Избирательный перенос при трении

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

В условиях современного технического прогресса в лесной промышленности осуществляется программа механизации и автоматизации производства.

Рациональная организация технической эксплуатации оборудования позволяет повысить производительность труда и снизить расходы на содержание оборудования за счет увеличения использования рабочего времени и повышения надежности.

Внедрение специального лесозаготовительного оборудования на лесозаготовительных предприятиях коренным образом изменило технологические проблемы лесоразработок.

Рост технической оснащенности лесозаготовительных предприятий требует от работников лесной промышленности непрерывного совершенствования методов эксплуатации применяемой техники, так как плохое использование машин является одной из причин низкой производительности труда на лесозаготовках.

Эффективность использование тракторов и автомобилей в значительной степени зависит от технического состояния наиболее сложного и дорогостоящего агрегата – двигателя, долговечность и безотказность работы которого определяется климатическими условиями, нагрузочными, скоростными, температурными режимами работы, качеством обслуживания и многими другими факторами. Влияние этих факторов усиливается с понижением температуры окружающей среды. Изучению пусковых износов и разработке эффективных средств предпусковой подготовки посвящено большое количество работ, выполненных в различных отраслях народного хозяйства, эксплуатирующих тракторы и автомобили. Выводы этих работ крайне противоречивы.

1. ЗАДАНИЕ

Для парка лесозаготовительных машин ЛПХ (Табл. 1) необходимо выполнить следующие расчеты:

1. Определить количество капитальных ремонтов, технических уходов №1, №2, №3, сезонных уходов;

2. Рассчитать трудозатраты на техническое обслуживание и текущий ремонт;

3. Рассчитать необходимое количество рабочих для выполнения работ по техническому обслуживанию и текущему ремонту;

4. Рассчитать простой машины в технических уходах и ремонтах;

5. Определить плановый коэффициент технической готовности парка лесосечных машин и лесовозных автомобилей;

6. Создать неснижаемый оборотный фонд агрегатов и узлов, необходимых для поддержания работоспособного состояния парка машин ЛПХ при агрегатном методе ремонта.

Таблица 1.

Для разработки годового и месячного плана эксплуатации автомобилей и лесосечных машин (Табл. 2)

7. Определить годовой пробег автомобилей на вывозке древесины;

8. Рассчитать количество лесосечных автомобилей, необходимых выполнения плана;

9. Составить упрощенный план эксплуатации автомобилей в течении года (по месяцам);

10. На наиболее напряженный месяц эксплуатации автомобилей и лесосечных машин (декабрь – март) составить график работы, технического обслуживания и ремонта основных марок лесозаготовительного оборудования.

Таблица 2.

2. РАСЧЕТ ТРУДОЗАТРАТ ПРОСТОЕВ, КОЛИЧЕСТВА РАБОЧИХ И КОЭФФИЦИЕНТА ТЕХНИЧЕСКОЙ ГОТОВНОСТИ

Количество капитальных ремонтов, технических уходов, трудозатрат и простоев машин на их выполнение, а так же количества рабочих, необходимых для обслуживания и ремонта заданного парка машин, определяется по методике, приведенной в /2, с. 217 - 274/. При этом учитывается принципы цикличности и совмещаемости технических уходов и капитальных ремонтов. Количество технических обслуживаний производится по формулам (1), (2), (3), (4) соответственно:

где – годовая наработка парка машин одной марки определяется по формуле (5);

– периодичность технического обслуживания ТО – 1, ТО – 2, ТО – 3.

Общие трудозатраты и простои на техническое обслуживание машин включают трудозатраты и простои на все виды уходов n машин и определяются по формулам (6) и (7) соответственно.

где - нормативные трудоемкости технических уходов;

- нормативные продолжительности технических уходов и капитальных ремонтов.

Трудозатраты и простои на текущие ремонты, выполняемые по потребности, рассчитываются по нормативам, отнесенным на 100 м. ч. работы трактора или 1000 км. пробега автомобиля, формула (8):

где - нормативные трудозатраты на текущий ремонт.

Численность рабочих, занятых на ремонте и техобслуживании, определяется по формуле (9):

где - суммарные трудозатраты на техническое обслуживание и ремонт машин;

- годовой фонд рабочего времени (4), определяемый по формуле (10):

где - число календарных дней в году;

- число выходных дней в году;

- число дней очередных отпусков в году;

- число праздничных дней в году;

- количество часов в смене;

- коэффициент полезного действия рабочего времени.

