Теоретические основы эксплуатации и ремонта машин

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ  ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТА  МАШИН

1.1. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА МАШИНЫ

Под эксплуатацией следует понимать совокупность подготовки и использования изделия по назначению, его техническое обслуживание, хранение и транспортирование (ГОСТ В 17361—71).

Организационные принципы эксплуатации машин были приняты в 1914—1917 гг. с появлением первых автомобильных рот. В 1919 г. в РККА была разработана и внедрена профилактическая система технического обслуживания автомобилей. В 1923 г. было утверждено «Временное наставление механизированых войск РККА по службе автотранспорта», которым вводилась планово-предупредительная система обслуживания. Эта система с некоторыми изменениями действует и в настоящее время, позволяет поддерживать эксплуатационные характеристики машин в установленных пределах.

В соответствии с выполняемыми задачами и условиями использования инженерных машин к ним предъявляется ряд эксплуатационных требований:

инженерная техника  должна быть приспособлена к длительным действиям в любых климатических, географических и дорож-но-грунтовых условиях, свойственных вероятным театрам боевых действий;

напряженная эксплуатация инженерной техники в боевых условиях требует, чтобы машина длительное время работала надежно, периодичность ее обслуживания была бы достаточно велика, трудоемкость незначительна, а запас хода до ремонта достаточно велик;

необходимость совершения длительных маршей, часто под воздействием противника, требует от расчетов (водителей, механиков-водителей, членов экипажа) напряжения всех физических и моральных сил. Инженерные задачи на дорожной, землеройной и некоторых других видах техники выполняются в условиях большой запыленности, повышенной температуры, вибрации, поэтому условия работы в кабинах должны отвечать определенным эргономическим требованиям.

Совокупность показателей  эксплуатационных свойств машины составляет ее эксплуатационную характеристику.

Основными эксплуатационными  свойствами машины являются:

маневренность;

работоспособность в  различных физико-географических и климатических условиях;

надежность;

транспортабельность;

эргономичность;

экономичность расхода  эксплуатационных  материалов.

Эксплуатационные свойства машины закладываются при ее конструировании, зависят от условий эксплуатации, квалификации механиков-водителей и изменяются в процессе эксплуатации.

Эксплуатационную характеристику машины необходимо учитывать при оценке технических возможностей машин в различных условиях их боевого применения. Она позволяет своевременно предусматривать организационно-технические мероприятия для поддержания эксплуатационных свойств в нужных пределах, конкретно ставить задачи подчиненным по обслуживанию и ремонту техники.

1.2. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ  СВОЙСТВА ИНЖЕНЕРНОЙ ТЕХНИКИ

Маневренность — динамическая характеристика машины, определяемая ее подвижностью (максимальной скоростью передвижения в различных условиях), проходимостью (углами переднего и заднего въезда), управляемостью (радиусом поворота).

В процессе эксплуатации маневренность машины ухудшается вследствие износа или нарушения регулировок трансмиссии и органов управления, а умелое управление машиной повышает маневренность и способствует более успешному выполнению инженерных задач.

Работоспособность в  различных условиях оценивает возможность применения машины на различных театрах боевых действий, в различное время года и суток.

Анализ влияния различных  условий ТВД на эксплуатацию агрегатов и систем машин показывает, что в общем случае условия использования МИВ характеризуются:

различными грунтовыми условиями;

переменным режимом  работы;

большим числом включений  рабочего органа;

вибрациями и динамическими  нагрузками;

колебаниями наружных температур;

большой запыленностью  воздуха.

Работоспособностью машины называется такое состояние, при  котором она способна выполнять заданные функции, сохраняя значения установленных параметров в пределах, определенных нор-

мативно-технической  документацией (паспортом, инструкцией  по эксплуатации).

Надежность инженерной машины (объекта) является основным эксплуатационным свойством.

Надежность — свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных  показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

Надежность обусловлена  такими составными свойствами, как  безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Отказ представляет собой  событие, которое заключается в  нарушении работоспособности машины.

В зависимости от последствий и возможности устранения отказы делятся на полные и частичные, простые и сложные, по характеру проявления — на внезапные и постепенные, по причине возникновения — на конструктивные, производственные и эксплуатационные.

Полный отказ, как правило, лишает машину подвижности или возможности выполнять инженерные работы, для которых машина сконструирована, до устранения отказа. Частичный отказ снижает работоспособность машины, однако устранить его можно после выполнения поставленной задачи. Если отказ устраняется водителем с использованием индивидуального комплекта ЗИП, то отказ считается простым. Если для восстановления требуются подвижные мастерские или стационарные ремонтные средства, то отказ является сложным.

Под безотказностью понимается способность машины непрерывно сохранять работоспособность .в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Безотказность МИВ оценивается  наработкой на отказ, вероятностью безотказной работы, интенсивностью и параметром потока отказов.

Долговечность машины — свойство сохранять работоспо-собность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Долговечность основывается на теории изнашивания и оценивается средним ресурсом до среднего или капитального ремонта и средним сроком до списания.

Долговечность является основным показателем плановой системы обслуживания и ремонта и требует более подробного рассмотрения.

Процесс изнашивания  сопровождается сложными физико-химическими явлениями. Нормативно-технической документацией установлены три группы изнашивания: механическое, молекулярно-механическое и коррозионно-механическое.

Механическое изнашивание (абразивное, эрозионное, усталост-ное и кавитационное) является следствием трения сопряженных  деталей при их взаимном перемещении. Микронеровности при перемещении таких деталей «сглаживаются». Поверхностные слои металла при этом перемещаются под действием сил трения в направлении скольжения. Изнашивание при пластическом деформировании происходит, как правило, без потери массы, но с изменением размеров деталей. Такое изнашивание характерно для подшипников коленчатого вала, втулок шатуна и других деталей.

