Диагностирование зубчатых передач агрегатов трансмиссии лесных машин

Лесозаготовительная промышленность по сравнению с другими отраслями лесопромышленного комплекса за годы рыночных преобразований оказалась в наиболее тяжелом экономическом и финансовом состоянии. Кризисное положение лесозаготовительных предприятий в этот период постоянно усугублялось специфическими особенностями, характерными для данной отрасли:

— значительное количество лесозаготовительных предприятий, являясь градообразующими, вынуждены были длительное время содержать на своем балансе объекты жилищно-коммунального хозяйства и социальной сферы лесных поселков, не получая компенсации затрат на эти цели из бюджета.

— многие предприятия расположение на значительном расстоянии от центров переработки и потребления древесины, транспортной, энергетической и других видов инфраструктуры страны.

— сезонный характер работы, требующий привлечения значительных кредитных средств на создание межсезонных запасов древесины и горючесмазочных материалов. необходимость постоянного поддержания производственных мощностей по вывозке древесины за счет освоения новых лесных массивов и строительства более разветвленной сети лесовозных дорог, достаточные средства на развитие которых отсутствуют у лесозаготовительных предприятий. высокие темпы старения основных производственных фондов [1,2,3,4].

Одним из факторов выживания в современных условиях является повышение рентабельности лесозаготовительных предприятий. Однако из-за высокой фондоемкости продукции длительного срока окупаемости вложений, неустойчивости товарного рынка, недоступности банковских кредитов и ряда других причин, лесозаготовительные предприятия могут вести пополнение и обновление основных фондов за счет собственных источников: амортизации и прибыли, остающейся в распоряжении предприятия после уплаты налогов и обязательных платежей. Ежегодно в лесном комплексе списывается огромное количество техники. Например, средний возраст тракторов за последние восемь лет увеличился в 1.6 раза. В леспромхозах и лесхозах за пределами нормативных сроков эксплуатации 6080% всего тракторного и автомобильного парка [5].

Пессимистичные тенденции наблюдаются и в других отраслях экономики Российской Федерации [6,7,8,9].

Поэтому одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность использования машин в лесном комплексе в современных условиях, является эксплуатационная надежность.

Основа эксплуатационной надёжности транспортных машин является высокое качество технического обслуживания, регулярное и полноценное осуществление диагностирования технического состояния в особенности.

Данные статистического учёта показывают, что имеются большие резервы улучшения использования транспортных машин и их агрегатов путём повышения их эксплуатационной надёжности.

Так Ктг (коэффициент технической готовности) характеризует эксплуатационную надёжность, потребность в техническом обслуживании и ремонте, а также приспособленность машины к ТО и Р в течение многих лет находиться на уровне: для автомобилей и тракторов — 0,7 — 0,8- тепловозов УЖД — 0,65 — 0,7.

Таким образом регулярно не используется 20 — 30% списочного состава транспортных машин (даже без учёта связанных с внеплановым техническим обслуживанием и текущим ремонтом внутрисменных простоев по техническим причинам, которые не включаются в показатели при определении ^тг).

Кроме того, 60 — 70% списочного состава машин, числящихся исправными, также не полностью используются из-за внутрисменных простоев по техническим причинам.

ЛТи (коэффициент использования парка) 0,4 — в холодное время года. Как видно Kyi меньше Kjr.

Однако, производительность транспортных машин зависит не только от использования их по времени, но и от степени использования эксплуатационных качеств, характеризующих техническое состояние (мощность, скорость, затраты на ТО и Р, на топливо и смазочные материалы).

В условиях напряжённой работы промышленности, форсированного использования современных транспортных машин, высоких нагрузок и скоростей, резких колебаний режима работы, разнообразных дорожных условий эксплуатации возрастает интенсивность изменения технического состояния машин, агрегатов, в том числе трансмиссии, особенно при нарушении требований технической эксплуатации. При этом значительно сокращается промежуток времени между возникновением неисправностей и полным выходом машины из строя, т. е. ресурс.

