Principles of increasing the durability of threaded connections of agricultural machines’ working organs

Abstract

New designs essentially increasing the durability of threaded connections of parts of agricultural machines are developed.

Full Text

Повышение надежности сельхозмашин - одно из приоритетных направлений с.-х. машиностроения. Особенность сельхозмашин заключается в их кратковременном периодическом использовании в производственном цикле и длительном хранении. Например, зерноуборочные комбайны заняты 50-60 дней в году, машины для основной обработки почвы заняты весной на перепашке зяби в течение 10-15 дней, осенью на зяблевой вспашке 55-60 дней, зерновые сеялки во время осеннего и весеннего сева - 25-30 дней. Большинство других сельхозмашин используется лишь 20-40 дней в году. При этом, согласно технологической карте возделывания с.-х. культур, все работы должны быть выполнены в короткие оптимальные агротехнические сроки, и особенно важна безотказность работы сельхозмашин в эти сроки. Срыв агротехнических сроков, как правило, влечет за собой большие потери и снижение общей урожайности с.-х. культур. Например, при уборке зерна после первых пяти дней потери на корню ежедневно возрастают на 1,5%. В среднем в зерновых хозяйствах период уборочных работ составляет от 10 до 30 дней, в зависимости от количества и технического состояния зерноуборочных комбайнов. Это приводит к существенным дополнительным потерям на всей площади возделывания зерновых. В процессе работы соединения деталей рабочих органов сельхозмашин подвергаются динамическим нагрузкам, коррозии и абразивному износу. Разрушения резьбовых соединений, помимо затрат средств на их ремонт и изготовление запасных частей, также вызывают простои техники при сжатых агротехнических сроках выполнения с.-х. работ. Надежность сельхозмашин в значительной мере определяется уровнем долговечности резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций. В последние годы проблеме повышения надежности сельхозмашин уделяется все больше внимания. Тем не менее многие вопросы, связанные с решением этой проблемы, остаются невыясненными. В частности, практически отсутствуют работы по установлению взаимосвязи между прочностью резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций машин и сезонной наработкой. Наличие такой зависимости, знание достигнутого уровня долговечности машин и экономический расчет позволяют осуществить комплексный подход к оптимизации показателей надежности. При этом оптимизация уровня прочности и долговечности соединений деталей рабочих органов сельхозмашин и ее реализация позволят проводить с.-х. работы в оптимальные сроки. В сельхозмашинах до 80% всех соединений деталей приходится на соединения резьбовыми крепежными деталями - болтами, винтами и шпильками [1]. В среднем по статистике от 50 до 70% отказов несущих конструкций сельхозмашин приходится на соединения резьбовыми крепежными деталями, хотя проектные запасы прочности соединений, подсчитанные по широко применяемой методике, находятся в пределах от 1,5 до 3 [2, 3]. Для существенного повышения долговечности резьбовых соединений деталей рабочих органов и несущих конструкций сельхозмашин разработаны следующие основные принципы, включающие: - уменьшение изгибающих напряжений под резьбовой частью и головкой болта; - повышение равномерности распределения поперечной нагрузки в крепежных деталях группового резьбового соединения; - беззазорную (или с минимальными зазорами) установку крепежных деталей в отверстиях; - сочетание конических и цилиндрических форм деталей сопряженных резьбовых соединений; - формирование пространств и полостей для заполнения полимерным или композитным материалом; - повышение сопротивления резьбового соединения на сдвиг; - снижение трудоемкости изготовления, разборки и сборки, а также ремонта резьбовых соединений. В совокупности изложенные выше основные принципы составляют современную концепцию решения общей проблемы повышения надежности резьбовых соединений на данном этапе их развития. Для реализации этих принципов разработаны новые конструкционные решения резьбовых соединений, представленные на рис. 1. Сравнительный анализ прочности и жесткости на сдвиг типовых (I-II) и предлагаемых новых перспективных конструкций (III-XII), защищенных патентами, показал, что предлагаемые решения обеспечивают повышенную прочность и жесткость по сравнению с типовыми. Это позволит существенно повысить долговечность соединений в рядовых условиях эксплуатации. Установлено, что при применении новых перспективных конструкций максимальные напряжения в крепежных деталях уменьшаются до 9,7 раза, а жесткость соединений возрастает до 14,5 раза при вероятности безотказной работы 0,9881 по основным критериям работоспособности [3]. Результаты полевых исследований различных типов конструкций показали, что наработка на отказ у предложенных конструкций резьбовых соединений существенно выше, чем у типовых (рис. 2). При применении предложенных конструкций резьбовых соединений достигнуто повышение наработки до отказа: соединения механизма качающейся шайбы с кронштейном рамы жатки комбайна «Дон-1500» - в 3,8 раза; балки жесткости с ведущим мостом и рамой комбайна «Нива-Эффект» - в 5,2 раза; корпуса подшипника клавиш соломотряса с рамой молотилки комбайна «Нива-Эффект» - в 4,8 раза; корпуса подшипника вала измельчителя с рамой кормоуборочного комбайна «Дон-680М» - в 3 раза; лемеха с башмаком лемешного плуга - в 1,7 раза; башмака со стойкой лемешного плуга - в 7,2 раза; стойки с рамой лемешного плуга - в 5,14 раза; лемеха с шатуном копателя картофелеуборочного комбайна SE-140 - в 2,5 раза. Применение предлагаемых конструкций в соединениях лемешных плугов ПЛН-8-35, эксплуатируемых при вспашке тяжелых почв с годовой загрузкой 450 ч, сокращает простои агрегата на ремонт и перезатяжку крепежных деталей на 27 ч. При этом производительность увеличивается в среднем на 6,4% за счет уменьшения времени простоев по сравнению с агрегатами со стандартными крепежными деталями в соединениях. Среднегодовое сокращение затрат на топливо благодаря уменьшению удельной энергоемкости вспашки составляет 7%.