Инженерные машины предназначены  для выполнения механической работы, поэтому возникновение сил трения, а следовательно, и изнашивание является неизбежным. При существующих традиционных методах разработки грунта резанием и перемещением его можно лишь уменьшить интенсивность изнашивания, изучив причинно-следственные связи возникновения сил трения.

Трение между деталями можно разделить на сухое, граничное и жидкостное.

При сухом трении рабочие  поверхности непосредственно соприкасаются друг с другом или с абразивной средой и детали изнашиваются сравнительно быстро (диски фрикционов, тормозные ленты, траки и пальцы гусениц с открытыми шарнирами, ножи и зубья рабочих органов землеройных машин и т. д.).

Граничное трение возникает  в том случае, если слой масляной пленки (гидравлической жидкости) очень мал (до 0,1 мк). В таких случаях работают поршни и гильзы цилиндров при пуске двигателя внутреннего сгорания.

Если трущиеся детали разделяются достаточным слоем  жидкости, то трение считается жидкостным. В этом случае контакт трущихся деталей отсутствует и внешнее трение заменяется трением слоев жидкости между собой. При таком трении детали изнашиваются незначительно. В таких условиях работает коленчатый вал при установившемся режиме, распределительные валы с принудительной смазкой и т. д. В этом случае коэффициент трения в сотни раз меньше, чем при сухом трении.

Механическое изнашивание при нормальных условиях эксплуатации подчиняется определенной зависимости (рис. 1.1) и является функцией от продолжительности работы сопряжения.

На приведенной зависимости  износа сопряженных деталей 5о —  первоначальный конструктивный зазор между деталями; 5_Н — зазор после приработки (обкатки деталей); 5_пр — предельный зазор, превышение которого будет вызывать аварийное состояние или резкое ухудшение эксплуатационных свойств.

Для большинства сопряжений периодичность регулирования (замены) деталей определяется по формуле

2*2 <*

(Ы)

где {^а — интенсивность  износа сопряженных деталей.

Практический интерес  представляет поиск и создание таких  оптимальных условий эксплуатации для узлов и деталей, при которых интенсивность износа была бы наименьшей. На рис. 1.1 пунктиром показано увеличение срока службы деталей при уменьшении интенсивности изнашивания.

Усталостное разрушение возникает в деталях с тяжелым  режимом работы, пульсирующей знакопеременной нагрузкой. Примерами усталостного разрушения являются выкрашивание зубчатых колес, поломка рессор, торсионов, зубьев рабочего органа и др.

На практике при эксплуатации машин  в узлах встречаются сочетания  различных видов механического  изнашивания.

Рис.   1.1. Зависимость  износа  сопряженных деталей от   продолжительности эксплуатации машины

Молекулярно-механическое изнашивание — это изнашивание  в* результате одновременного механического  воздействия и воздействия молекулярных сил. К этому виду относится изнашивание при заедании в результате межмолекулярного схватывания и переноса материала с одной поверхности на другую. Схватывание происходит в результате большой пластической деформации поверхностных слоев металла и образования металлических связей между контактными участками поверхностей.

Коррозионно-механическое изнашивание  представляет собой разрушение металла  при химическом и электрохимическом  воздействии среды. Примером коррозионного изнашивания может служить износ верхней части гильз цилиндров, выпускных клапанов, контактов и других деталей, подвергающихся воздействию кислорода воздуха, кислот, щелочей и влаги.

Способность деталей (узлов, сборочных  единиц) сопротивляться изнашиванию определяет их износостойкость. Износостойкость материала зависит от типа сопряжения, материала деталей, подвода смазки и других эксплуатационных факторов, таких, как выбор типа смазки, создание оптимальных условий эксплуатации и

выбор рационального  нагрузочного режима. В качестве показателя износостойкости (долговечности) принимается пробег (срок работы) машины до среднего и капитального ремонтов.

Межремонтные сроки  работы машин определяются износостойкостью основных (базовых) агрегатов (сборочных единиц), чаще всего силовой установки. При этом предполагается, что некоторые детали (диски трения, траки и пальцы гусеничной цепи и др.) приходится заменять до планового ремонта.

Создание машин с равноизнашивающимися деталями является очень сложной  технической проблемой. Эта проблема решается путем непрерывного совершенствования  конструкции машин, улучшения технологии производства и ремонта машин, использования новых сортов масел и смазок.

О значительном прогрессе в этом направлении свидетельствует тот  факт, что межремонтные сроки работы машин непрерывно возрастают и уже сейчас для ряда машин создались условия для исключения первого среднего ремонта.

Ремонтопригодность — это свойство, характеризующее приспособленность  машин к предупреждению и обнаружению  отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технических обслуживании.

Сохраня'емость машины оценивается  средним сроком хранения до такого уровня, когда дальнейшее содержание ее на хранении нецелесообразно.

Комплексные показатели надежности характеризуют  сразу не-•сколько свойств.

Коэффициент готовности является отношением суммарного времени нахождения машины в работоспособном состоянии к времени нахождения в эксплуатации, без учета времени на обслуживание и ремонт. Этот показатель характеризует вероятность того, что изделия окажутся в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме периодов, когда их эксплуатация не планируется.

Коэффициент технического использования  характеризует интенсивность использования изделий и представляет собой отношение суммарной наработки всех изделий к сумме времени работы и простоев на обслуживании и в ремонте. Некоторые показатели надежности представлены в табл. 1.1.