Коэффициент технической готовности определяется по формуле (11):

где - машино-дни в исправном состоянии;

- машино-дни в хозяйстве;

- коэффициент, учитывающий соотношение календарных и рабочих дней в году, определяемый по формуле (12).

Для трелевочного трактора ЛП - 17.

По заданию годовой объем работы на одну машину м.ч.

Принимаем число рабочих равным N_раб = 4.

Результаты всех расчетов приведены в таблице 3.

Таблица 3. – Результаты расчета трудозатрат, простоев, количества рабочих и

Примечание: 6-и дневная рабочая неделя при 7-и часовом рабочем дне.

Неснижаемый оборотный фонд агрегатов и узлов, необходимый для поддержания работоспособного состояния парка машин ЛПХ при агрегатном методе ремонта создается на основе рекомендаций /3, стр. 208-210/.Результаты формирования представлены в таблице 3.

Таблица 4. – Неснижаемый оборотный фонд агрегатов и узлов

3. ГОДОВОЙ И МЕСЯЧНЫЙ ПЛАН ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ И ЛЕСОВОЗНЫХ МАШИН

Годовой пробег автомобилей на вывозке древесины определяется по формуле (13):

где - годовой план вывозки лесопункта, тыс.м³;

- средняя нагрузка на рейс;

- среднее расстояние вывозки.

Расчет количества лесовозных автомобилей, необходимого для выполнения плана производится по формуле (14);

где - годовой пробег одной машины.

Таблица 5. – План эксплуатации лесовозных автомобилей по месяцам

График работы, технического обслуживания и ремонта, основных марок лесозаготовительного оборудования

График работы, технического обслуживания и ремонта составляются для машины ЛП – 19, ЛП – 30Б и лесовозного автомобиля МАЗ – 509А.

Дата выполнения первого (с начала месяца) технического обслуживания определяется по формуле (15);

где - количество дней работы трактора (машины) с начала месяца до ТО-1;

- количество календарных выходных и праздничных дней за период работы трактора до ТО-1 (по календарю);

- периодичность ТО-1 и наработка после последнего ТО-1.

Дата следующего в этом месяце ТО-1 рассчитывается от даты предыдущего ТО-1 по формуле (16):

Даты остальных ТО и ТР определяются по подобным формулам, в которые подставляются соответствующая периодичность и наработка после последнего ТО.

Для первого ЛП – 17 планируемая месячная наработка составит:

Количество ТО – 3:

Количество ТО – 2:

Количество ТО – 1:

Простои на ТО и ремонт

Общие простои на ТО и Р:

Количество дней простоев:

Количество рабочих дней в месяце:

Сменная наработка:

Дата ТО-3

Коэффициент технической готовности:

Отношение числа дней в месяце к числу рабочих дней месяце:

Результаты приведены в таблице 6.

4. РАСЧЕТ ПРЕДПУСКОВОЙ ПОДГОТОВКИ ДВИГАТЕЛЯ

Для двигателя ЯМЗ – 238 требуется рассчитать:

1. Расход тепла на предпусковой разогрев от начальной температуры ⁰С до средней конечной температуры ⁰С при продолжительности разогрева 20 мин, 1 ч., 2 ч., 5ч.,16ч.;

2. Коэффициент полезного использования тепла, расходуемого в процессе предпусковой тепловой подготовки;

3. Выбрать оптимальную по топливной экономичности продолжительность предпускового разогрева;

4. Построить графики зависимости тепло-производительности средств тепловой подготовки двигателя, расхода тепла и коэффициент полезного использования тепла от продолжительности предпускового разогрева двигателя.

Баланс тепла, подводимого к двигателю в процессе предпусковой подготовки , состоит из двух частей: полезного использования на разогрев и тепловых потерь , рассчитывается по формуле(17):

Количество тепла, необходимого для разогрева двигателя , от начальной температуры ⁰С до средней конечной температуры ⁰С не зависит от продолжительности разогрева τ.

где - масса и теплоемкость систем двигателя.

Величина тепловых потерь возрастает с увеличением тепловой подготовки двигателя τ

где - коэффициент теплоотдачи двигателя, ккал/(м²К);

- поверхность охлаждения двигателя и охлаждающей поверхности водяного радиатора, м².

Поэтому общий расход тепла зависит от продолжительности предпускового разогрева

где q - тепло-производительность (мощность применяемых средств предпусковой подготовки, которые, в свою очередь, выбираются с учетом принятой величины).