Действующая в промышленности система технического обслуживания и ремонта (СТОИРТ) при регулярном и полноценном выполнении предусмотренных мероприятий, в основном, обеспечивает необходимый уровень эксплуатационной надёжности. Однако, ряд требований не выполняется и не могут быть выполнены по ряду причин. Одной из них является высокая трудоёмкость технического обслуживания.

В результате нарушения регулярности технического обслуживания, особенно требований диагностирования, на внеплановые текущие ремонты увеличиваются затраты [10−11].

Общие положения концепции технического диагностирования машин в настоящее время в основном не изменились. Это относится к цели, задачам, методам, средствам, алгоритмам диагностирования, применение накладных датчиков и др. Однако в тактическом плане есть настоятельная необходимость совершенствования этой концепции [12−17].

На основании маркетинговых исследований различных организаций, в том числе ГОСНИТИ, на систему методов и средств диагностирования решающее влияние оказывают негативные факторы:

— низкая покупательная способность потребителей средств диагностирования (СД);

— резкое сокращение производства основных средств диагностирования;

— снижение профессиональных знаний и навыков персонала по диагностированию машин и оборудования;

— прекращение выпуска нормативно-технической и технологической документации по диагностированию машин и оборудования;

— ликвидация в инструкциях по эксплуатации машин заводов-изготовителей раздела по диагностированию.

Как показали исследования 30 — 50% предприятиях имеются далеко устаревшие комплекты простейших диагностических и контрольных средств, они используются только на 30%. Организуемые вновь предприятия технического сервиса практически не обеспечены современными средствами диагностирования. Несколько лучше обстоит дело с предприятиями технического сервиса автомобилей, что связано с не прекратившимся выпуском этих средств заводами непример компания новгородский завод «ГАЮ».

С учётом влияния перечисленных негативных факторов предполагается следующая техническая политика [18−20]: внедрять в эксплуатацию диагностические приборы и устройства, применение которых позволяет предупреждать наиболее часто возникающие отказы и неисправности составных частей (топливной аппаратуры, цилиндропоршневой группы, системы смазывания, гидропривода, электрооборудования, рулевого управления, трансмиссии и её агрегатов. Они должны найти самое широкое применение в небольших лесозаготовительных предприятиях, имеющих 8−50 единиц техники:

— разрабатывать и использовать перспективные электронные системы для крупных дилерских структур, центров технического сервиса, ремонтных заводов, состоящие в основном из серийно изготавливаемых комплектующих изделий, что обеспечивает их высокую надёжность и относительно небольшую стоимость. Например, применение универсального компьютерного тестера, состоящего в основном из серийных микрокомпьютера, измерительного интерфейса и датчиков;

— наряду с разработкой и производством стационарных и передвижных комплектов диагностических средств для контроля состояния машин в целом, их применение в РОБ лесного комплекса, центрах технического сервиса, в крупных обменных пунктах, в цехах досборки необходимо широко развивать разработку и продажу комплектов средств диагностирования отдельно для агрегатов и систем: двигателя, топливной аппаратуры, гидропривода, электрооборудования, трансмиссии, ходовой части. Упомянутые комплекты, находящиеся в удобных контейнерах (дипломатах), можно переносить или перевозить на любом транспорте к машине для установления и устранения неисправностей её агрегата;

— вместо громоздких и дорогих диагностических стендов, в особенности для диагностирования автомобилей, ставить на производство малогабаритные приборы, предназначенные для измерения выходных параметров машин (например, приборов для определения мощности двигателя с повышенными метрологическими характеристиками);

— использовать методы и средства диагностирования в металлоёмком и дорогостоящем оборудовании в целях резкого снижения их стоимости и габаритов. Например, применение диагностических приборов в стенде для обкатки двигателей позволяет в 1,5 раза снизить его металлоёмкость и цену при его высокой точности измерений;

— расширять область применения диагностирования за счёт дополнительного использования средств при четырёх процессах: предпродажным ТО, сертификации услуг При ТО и ремонте, оценке стоимости при покупке подержанных машин и продаже их после ремонта;

