Обоснование методов испытаний на усталость и повышения прочности пружин подвески на примере трелевочных тракторов. тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.*

ГЛАВА. 'I. Обзор исследований сопротивления усталости пружин подвесок мобильных машин и задачи исследования,.

1Д. Особенности работы пружин подвесок. б

1*2. Обзор исследований статической и усталостной прочности пружин.

1.3. Выводы по обзору я задачи исследования.

ГЛАВА 2« Исследования эксплуатационной нагруженности вружин подвески трелевочного трактора

ТДТ-55А."

2Д. Условия эксплуатации трелевочных тракторов' и данные о разрушениях пружин.

2*2« Теязометрические исследования эксплуатационной нагруженности пружин.

2,3« Расчет эксплуатационной долговечности пружин.,

ГЛАВА 3. Стендовые испытания пружин на усталость.

3*1» Методика стендовых испытаний.

3.2. Режим нагружения пружин при стендовых испытаниях.

3*3« Разработка стендового оборудования для испытания пружин*»,,.

3.4, Объекты исследований.

3.5* Результаты стендовых испытаний.

ГЛАВА 4* Исследование напряжений в витках винтовых пружин. * -ПЗ

4*1. Исследование влияния формы сечения витка на напряжения.

4.2. Способ исследования напряжений в витках винтовых пружин.

5. функционально-стоимостной анализ пружин подвески трактора ТД1-55А.

5*1. Подготовительный этап . В

5.2. Информационный этап.13Г

5.3. Аналитический этап

5.4. Творческий этап

5*5. Исследовательский этап . ..

5.6. Рекомендательный этап

5.7. Этап внедрения .*«.•.

Выводы . .Мб

• Решениями ХХУП съезда КПСС намечено резкое повышение качества продукции мапшностроения и обеспечение её высокой надежностью. Надежность тракторов в значительной мере определяется долговечностью элементов ходовых систем, в том числе пружин подвески. Например, затраты на текущие ремонты каждых 100 трелевочных тракторов ТДТ-55А достигают 110 тыс.руб.в год [3] ., стоимость пружин подвески, поставляемых в запасные части, равна 1215 руб. на 100 тракторов в год [62]. Повышение долговечности пружин подвески до требуемого уровня даст большой экономический эффект, учитывая, что в эксплуатации находится 54,6 тыс .трелевочных тракторов.

Металлографический анализ разрушенных в эксплуатации пружин, показал, что основным является усталостное разрушение. Поэтому л вопросы совершенствования конструкции пружин и технологии их изi* . готовлеяия с целью повышения сопротивления усталости актуальны.

Основная задача диссертации состоит в установлений закономерностей эксплуатационного нагружения пружин подвесок трелевочных тракторов и разработке на этой основе методов их ускоренных испытаний и увеличения долговечности. Методической основой решения такой задачи является комплексная расчетно-экспериментальная система оценки эксплуатационной нагруженности и усталостной долговечности пружин различных вариантов в статистическом аспекте.

Целью работы является обоснование методов испытаний на усталость и повышения прочности пружин подвески тракторов с учетом статистических закономерностей их эксплуатационного нагружения на примере трелевочных тракторов.

Научная новизна диссертации состоит в том, что установлены основные закономерности эксплуатационной нагруженности пружин подвесок трелевочных тракторов класса 3, определены статистические характеристики сопротивления усталости пружин» Установлена возможность применения расчетно-экспериментального метода оценки долговечности пружин, базирующегося да гипотезе линейного суммирования усталостных повреждений. Обоснована форма сечения витков винтовых пружин с более равномерным распределением напряжений, чем в применяемых в настоящее время круглых сечениях. Разработан способ изготовления образцов для исследования касательных напряжений в витках винтовых пружин некруглого сечения.