где - условная теплоемкость двигателя

где - масса (кг.) и теплоемкость (ккал/кг К) металла, моторного масла и охлаждающей жидкости двигателя.

Примем ; ;

Отсюда

(23)

Коэффициент теплоотдачи зависит от расположения (защищенности) двигателя на транспорте, утепления и скорости охлаждения, скорости ветра.

Для автомобильных двигателей принимается в пределах 15 ккал/(м²чК)

Коэффициент полезного использования тепла К определяется отношением необходимого тепла Q_Pк общему количеству израсходованного тепла Q_общ рассчитывается по формуле (24):

Результаты расчетов q, Q_общ, К приведем в виде таблицы и графических зависимостей. При этом следует учесть, что в полученных данных Q_общ, Q_потне учтены потери тепла в процессе подвода теплоносителя от источника тепла до двигателя.

В некоторых случаях эти дополнительные потери могут существенно повлиять на выбор теплоносителя и оценку эффективности и экономичности средств и способов предпусковой тепловой подготовки двигателя.

Данные по двигателю ЯМЗ – 238:

Площадь двигателя F = 4м²;

Масса двигателя G_мет = 750 кг;

Масса охлаждающей жидкости G_ож = 35 кг;

Масса масла при G_м = 23,4 кг.

Результаты расчетов приведены в таблице 7.

Таблица 7 – Результаты расчетов предпусковой тепловой подготовки двигателя.

На основании расчетных данных таблицы 7 строим графики зависимости теплопроизводительности средств тепловой подготовки двигателя, расхода тепла и коэффициента полезного использования тепла от продолжительности предпускового разогрева двигателя ().

5. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС ПРИ ТРЕНИИ

Избирательный перенос (ИП) – это комплекс физико-химических явлений на контакте поверхностей при трении, который позволяет преодолеть ограниченность ресурса трущихся сочленений машин и снизить потери на трение. ИП есть особый вид трения, который обусловлен самопроизвольным образованием в зоне контакта неокисляющейся тонкой металлической пленки с низким сопротивлением сдвигу и неспособной наклепываться. На пленке образуется в свою очередь полимерная пленка, которая создает дополнительный антифрикционный слой.

Весьма полезным свойством ИП является также свойство работать в средах, где трение при граничной смазке не может эффективно выполнять свои функции. ИП проявляет способность перестройки защитных систем, которые варьируются в зависимости от свойств среды, являющейся исходным материалом для образования системы снижения износа и трения.

ИП применен или апробирован в машинах: самолетах, автомобилях, станках, паровых машинах, дизелях тепловозов, прессовом оборудовании, редукторах, оборудовании химической промышленности, механизмах морских судов, магистральных нефтепроводах, электробурах, холодильниках, гидронасосах, нефтепромысловом оборудовании. ИП применяется также в приборах и может быть использован для повышения стойкости режущего инструмента при сверлении, фрезеровании, протягивании, дорновании и резьбонарезании.

ИП позволяет:

1. при изготовлении машин экономить металл (15-20%) за счет большей грузоподъемности (в 1,5-2 раза) пар трения;

2. увеличить срок работы машин (в 2 раза), сократить период приработки двигателей (в 3 раза) и редукторов (до 10 раз), соответственно сократить расход электроэнергии;

3. в подшипниках качения и скольжения уменьшить расход смазочных материалов (до 2 раз);

4. повысить КПД глобоидных редукторов с 0,7 до 0,85; винтовой пары с 0,25 до 0,5;

увеличить экономию драгоценных металлов (золота, платины, серебра) в приборах в 2-3 раза за счет большей надежности электрических контактов.

Анализ физических процессов при ИП проводился в сравнении с про­цессами, происходящими при граничном трении — наиболее изученном и широко распространенном в узлах трения машин и механизмов. При граничном трении основными факторами, опреде­ляющими износ поверхностей трения, являются:

— пластические деформации, приводящие к наклепу поверхностей и разрушению микронеровностей;

— окислительные процессы: образующиеся при трении окисные пленки, хотя и препятствуют схватыванию и глубинному вырыванию, хрупки и быстро разрушаются;

— внедрение отдельных участков поверхности одной детали в со­пряженную поверхность другой, что при скольжении вызывает образо­вание неровностей поверхностей и при многократном воздействии их разрушение;

— адгезионное схватывание, приводящее к переносу материала од­ной детали на другую и усиление изнашивания;

— наводороживание поверхностей трения деталей, что ускоряет из­нашивание в зависимости от условий работы трущихся деталей более чем на порядок.

