Показатели безотказности двигателя и трансмиссии гусеничного трактора класса 3

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 621.114.2

ПОКАЗАТЕЛИ БЕЗОТКАЗНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ И ТРАНСМИССИИ ГУСЕНИЧНОГО ТРАКТОРА КЛАССА 3

Г.И. Жидков, кандидат технических наук

ФГБОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

Проанализирована безотказность двигателя СМД-66 и трансмиссии гусеничного трактора класса 3. Определены детали с низкой надежностью.

Ключевые слова: безотказность, двигатель, трансмиссия,

параметр потока отказов, вероятность безотказной работы.

Для изучения надежности, согласно методике ГОСНИТИ, под наблюдение было взято 20 двигателей и 20 трансмиссий гусеничного трактора класса 3.

При исследовании безотказности двигателя СМД-66 собранная информация анализировалась и обрабатывалась с помощью компьютера. Наработка в моточасах разбивалась на десять интервалов. С использованием теории надежности были построены полигон распределения отказов, диаграмма параметров потока отказов и вероятность безотказной работы [1,2]. На рисунке 1 приведён график полигона распределения отказов двигателя СМД-66. С помощью анализа эмпирического полигона распределения отказов определялось среднее число отказов на один двигатель при определённой наработке.

Рисунок 1 - Полигон распределения отказов двигателя СМД-66

При наработке в 200 моточасов среднее число отказов на один двигатель было равно 0,25, в то же время при дальнейшей эксплуатации до наработки в 400 моточасов вышеуказанный показатель достиг значения 0,65. При увеличении наработки число отказов на один двигатель сократилось до значения 0,4, при 600 моточасах, а при 800 м/ч количество отказов уменьшилось до 0,5. В 1200 м/ч этот показатель был равен 0,4. При 2000 м/ч количество отказов на один двигатель

составило 0,45. Из анализа графика можно сделать вывод, что максимальное число отказов при эксплуатации новых двигателей марки СМД-66 происходило во время наработки до 500 моточасов. В двигателе СМД-66 наибольшее число отказов было в кривошипношатунном механизме, - коленчатые валы, поршни, шатуны, пальцы и кольца (всего 40 отказов), в системе охлаждения (17 отказов) в основном трещины сердцевины радиатора, верхний и нижний бачки и опоры радиатора. За весь период эксплуатации до 2000 моточасов было 6 отказов по турбокомпрессору - это уплотнение валика компрессора и износ бронзовых втулок. Из-за вибраций часто выходили из строя кронштейны выпускной трубы, 14 отказов и 15 отказов по креплению воздухоочистителя.

При обработке экспериментальных данных определялись частные параметры потоков отказов со для отдельных деталей двигателя и графически представлялась диаграмма параметра потока отказов двигателя СМД-66 (рисунок 2).

ин -|---------------------------------------

3-----1 I---------------1-1--------------------

2. 5------------1-- ---- |----1--

2------------- -----------

1. 5----

1 " I

0.5 -

0 J----------------------------------------

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 £ м. ч.

Рисунок 2 - Диаграмма параметров потока отказов двигателя СМД - 66

При наработке двигателя 200 моточасов частный параметр потока отказов составила =1,25, при наработке в интервале 400 моточасов достигает значения 3,3, а 600 моточасов - 2,0. При дальнейшей эксплуатации 800 моточасов этот показатель составил 2,5. В последнем интервале от 1600 до 2000 моточасов параметр потока отказов составил величину равную 2,5.

Таким образом, из анализа диаграммы параметра потока отказов можно сделать вывод, что чем больше параметр потока отказов, тем меньше наработка на отказ, т.е. в начальный период эксплуатации количество отказов большое, а следовательно, параметр потока отказов имеет наибольшее значение. Если посмотреть, как изменяется среднее значение параметра потока отказов, то видно, что в разных интервалах наработки он имеет разное значение. Так, при наработке от начала эксплуатации до 600 моточасов этот показатель составил величину 2,4, от 1000 до 1600 - его величина была равна 2,5. Среднее же значение параметра потока отказов было равно 2,4. Среднее квадратическое

отклонение параметра потока отказов определялось по формуле и оказалось равным 0,9.

Среднее квадратическое отклонение выборочного параметра потока отказов составило 0,2, что показывает, в каких пределах изменяются параметры потока отказов отдельных двигателей от среднего значения.

Коэффициент гарантии для определения гарантированной вероятности, с которой вычислен средний параметр потока отказов отдельных двигателей 1:г, равен в данном случае 4,35.

Поскольку Гг>3, то параметр потока отказов вычислен с гарантированной вероятностью Рт> 0,997.

Определение показателей надёжности зависит от закона распределения случайной величины и плана проведения экспериментов. При проведении наблюдений за гусеничными тракторами был принят закон экспоненциального распределения. Этим законом определяется вид кривой вероятности безотказной работы. В соответствии с этим законом и был построен график (рисунок 3).