На защиту выносятся следующие положения:опенка эксплуатационной нагруженности пружин подвески трелевочных тракторов; применимость метода расчетно-экспериментальной оценки долговечности пружин, базирующегося на гипотезе линейного суммирования повреждений; методы и средства ускоренных стендовых испытаний пружин ходовых систем тракторов; оценка расчетной долговечности конст-рукторско-технологических вариантов пружин; обоснование формы сечения витков винтовых пружин с более равномерным распределением напряжений; способ изготовления образцов для исследования напряжений в витках винтовых пружнн некруглого сечения.

Тема диссертационной работы выбрана в соответствии с заданиями ГКНТ и с отраслевым планом на 1976-86 гг.(темы 118/169-79, 2Й.60.81-12.0334, 62.20.13.86-50.9480) и приказом МТСЗМ # 36 от 30 января 1976 года.

146 -ВЫВОДЫ

I. Многочисленные разрушения пружин подвески трелевочных тракторов ТД1-55А выпуска 1977г. явились следствием их высокой яагруженности и недостаточного сопротивления усталости.80-процентный ресурс пружин составлял 1500 ч.

2. Случайные процессы нагружения пружин подвески трелевочных-^ тракторов являются широкополосными и относятся к классу стационарных эргодических процессов. Коэффициент нерегулярности процессов изменяется от 0,29 до 0,56. Распределения амплитуд касательных напряжений в пружинах .полученные методом полных циклов с учетом средних напряжений циклов,удовлетворительно описываются законом Вейбулла, их коэффициенты вариации находятся в пределах 0,25. 0,50.

3. В расчетах пружин подвесок тракторов на усталость целесообразно использовать метод полных циклов с учетом средних напряжений циклов и линейное суммирование повреждений. Расхождение расчетных величин средней долговечности двух вариантов серийных пружин подвески трактора ТДТ-55А с эксплуатационными величинами составило 7 и 35$.

4. Показано повышение вреднего ресурса пружин 0 36 по отно-щ шению к эксплуатационному среднему ресурсу серийных (1500 ч) в

1,9 раза,заневоленных -в 3,5 раза. В 1977 и 1985гг. в серийное производство внедрены эти пружины вместо пружин 0 34. Количество пружин для запчастей уменьшено со 150 до 90 шт.на 100 тракторов в год.

5. В Челябинском филиале НАТИ создан комплекс стендов для ускоренных ресурсных испытаний упругих элементов ходовых систем тракторов.При создании стендов получены восемь авторских свидетельств.

6. В результате стендовых испытаний большой выборки пружин -(90 образцов )получен коэффициент вариации пределов выносливости серийных пружин (0,21) »распределение пределов выносливости соответствует нормальному закону. Определены характеристики сопротивления усталости пружин подвески трактора ТДТ-55А с различными коя-структорско-технологическими мероприятиями» Установлено,что более с высокие пределы выносливости при базе испытаний 5*10° циклов имеют заневоленные пружины 0 36 .Их пределы выносливости выше предела выносливости серийных пружин на 17$.

7. На основе опыта стендовых испытаний пружин подвесок тракторов Щ-55А,ДТ-75М,ДТ~75С,Т-150 и ТТ-4 разработана и внедрена отраслевая методика стендовых испытаний пружин на усталость при осевом сжатии. Методика широко используется в тракторостроении.

8* С учетом зависимостей Ровера-Вааля и С.Д.Пономарева выведены расчетные соотношения для выбора параметров нового сечения витков; установлено,что у пружин с витками нового сечения максимальные напряжения на внутренней поверхности на 24$ меньше максимальных напряжений в пружинах с круглым сечением. У других исследованных форм сечений витков (круга с эллипсом, эллиптического и треугольного)яапряжеяия выше,чем в круглых. На пружину с новым сечением получено авторское свидетельство. Разработан лабораторный способ исследования напряжений в винтовых пружинах с помощью образцов,значительно сокращающий затраты и сроки исследований. На способ получено авторское свидетельство.

9. Суммарный экономический эффект в народном хозяйстве от внедрения в отрасли пружин , стендов »методов ускоренных испытаний и способа исследования напряжения составил 2,5 млн.руб.

1. Авраменко А.С.» Ган Э.А., Демидов А.И. и др. Стенд дляиспытания торсионов. А.С. № 657319 (СССР).