В связи с отмеченными факторами защита от износа должна быть многофакторной, вероятно, в некотором соответствии с перечисленны­ми выше явлениями. Заметим, что применение для защиты от изнашива­ния только смазки хотя и предохраняет от схватывания (не весьма надеж­но), но не спасает от взаимного внедрения неровностей, пластического деформирования, окисления и разрушения окисных пленок и других не­обратимых процессов.

Почти все смазочные материалы содержат поверхностно-активные вещества (ПАВ), что предопределяет возможность пластификации повер­хностных слоев материалов трущихся деталей и снижения сил трения . При обычном трении окисные пленки препятствуют проникновению среды (а в месте с ней и ПАВ) к металлу, в результате пластические де­формации участков контакта охватывают более глубокие слои (рис. 1. а).

а) б)

Рис. 1. Схема распространения деформаций в местах контакта при граничной смазке (а) и ИП (б):

1 — чугун; 2 — сталь; 3 — окисные пленки; 4 — сервовитные пленки

При ИП оксидные пленки отсутствуют, в результате деформируется лишь сервовитная пленка; подповерхностные слои металла деформации не претер­певают (рис. 1. б). Поскольку молекулы ПАВ находятся в порах сервовитной пленки, не исключается скольжение и внутри пленки по принци­пу диффузионно-вакансионного механизма, но с малой затратой энергии. Все это снижает трение и изнашивание.

Создание условий в узле трения, при которых образуется сервовитная пленка:

● разработка металлоплакирующих смазочных материалов и присадок к ним (добавлением бронзовой пудры в трансмиссионное масло);

● разработка материалов, содержащих металлоплакирующий состав, обеспечивающий в процессе трения формирование сервовитной пленки (добавление латунных поршневых колец);

● разработки конструкционных мероприятий (бронзовые вставки или специальные металлоплакирующие элементы в конструкцию узла трения), обеспечивающие образование сервовитной пленки (ФАБО- финишная безабразивная обработка поверхностей деталей узлов).

В следствии выше сказанного ИП будем достигать методом добавления латунных поршневых колец, т.к. он является целесообразным более надешным и долгосрочным, но трудоемким. Для этого нам нужно организовать изготовление этих колец.

5.1 ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ

Многообразие функций, которые выполняют коль­ца, с учетом особенностей конструкции поршневой группы у двигателей раз­ных типов и назначения обусловили большое разнообразие конструкции как компрессионных, так и особенно маслосъемных колец.

Первое поршневое кольцо работает в наиболее тяжелых ус­ловиях. На преодоление трения поршневых колец приходится приблизительно 40-50%, а иногда до 60% всех механических потерь в двигателе. При этом, например, в карбюраторном двигателе с тремя поршневыми кольцами на первое кольцо приходится 60, на второе 30 и на третье 10% затрат энергии на трение колец.

Поэтому, для достижения ИП будем проводить замену 3-го компрессионного кольца в двигателе ЯМЗ 236, на латунное – марки ЛЖМц 59-1-1. ЛЖМц 59-1-1 это железисто-марганцовистая латунь. Содержит 59% Cu; 0,1…0,2% Al; 0,6…1,2% Fe; 0,5…0,8% Mn.

Техническая характеристика двигателя ЯМЗ 236.

Технология изготовления латунных поршневых колец может быть раз­личной, например:

1.Кольцо вытачивается на токарном станке из латунного прутка нуж­ного размера. Недостатком этой технологии являются большие потери вре­мени и материала. Достоинством - точность размеров и профиля кольца.

2. Кольцо изготавливается методом литья. Недостатком является зна­чительная энергоемкость изготовления и нечеткость формы кольца. Полу­ченное кольцо придется подвергать дополнительной механической и терми­ческой обработке. Достоинство - быстрота изготовления.

3. Кольцо изготавливается прокаткой. Недостаток - неровность форм, достоинство - простота изготовления.

Выберем 2-й способ изготовления - литьем. Индивидуальный стопочный метод снижает трудоемкость механической обработки, так как отход металла в стружку в 2÷3 раза меньше.