— разрабатывать технологии диагностирования и нормативы с учётом особенностей эксплуатации машин в регионах, в первую очередь, принимая во внимание допускаемые значения параметров, тесно связанные с почвенно-климатическими условиями. Исследования показали, что издержки на ТО и ремонт по результатам диагностирования с учётом условий региона уменьшаются на 20 — 30%;

— расширить область прогнозирования остаточного ресурса узлов и агрегатов, что позволит дополнительно увеличить их фактически используемый ресурс на 15 — 25% при прочих равных условиях;

— распространить диагностирование, прогнозирование остаточного ресурса на технические жидкости, в первую очередь на моторные, трансмиссионные и гидравлические масла, что значительно снизит количество неисправностей из-за низкого качества этих жидкостей;

— считать потребителями технических средств в первую очередь, центры технического сервиса, цехи досборки центров предпродажного и гарантийного обслуживания, обменные пункты ремонтного фонда, машинно-технологические станции, строительно-монтажные предприятия, имеющие значительное количество машин на базе тракторов, дорожно-строительные предприятия, предприятия по производству сервисного оборудования (комплектование ответственными средствами, например, анализатором герметичности цилиндров КИ-5973, механотестером КИ-5918 и др.), станции технического обслуживания автомобилей (дифференцированная поставка средств).

В последующем освоения перспективных методов и средств диагностирования основное внимание предполагается уделять постановке на серийное производство наряду с новыми и модернизированными механическими приборами электронных и компьютеризированных диагностических средств.

Особенностями концепции диагностирования машин является также преимущественное применение электронных, частично-механических и встроенных средстввизуальная, звуковая, речевая и текстовая индикация результатов измеренияприменение встроенных и накладных датчиковизготовление средств комплектно, автономно в виде контейнеров по агрегатамтехнологических карт диагностирования в виде текста руководства [21−28].

В среднем до 40% отказов лесовозных машин приходится на двигатель, являющийся наиболее сложным и наименее надежным агрегатом машины. До 20% приходится на трансмиссию, 15% - на ходовую часть, 20% - на органы управления и сигнализации. Таким образом для поддержания работоспособности лесных машин важным направлением является разработка рекомендации по управлению техническим состоянием трансмиссии, в том числе с использованием диагностирования.

Настоящая работа посвящена разработке методов и средств диагностирования трансмиссии лесных машин на базе автомобилей.

Актуальность темы

Экономическая стратегия развития экономики страны должна предусматривать динамичное и пропорциональное развитие производства, повышение его эффективности и качества.

Решение этой важной задачи требует дальнейшего совершенствования процесса управления состояния технических средств на основе системного подхода и в условиях системы человек — машина — среда.

В. настоящее время более 80% предприятий лесного комплекса убыточны. Они не могут заменить изношенную технику на новую, вынуждены эксплуатировать старую технику за пределами сроков амортизации.

Парк техники имеет не только большой износ, но и стал сокращаться. Объем производства лесозаготовительной техники за последние 10 лет снизился в 14 раз. Списочный парк мобильных машин ЛПК снизился в 2,26 раза (с 58,6 тыс. до 26 тыс. единиц).

Предприятия практически отказались от реализации системы периодического обслуживания и ремонта (ТО и TP), проводимых ранее в соответствии принятым в отрасли «Положением о техническом обслуживании и ремонте машин и оборудования в лесозаготовительной промышленности».

В этой связи применение при техническом обслуживании и диагностировании машин и агрегатов, прогнозирование остаточного ресурса и управление техническим состоянием является основой совершенствования существующей системы технического обслуживания. В результате разработки и применения средств диагностирования машин и агрегатов трансмиссии снижаются затраты на проведение технического обслуживания, преждевременных сборок и разборок, тем самым возрастает эффективность использования транспортных средств в целом, что является важной и актуальной проблемой.