2. Авраменко А.С., Ган Э.А., Поликаренков Б.Г. Демидов А.И.и др. Устройство для измерения контактных напряжений. А,С.ЖЕ052895 (СССР).

3. Анисимов Г.М., Кузьмин Ю.Н., Магироэский Н.П. и др»Исследование эксплуатационных режимов трелевочного трактора ТДТ-55. "Тракторы и сельхозмашины**, № II, 1965, с.1^.

4. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосйлевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. Машиностроение, М., 1979, с.159.

5. Блинник СИ., Малинин Н,Н., Пономарев Д. и др. Новыеметоды расчета пружин. М,, 1946, с.10-17, 26-35.

6. Блинник С И . Расчет и экспериментальное исследованиецилиндрических пружин прямоугольного сечения при отношении сторон -^ > 3 специального назначения. Дисс.на соиск.уч.степ« К.Т.Н., Ш Ш им.Баумана, 1939, с.51-54. 7. Борисов Ф.А. Исследование напряженности и оценка долговечности пружин кареток ходовой части гусеничных тракторов класса 3 тс. Автореферат дисс.на соиск.уч.степ.к,т»н., МАШ.Москва, 1973, C.I6-I9.

8. Васильев Л.П. Исследование долговечности упругих элементов машин при переменных режимах нагружения.^ Автореферат дисс.на - 1 4 9 соиск.уч.степ.к.т.н.,111Ж, Пермь, 1970, с,5-16.

9. Васильев Л.П., Карпунин В.А. О накоплении усталостныхповреждений в условиях однократной смены напряжений. Прочность и долговечность деталей машин, вып.З, Удмуртия, 1969, с.114-119,

10. Вассерман Н.Н,, Эйнштейн М.Л. Оценка циклической прочности пружин топливного агрегата."Динамика и прочность механических систем";^ 145, Пермь/с.175-181.

11. ГОСТ 25.101-83. Расчеты и испытания на прочность.Методысхематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статиотичеокого представления результатов, с.6-18.

12. ГОСТ 23604-79. Надежность в технике. Статистическая оценка нагруженности машин и механизмов. Методы обработки данных о нагруженности, с.16-18,

13. ГОСТ 23605-79. Надежность в технике. Статистическая оценка на1?руженности машин и механизмов. Методы типизации режимов нагружения. C.IO-II,

14. ГОСТ 17510-79. Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Планирование наблюдение. о.20.

15. ГОСТ 2860-65. Металлы. Методы испытаний на усталостЬ|G.I3-I4, 27-29.

16. Гусев А.С., Светлицкий В.А, Расчет конструкций при случайных вовдейотвиях. Машиностроение^,,1984,с.12-13Д78-181,

17. Демидов А.И,, Ган Э.А. и др. Стенд для испытания пружин,Информационный лист ЩТИ, Je 555-76, Челябинск, 1976, о.1-3,

18. Дмитрйченко С.,Кугель Р,В, и др. Методика статистического анализа переменной нагруженности деталей. Труды НАТИ, вып^195, ОНТИ, М,, 1968, с.3-33. т -151

19. Дмитриченко С. Методы оценки и повышения долговечностинесущих систем тракторов и других машин. Автореферат дисс. на соиск. уч.степ. д.т.н., ШТУ, 1970, с.17-19,

20. Дмитриченко С.,Зешщнский Ю»М. Определение упругостиманжетного герметизатора шарнира гусеницы трактора. Тракторы и сельхозмашины. 1986, № 4, с.31-34.

21. Дмитриченко С С , Никонов Б.Б,, Седякщ М.Н,, ДемидовА.И. и др. Анализ динамической системы для испытаний торсиоаов подвески трактора Т-330 на усталость. Труды НАТИ, вып.241.,М,, 1975, с.63-69,

22. Дмитриченко С, Авршленко А . С , Седякин М.Ы., ДемидовА.И, и .др. Торойон. А.С, В 545797 (СССР).