Для изготовления латунных поршневых колец этим способом, необхо­дима специальная оснастка. Оснастка представляет собой бесцентрово-шлифовальный станок для обработки внутреннего и внешнего диаметра кольца, и торцешлифовальный станок для обработки торцов колец. Перед обработкой колец необходимо вырезать замок, только потом приступать к обработке. Поршневые кольца имеют прямой замок. Зазор в замке сжатого кольца, помещенного в цилиндр, должен быть 0,45 – 0,65 мм. Замки рядом расположенных колец должны быть разведены на поршне один относительно другого на 180˚.

Индивидуальные заготовки колец отливают стопочным методом, т. е. с расположением нескольких стопок (12÷18) с заформованными в каждой из них 6÷8 поршневыми кольцами стопкой (одна над дру­гой) с единой литниковой системой и питателями.

После заливки, охлаждения и выбивки опок стопочная отливка имеет вид стержня с расположенными в вертикальном направлении по его периметру отливками индивидуальных заготовок поршневых колец.

Механическая обработка индивидуальных отливок поршневых колец начинается с обдирочного шлифования внутренней и наружной поверхностей одновременно нескольких заготовок (10÷16 шт.) на специальном бесцентрово-шлифовальном станке .

Оправка с широким шлифовальным кругом ,распо­ложенным внутри набора заготовок ,вращаясь, перемещается в го­ризонтальном направлении, прижимая кругом заготовки к вращаю­щимся резиновым роликам .Свободное перемещение оправки с шли­фовальным кругом по направляющим и ее самоустанавливание в зависимости от изменения радиуса кривизны заготовки, при постоянстве давления, обеспечивают образование сложного криволинейного про­филя заготовки поршневого кольца без копира.

При обдирочном шлифовании наружной поверхности заготовки поршневых колец надевают на стальной ролик и прижи­мают к нему резиновыми роликами . При обдирочном шлифовании удаляют литейные уклоны и снимают корку толщиной 0,2 мм. Затем предварительно шлифуют торцы заготовок поршневых колец на специальном торцешлифовальном станке, схема работы которого приведена на (рис. 3).

Заготовки поршневых колец помещают в загрузочный магазин с подающим цепным устройством 4, откуда двумя роликами 1 они пере­мещаются между направляющими линейками 3к двум шлифовальным кругам 2. Пройдя между шлифовальными кругами, обработанные заготовки поршневых ко­лец попадают в приемный бункер. 5 – электродвигатель, 6 – муфта, 7 – редуктор.

Торцы обычно обраба­тывают в несколько опе­раций; на первой снимают припуск 0,1÷0,2 мм, а на последней 0,03÷0,05 мм на сторону.

В заключение всего выше сказанного – мы заменили 3-е компрессионное поршневое кольцо на латунное, обеспечели образование сервовитной пеленки в паре трения кольцо-гильза т.е. обеспечили все условия ИП (эффект безызносности), чем самым повысили долговечность ЦПГ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Суранов Г.И. Техническая эксплуатация лесозаготовительного обо­рудования: метод. Указания по курсовому проектированию, контрольным работам и рабочая программа курса (для студентов-заочников специальности 170400)/Г.И. Суранов. - Ухта: УГТУ, 2005. - 27с.

2. Положение о техническом обслуживании и ремонте лесозаготови­тельного оборудования. - Москва: ЦНИИМЭ, 1979. - 237 с.

3. Положение об агрегатном ремонте лесозаготовительных машин и оборудования. - Химки: ЦНИИМЭ, 1985. - 77 с.

4. Прохоров В.Б. Эксплуатация машин в лесозаготовительной про­мышленности. - М., Лесная промышленность, 1978 г. - 304 с.

5. Суранов Г.И. Техническая эксплуатация лесозаготовительного обо­рудования: снижение износа деталей машин: Учебное пособие. - Ухта: УГ­ТУ, 2000. - 205 с, ил.

6. Д. Н. Гаркунов. Триботехника (износ и безызносность): Учебник. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: «Издательство МСХА», 2001. 616 с, ил.

7. Д.Н. Гаркунов. Триботехника (пособие для конструктора): Учебник для студентов вузов. 3-е изд., перераб. и доп. – М,: Машиностроение, 1999. – 336 с.

8. М.А. Рунец. Справочник автомобильного механика. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Транспорт», 1976. 272 с.

9. В.В. Таболин. Устройство, эксплуатация, обслуживание и ремонт автомобилей КрАЗ В.В. Таболин, В.М. Круговой, Г.Н. Мамчур. – К. : Техника, 1986. – 208с., ил. – Библилгр.: 207 с.