Целью работы является разработка, создание и реализация средств и методов повышения эффективности использования лесозаготовительных машин и снижение затрат на их ремонт за счет увеличения ресурса агрегатов трансмиссии с применением средств диагностирования.

Объект исследования. В качестве объекта исследования был выбран задний мост автомобиля ЗИЛ-130, используемый в лесопромышленном комплексе, как база для машин серии ЗИЛ.

Научная новизна.

Разработана концептуальная математическая модель изменения технического состояния агрегатов трансмиссии и получена модель управления техническим состоянием косозубых и конических зубчатых передач на примере автомобиля ЗИЛ-130. Для этого разработаны критерии оценки технического состояния косозубых и конических зубчатых передач агрегатов трансмиссии.

На устройство для диагностирования зубчатых колес получено авторское свидетельство, A.C. № 1 516 825.

Практическая значимость.

1. Разработана технология диагностирования редукторов задних мостов автомобилей, которая может быть использована как основа для разработки технологического диагностирования других машин и позволяющая с малой трудоемкостью и достаточной достоверностью оценить техническое состояние зубчатой пары.

2. Определены технические требования к средствам диагностирования редукторов задних мостов (на примере автомобиля ЗИЛ-130) силовым методом.

Реализация результатов исследования.

Результаты работы были реализованы в разработанном и изготовленном автором стенде и установке для диагностирования зубчатых передач силовым методом в условиях ремонтно-механических мастерских Киржачского лесхоза Владимирской области.

Подготовленные с нашим участием «Справочник по технологическим и транспортным машинам лесопромышленных предприятий и техническому серивсу» рекомендован учебно-методическим объединением (УМО) по образованию в области лесного дела к применению в учебном процессе, а учебник «Техническая эксплуатация лесозаготовительного оборудования» допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Машины иоборудование лесного комплекса» направления «Технологические машины и оборудование» и «Лесоинженерное дело» направления «Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств».

Апробация работы.

Результаты работы доложены на научно-технических конференциях МЛТИ (1974, 1976, 1980 гг.), МГУЛ (2003 г.), всероссийской научно-технической конференции (г. Вологда, 2003 г.), второй международной научно-технической конференции (г. Вологда, 2004 г.), международном симпозиуме «Надежность и качество» (г. Пенза, 2004 г.), XXIII межведомственной научно-технической конференции (г. Серпухов, 2004 г.). Образец стенда экспонировался на ВДНХ в 1983 г. и отмечен серебряной медалью.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе, 2 отчета по НИР, авторское свидетельство, учебник для вузов.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, общих выводов и приложения. Изложена на 153 страниц текста компьютерного набора, содержит 38 рисунков, 12 таблиц и библиография 102 наименований.

Обшие выводы.

1. Для повышения эффективности использования лесных машин, техническое состояние агрегатов трансмиссий, на долю которых приходится 20% всех отказов должно быть управляемым., в том числе путем диагностирования. Однако анализ методов и средств диагностирования зубчатых передач показал, что они не позволяют дать объективную оценку состояния косозубых и конических передач.

2. На основании теоретических исследований разработана модель управления техническим состоянием агрегатов трансмиссии лесных машин. Для оценки технического состояния косозубых и конических зубчатых передач теоретически обоснованы критерии а&bdquoи (А.

3. Анализ изнашивания зубчатых передач агрегатов трансмиссии лесных машин на базе ЗИЛ-130 и МАЗ-500 показал, что 20% колес не используется полный ресурс.

4. Для диагностирования состояния зацепления в косозубых цилиндрических передачах разработан силовой метод, который позволит измерить отношений осевой к окружной составляющих нормальной нагрузки на зуб и угла зацепления в нормальном сечении. Его можно использовать также при под боре бывших в эксплуатации шестерен с невыработанным ресурсом и с целью определения износа зубьев по толщине и прогнозирования срока службы передачи.

Для его реализации разработаны два варианта конструкций устройства, состоящих из: а) измерительного узла (авторское свидетельство) для 2х ступенчатых редукторов автомобиля с вертикальной плоскостью разъема и горизонтальной плоскостью разъемаб) блока питанияв) блока выделения измеряемого параметра.

