных комбайнов.
2. Вследствие комплексного действия всех факторов – вибрации, коррозии, неравномерности закручивания, коэффициентов трения и т.д., – показатели работы нарезных соединений зерноуборочных комбайнов ухудшаются. Чтобы иметь высокие показатели эксплуатации комбайнов, в срок и без потерь убирать урожай, нужно предотвращать отказам нарезных соединений, т.е. своевременно и качественно осуществлять техническое обслуживание и ремонт.