Рисунок 3 - Вероятность безотказной работы двигателя СМД - 66

При наработке в 200 моточасов вероятность безотказной работы составила 0,77. С увеличением времени эксплуатации безотказность двигателя снижается. Увеличивается число отказов и снижается вероятность нахождения двигателя в работоспособном состоянии. При наработке 500 моточасов вероятность того, что любой из рассматриваемых 20 двигателей, находящихся в эксплуатации, будет в работоспособном состоянии равна 0,42. При наработке 900 моточасов показатель безотказности равен 0,15. По истечении 1200 моточасов вероятность безотказной работы практически равна нулю. Отсюда следует вывод, что при эксплуатации двигателей гусеничных тракторов в полевых условиях безотказность их практически после 1000 моточасов не гарантируется, т.е. отказа наблюдаемых двигателей можно ожидать в любой момент во время работы.

Двигатели в рядовых условиях эксплуатации наблюдались до 2000 моточасов. За это время показатели безотказности были следующими: среднее число отказов - 4,5; наработка на отказ - 444 моточаса; параметр потока отказов - 2,4; коэффициент отказа - 0,25.

Проведённые наблюдения за гусеничными тракторами показали, что наиболее часто изнашиваемыми деталями трансмиссии являются диски муфты сцепления, шестерни и валы коробки передач, шестерни главной передачи, шестерни планетарных редукторов и особенно тормозные механизмы. Во время наблюдений фиксировались отказы, вся информация анализировалась, обрабатывалась и представлялась в виде графиков.

Для наглядного определения среднего числа отказов при определённой наработке был построен полигон распределения отказов (рисунок 4).

Рисунок 4 - Полгон распределения отказов трансмиссии гусеничного трактора: 1 - полигон распределения отказов; 2 - среднее значение отказов

При наработке в 200 моточасов количество отказов на одну трансмиссию составило 0,3. При дальнейшей эксплуатации тракторов до 800 моточасов этот показатель практически не изменялся. В 1000 и 1200 моточасов количество отказов на одну трансмиссию было равно 0,6 и 0,7 соответственно. Дальше наблюдался некоторый спад в отказах, а в 1800 и 2000 моточасов достиг прежних значений 0,7 и 0,65. Как видно из приведённых данных отказов они являются случайными величинами. На основании экспериментальных данных была построена диаграмма параметров потока отказов (рисунок 5).

3.5 3

2.5

1,5----1 ----------

1 -

0,5 -

0 -I--------------------------------------

0,2 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 % м.ч.

Рисунок 5 - Диаграмма параметров потока отказов трансмиссии

гусеничного трактора

При эксплуатации трактора до 200 моточасов параметр потока отказов на один трактор достигает значения 1,5. Начиная с 800 моточасов параметр потока отказов приобретает значение 3,0, а при 1000 моточасов - 3,5. Такие же значения были практически и в интервале от 1600 до 2000 моточасов.

Средний параметр потока отказов равен 2,6. Среднее квадратическое отклонение среднего параметра потока отказов составило 1,09.

А среднее квадратическое отклонение выборочного параметра потока отказов 0,27, что показывает, в каких пределах изменяются параметры потока отказов трансмиссий отдельных тракторов от среднего значения. Коэффициент гарантии для определения гарантированной вероятности, с которой вычислен средний параметр потока отказов 7Г, равен 4,35. Поскольку I, > 3, то параметр потока отказов вычислен с гарантированной вероятностью Рг > 0,997. На рисунке 6 показан график вероятности безотказной работы трансмиссии.

Рисунок 6 - Г рафик вероятности безотказной работы трансмиссии гусеничного трактора

При наработке в 200 моточасов вероятность безотказной работы составила 0,78, а в 400 моточасов - 0,5 и в 600 - 0,25 и при продолжении эксплуатации безотказность снижается.

Анализ отказов трансмиссии показал, что среднее число отказов на одну трансмиссию при эксплуатации до 2000 тысяч моточасов было равно - 5,2, наработка на отказ - 365 моточасов, параметр потока отказов - 2,6, коэффициент отказа - 0,27, коэффициент готовности -0,87.

С целью повышения надежности гусеничного трактора в Волгоградском сельскохозяйственном институте был разработан, изготовлен и исследован механизм навески трактора [3] с упругими элементами.

В результате производственных испытаний было получено, что число и амплитуда колебаний нагрузки на крюке снизились и, как следствие, уменьшилась динамическая нагруженность всех агрегатов трактора, в частности, двигателя и трансмиссии. Поэтому уменьшилось число отказов и увеличилась наработка на отказ для двигателя до 510 моточасов против 444 и для трансмиссии до 420 против 365 при работе с серийной навесной системой.

Библиографический список

1. Жидков, Г.И. Показатели безотказности ходовой системы гусеничного трактора класса 3 [Текст] / Г.И. Жидков, А.Г. Жутов, С.П. Коблов. // Тракторы и сельхозмашины. - 2009. - № 4. - С. 51.

2. Жидков, Г.И. О ремонтопригодности тракторов ДТ-75В и Дт-75МВ [Текст] / Г.И. Жидков, С.П. Коблов, А.И. Клюев и др. // Повышение надежности сельскохозяйственной техники: сб. научн. трудов СХИ / СХИ. - Волгоград, 1987. - С. 45-46.

3. А.С. 745399. Механизм навески трактора / Кузнецов Н.Г., Жидков Г.И. и др.

E-mail: gidkov gi@mail.ru