23. Дмитриченко С С , Седякин М.Н., Филатов Э.Я., АвраменкоА . С , Демидов А,И. и др. Подвеска транспортного средства. А.С. J^ 604709 (СССР).

24. Дмитриченко С,С, Седякин М.Н,, Ру^лявцев А.А.ДемидовА.И, Система повышения долговечности пружин подвесок гусеничных тракторов и результаты испытаний. Тракторы и сельхозмашины,№ 10, 1978, C.9-II.

25. Добрынин Ю.А. Некоторые результаты статистического исследования микропрофйля трелевочных волоков."Машины и орудия для механиз<1ации лесозаготовок и лесного хозяйства',' Труды ЛТА № 147, Л., 1972, с.55-59.

26. Ефимов В.П, Исследование эксплуатационной надежности иобоснование нормативов долговечности пружин подвесок гусеничных сельскохозяйственных тракторов класса 3. Автореферат дисс, на соиск.уч.степ. к,т.н. Челябинск, ЧЙМЭС1, 1980,с.6-21,

27. Кобаяси С, Метод расчета пружин на прочность. Переводс японского, ж,"Кикай оэккэй", т.13, В 6, 1969,0.30-37.

28. Когаев В.П. Методы статистической обработки результатовусталостных испытаний. Обзор."Заводская лаборатория" № 5,1957, C.3I-34.

29. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях,переменных во времени. Машиностроение, М., 1977,с.34-41,182-184.

30. Коновалов А.А,, Бармин Д.П, К расчету заневоленных пружин. "Прочность и долговечность деталей машин? Удмуртия,Ижевск, 1967, с.16-21.

31. Левковский Е.Н, Исследование прочности и надежностинекоторых типов стальных винтовых пружин. Автореферат диссна соиск уч.степ.к.т.н., БПИ, Минск, 1970, с.4-17.

32. Левковский Е.Н, О долговечности винтовых пружин."Вестник машиностроения," № 3, 1966, с,9-14,

33. Левковский Е.Н. Некоторые вопросы расчета винтовых.^ цилиндрических пружин на долговечность и надежность при многократно повторной нагрузке. Автомобильная промышленность, № 6, 1965, с.23-25,

34. Литвак В.И, Автоматизация усталостных испытаний натурных конструкций. Машиностроение, М., 1972, 382с,

35. Малинин Н.Н. Расчет пружин с учетом пластических деформаций. Диссна соиск.уч.степ.к.т.н.,.' . МММИ им,Баумаяа, 1942, # 0.37-52,

36. Номенклатура 1407 механических запасных частей к трелевочным тракторам ТДТ-40М и ТДТ-55, М., 1975, с14. - 1 5 4 63, Одияг И.А. Допускаемые напряжения в машиностроении и Ш циклическая прочность металлов. Машгиз, М,, 1962, с.144-145,

37. О комплексных испытаниях пружин ходовой системы трактораТДТ-55. Отчет. Арх.№ 537. OTS. Петрозаводск, 1973,с.6,15. 65, Описание изобретения а.с. № 75018, 1947, 66, Описание изобретения а.с, № 90720, 1950,

38. Описание изобретения а.с. № 457002, I97I.

39. Поликаренков Б,Г., Ган Э.А., Демидов А.И. Универсальныйстенд для испытаний торсионов и прузкин. Тезисы докл.Бсесоюзной ф науч.техн.конф."Методы и средства стендовых испытаний узлов и агрегатов тракторов", Челябинск, 1979, с.185-189,

40. Полищук Д.Ф. Статика цилиндрических пружин. "Динамика,прочность и долговечность деталей машин", Ижевск, 1973,с.4-14,

41. Пономарев Д. Расчет и конструкция витых пружин. ОНТЙ,1938, СД17-127, 135-137.

42. Пономарев Д, Пружины, их расчет и конструирование, М.,» 1954, с.50-54, 76, Прочность и долговечность автомобиля. Под ред,д.т.н. Гольда Б,В. Машиностроение, М*, 1974, с.29-32, # 1^» - 1 5 5

43. Расчеты и испытания на прочность. Анализ эксплуатационнойнагруженности в связи с оценкой долговечности при случайном нагруженйи. Методические указания(1-я редакция). ГОНГИ БАТИ, М,, 1984, C.42-5I.