Для оценки технического состояния зубчатых передач разработан стенд для подбора шестерен в пару.

5. Установлено, что в пределах упругих деформаций зубьев нагрузка на зубья практически не оказывает влияния, а ввиду наличия динамических нагрузок на зубья изношенного зацепления скоростной режим передачи при измерениях целесообразно поддерживать не выше 1000 мин.

Перекос и непараллельность валов, зазоров в подшипниках, износ шлицевого соединения вносят ошибку при измерении, а и р не более 0,5%. Для исключения ошибки на трение и скольжения в зацеплении целесообразно определять средние значение реверсированием.

6. Установлена закономерность влияния угла зацепления и угла наклона зуба на реакцию в опоре зубчатых колес.

7. Определены допустимые значения угла зацепления и угла наклона зуба (Оп=16.30 гр. = 8.16) в зубчатых передачах агрегатов трансмиссий лесных машин.

8. Разработаны рекомендации по использованию силового метода для оценки состояния зубчатых передач агрегатов трансмиссии лесных машин. Рекомендуется, что редуктор подлежит разборке и дефектовке, когда аир достигнут определенного значения, в зависимости от типа и модели агрегата.

Для редукторов ЗИЛ-130 р<8, Оп=30. Увеличение р на 5°, снижает контактные напряжения на 13%, а уменьшение р на 6°, увеличивает их соответствие на 10%.

9. Рекомендации по диагностированию агрегатов трансмиссии лесных машин внедрены в Киржачском лесхозе Владимирской области. Внедрение силового метода диагностирования косозубых цилиндрических передач и устройства (в 2-х вариантахдля косозубых и конических зубчатых передач) экономически оправдывается за счет продления срока службы зубчатых передач, снижения трудоемкости при ремонте уменьшение расхода в 2 раза зубчатых колес снижения простоев, и повышения производительности труда при техническом обслуживании и ремонте лесных машин.

10. Экономический эффект от реализации предложенных рекомендаций по использованию силового метода для диагностирования агрегатов 1 трансмиссии составит 78 937 тыс. руб. в год для парка 100 лесных машин на базе автомобилей.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ИХ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

5.1. Практические рекомендации по диагностированию зубчатых передач агрегатов трансмиссии лесных машин силовым методом.

Технология диагностирования машин изложена в различных отечественных источниках [ 20, 35,41, 82].

Технологическая карта диагностирования, регулировки и подбора шестерен в пару из бывших в употреблении представлены в приложении 1.

Рекомендации по диагностированию зубчатых передач агрегатов трансмиссии машин на базе автомобилей тира ЗИЛ силовым методом внедрены в Киржачском лесхозе Владимирской области акт внедрения представлен в приложении 2.

5.2. Экономическая эффективность.

Для количественной оценки рекомендаций по диагностированию агрегатов трансмиссии лесных машин силовым методом выбираем критерий (показатель) в виде затрат на создание установки для диагностирования зубчатых передач и эксплуатацию ее в процессе проведения испытаний и исследований.

5.2.1. Методика расчета N э = (с,-с2)-=.

100 машин с, = (с +с)= (с^+сг + с" &trade- + с&trade-" «+ с&trade- ]лг.

1 то тр / т т т т т / огр

Затраты на замену комплекта зубчатых колес агрегата, скомплектованных из новых шестеренок.

2 = сто + сто =|сг + то тр | т т т | агр

На замену комплекта зубчатых колес агрегата скомплектованных из бывших в употреблении с использованием диагностической установки.

5.2.2. Исходные данные.

Трудоемкость чел-ч по укрупненным нормам демонтажно-монтажных работ и ремонта (чел-ч/1000км).

Наименование автомобиля Всего В том числе.

ТО ТР.

ЗИЛ 130 8.9 12.1 2.5 5.7.

8.6.

МАЗ 500 18.1 25.1 4.1 14.

2.2 Трудоемкость чел-ч на демонтажно — монтажные работы и ремонт.

Виды работ ЗИЛ 130 МАЗ 500.

Задний мост демонтаж 4.0 4.93 ремонт 8.89 14.04.

Агрегаты трансмиссии заднего моста автомобиля ЗИЛ в общем фонде оборотных агрегатов составляют по нормативам (19,2 — 19,4)% по опытным данным количество замены агрегатов 12,8%.

Количество оборотных агрегатов ЗИЛ 130 НА 100 машин, КПП — (3 — 5) — передний мост — (3 — 5) — задний мост — (3 — 5).

Учитывая наличие зубчатых колес в агрегатах количество на 100 машин составил «20.

Стоимость заднего моста автомобиля ЗИЛ — 35 600 руб Стоимость комплекта для редуктора автомобиля ЗИЛ — 1200 руб Разряд работ по регулировке зубчатых передач — (4 — 5).

5.2.3. Расчет капитальных вложений на создание диагностической установки.

— Стоимость стенда диагностирования зубчатых передач.

СС + с +с +с ст мех э. п компп площ.

— Стоимость механической части.

Смех=Кс-Мсп =20−120 = 2400 руб.

Кс=ю-25 руб/кг.

Мспмасса стенда, кг.

Сэ п =7000 руб стоимость электропривода.

Скомпд=15 500 руб стоимость комплектующих стенда (редуктор заднего моста — б/у, элеклромагнитная муфта, пульт управления, нагрузочное устройство).

С площ =18 600 руб — стоимость производственной площади.

Сст = 2400 + 7000 + 15 500 + 18 600 = 43 500 руб.

— Эксплуатационные годовые затраты + 3+ +ъзгртш.

— Затраты на содержание зданий оборудования, аммортизации 3содер = 0)075(смех + сэм + Ст) = 3720.

— Зарплата оператора [С^ + (0,25СИ + 0,053)^ ]Ропер ¦ 12 = (7680 + 1930 + 41 704) -1 -12 = 120 314 руб.

— Затраты на электроэнергию.

Г &bdquo-гРг = Ш2.35 • 1ДЗ = 5471,86 руб.

Узо '" Пор 2.8−2016;0.7−1 4342 35 гм-Пп 0.85−0.96 04.

2,8 Квт Мощность двигателя.

F0 =2016, ч — Годовой фонд времени оборудования.

Лзо =0,7 — Коэффициент загрузки r? op =1 — Коэффициент одновременной работы r? M =0,85 — КПД электродвигателя.

Пп =0,96 — Коэффициент напряжения сети — прочие затраты.

2 V =CU =1803,71 + 1080 + 154,22 = 3037,71руб с01ртр =0,15−120 314 = 1803,71 руб.

Сomon = Ю80 руб (4 кг условного топлива на 1 кв. м) = (3−30).0,001 • 1,7.1008 = 154 руб.

Оме" = 3720 +120 314+5471,86+3037,71 = 132 543,57руб Капитальные вложения.

К = С + Сэкспд = 43 500 +132 543,57 = 176 043,57 руб.

5.1.4 Экономический эффект.

Э = (с, -С2)• N^ = 120 000 — 41 063 = 78937py6/10oмашин с, = (с&bdquo- + С J = (сг + СГ + СГ + СГ + СГ К, =120 000 РУб/1 ООмаш ' = (с&bdquo- + cj= (cr +СГ +СГ" = 41 063руб/100маш.

5.3. Вывод по главе 5.

1. Разработаны рекотендации по использованию силового метода для диагностирования зубчатых передач агрегатов трансмиссии лесных машин.

Разработаные рекомендации по диагностированию агрегатов трансмиссии машин на баз автомобиля ЗИЛ — 130 внедрены в Киржачском лесхозе Владимирской области.

2.Экономический эффект предложеных рекомендаций по диагностированию агрегатов трансмиссии лесных машин силовым методом составляет 78 937 руб в год для парка мешин 100 автомобилей.