44. Рыскин Ю.Е, Особенности микропрофиля трелевс^ых волокови их статистические характеристики. Труды Ц Ш Ш Э , Б Ы П , 1 0 8 , М,, 1970, СД48-156.

45. Седякин М.Н., Румянцев А.А,, Дмитриченко С,С, ДемидовА.И. и др. Резонансная машина для испытания пружин на усталость. А.С.№ 641299 (СССР).

46. Степнов М.Н. Статистическая обработка результатов механических испытаний. "Машиностроение", М,, 1972,с.159-160,169-189,

47. Тимошенко С,11* Теория упругости. Перевод о англД'оотехтеориздат, Л.-М,, 1934, с.390.

48. Тимошенко П,, Гудьер Дж. Теория упругости. Перевод оаягл. "Наука", М., 1975, с.304-306.

49. Тимошенко Я, Сопротивление материалов, т.Х, изд. 2- .Перевод о англ. Гостехиздат, М,-Л,, 1933, о.78.

50. Уткив-^юбовцов 0.Л,, Скуратовский М.П,, Кутин Л.Н.,Борисов Ф.А. Оценка напряженности пружинных рессор с учетом их изгиба в балансирных каретках, "Тракторы и сельхозмашины", ^ 3, 1975, C.I5-I7. - 1 5 7

51. Черепанов А,М, Исследование повреждаемости, усталостнойпрочаости и надежности пружин рессорного подвешиваняя локомотивов. Автореферат диос.на соиск.уч.степ.к.т.н., Р1Ш,|,Ростов-на Дону, 1973, 0,5-19.

52. Черепанов A.M. Технологические способы повьшения усталостной прочности пружин. "Вопросы надежн.и прочн.ж.д.пути и подвижн.состава", Свердловск, 1973, с,4-8.

53. Черепанов A.M. Влияние технологии изготовления на усталостную прочность и долговечность винтовых цилиндрических пружин. 'Материалы Л У научн.техн.нонф. Свердловск, 1970, с.71-72.

54. Чернышев Н.А, Напряженное состояние и деформащш цилиндрических пружин, свитых из круглого витка. Динамика и прочность пружин, Изд.АН СССР, 1950, c,II7-II8.

55. Шапиро Е.А, Исследование и расчет ограниченной уоталоот-.ной прочности винтовых пружин. Дисс.на соиск.уч.степ.к.т.н., У Ш , Свердловск, I96I, с.42-60.

56. Шапиро Е.А, Исследование и расчет усталостной прочностивинтовых пружин. Циклическая прочность металлов." Изд.АН СССР, 1962,0.85-86.

57. Шапиро Е.А, Напряжения и жесткость винтовых пружян приосевых и поперечных нагружениях. Прочность и долговечность деталей машин, вып.З, Ижевск, 1969, с.138-139,

58. Шабров Е.И. Исследование ограниченной долговечности пружин растяжения из пронолоки марки 102Л8Н10Т."Динамика, прочность и долговечность деталей машин, Ижевск, 1975, с,47-49.

59. Шаншн М.Я. Вопросы прочности наклепанных дробью деталейпри нестандартной напряженности. Автореферат дисс.на соиск.уч, степ, д.т.н, AH.CGCP, 1958, с.15-17.

60. Эиайкин Д.М.,РыскйН Ю.Е,,Степанов Ю.Г. и Кузьмин Ю.И.О распространенном шаге неровностей легкодеформируемого лесосечного волока. Тракторы и сельхозмашины, № 3,1977, с.15-17. - I 5 S

61. Kurdn A. Dynaimic stress fn helical springs.% : : "Mdchino design" 4^,j/«2?, 1972,р.ш-1зз.

62. RovQT A. beanspruchung 2\|iindriseherSdiTdiibenfedern mit Rreis(^uer«chnitt. "V. D.L." 19li, p. 1906. A - ш т