К ВОПРОСУ О НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ БЕНЗИНОМОТОРНОЙ ПИЛЫ
Заикин А.Н., Кривченкова Г.Н. (БГИТА, г.Брянск, РФ)
To a problem on reliability of activity motor saw.
Лесозаготовки в нашей стране выполняются в различных природно-производственных условиях предприятиями с разной формой собственности. Основным инструментом малых предприятий на валке леса является бензиномоторная пила. От надежности ее узлов во многом зависит работоспособность пилы и эффективность выполнения всего комплекса лесосечных работ.
Бензиномоторную пилу как и любую систему можно разделить на ряд функциональных механизмов: двигатель, муфта сцепления, пильный аппарат, стартер. Каждый из перечисленных механизмов выполняет определенные функции, обеспечивающие выполнение пилой заданных операций.
Вероятность безотказной работы согласно закону произведения вероятностей может быть выражена для пилы в целом:
.
(1)
Надежность пилы в целом является произведением вероятностей безотказной работы всех ее механизмов.
Бензопилу с точки зрения надежности можно рассматривать как изнашиваемую, термодинамическую, упругую и стареющую систему. В значительной степени проявление перечисленных свойств зависит от характера взаимодействия внешних нагрузок. Одним из основных критериев надежности пилы является динамическое качество.
В процессе эксплуатации пила неизбежно теряет свое первоначальное качество. Трение в узлах и сопряжениях, вибрация, действие окружающей среды, нагрев и т.д. являются причинами износа, поломок, пластических деформаций и других явлений, снижающих работоспособность пилы. В зависимости от назначения, качества материалов, технологии сборки узла, условий эксплуатации и качества технического обслуживания эти процессы могут протекать быстрее или медленнее, но они происходят непрерывно.
Во время работы пилы встречаются различные случаи разрушения деталей, из общего числа которых можно выделить основные.
Деформации и изломы возникают при несоответствии прочности деталей условиям нагружения. В зависимости от характера нагружения различают следующие поломки:
статические – от действия однократной плавно взрастающей нагрузки (заклинивание пильного аппарата);
ударно-усталостные – от действия многократной ударной нагрузки (в процессе пиления пильная цепь с шиной испытывают перегрузки ударного и колебательного характера);
усталостные – от действия многократной циклической нагрузки (в элементах муфты, шарнирах пильной цепи).
Остаточные деформации приводят к изменению размеров и конфигурации деталей или аварийному излому.
Механический износ появляется в результате взаимодействия трущихся пар. Основной причиной выхода из строя детали в этом случае является достижение некоторой допустимой величины износа или нарушение геометрической формы поверхностей трения более допустимого предела. В зависимости от факторов внешних механических воздействий, среды и свойств трущихся металлов при трении могут возникать механические, химический и теплофизические процессы. Один из этих процессов, как правило, преобладает и характеризует ведущий вид износа. Остальные могу совсем отсутствовать, либо являться менее выраженными – сопутствующими. В узлах бензопилы износ происходит при трении скольжения со смазкой (детали: двигателя, муфты сцепления, пильного аппарата).
Как показывает практика интенсивному износу, который происходит при трении скольжения, подвергается пильный аппарат. Износ протекает при наличии абразивных частиц. Абразивные частицы попадают на поверхность трения извне (отходы обработки, твердые частицы в смазке, пыль, а иногда песок) или являются продуктами само износа в результате микрорезания, глубинного молекулярного выравнивания или повторяющегося деформирования и последующего усталостного разрушения микровыступов.
Имеющаяся в определенном количестве смазка пильного аппарата значительно уменьшает износ, но полностью его предотвратить не может, так как из-за разрывов этого слоя происходит контакт микровыступов пильной цепи и шины. Возникает полусухое трение, состоящее частично из граничного и сухого (коэффициент трения 0,1-0,15).
Непосредственный контакт в местах разрыва пленки, а также значительные усилия, передаваемые через тонкий слой пленки, приводят к износу пильной цепи и шины из-за усталостного разрушения и пластического деформирования микронеровностей, их молекулярного схватывания и расклинивающего действия смазки, которая, попадая в микротрщены, способствует разрушению поверхностных слоев.
В результате эксплуатации пилы в ее узлах и деталях происходит необратимые изменения: износ, пластическая деформация, накопление усталостных повреждений, что приводит к нормальному старению.
Наблюдения за работой бензиномоторной пилы показали, что в течение одного часа (одной заправки бензобака), особенно в период приработки, приходится глушить двигатель и проводить натяжение пильной цепи.
Интенсивный износ пильной цепи в шарнирных соединениях приводит к преждевременному старению, что отрицательно сказывается на работоспособности пилы в целом.
Пильный аппарат как элемент, натяжение и заточка цепи которого, ее замена после наработки положенного срока должны выполняться во время регламентированных остановок (после выработки топлива из бака), можно было не учитывать при анализе надежности пилы. Однако из-за преждевременного старения пильной цепи пильный аппарат следует учитывать при анализе надежности пилы как элемент, который приводит к ее отказам [1].
В связи с тем, что в процессе работы пилы, пильная цепь, звездочка и пильная шина могу быть быстро заменены, этот узел следует рассматривать как резервируемую систему.
Графическая модель взаимодействия узлов бензиномоторной пилы в этом случае можно представить в виде рис. 1.
Рисунок 1 - Схема смешанного (последовательно-параллельного) взаимодействия
С учетом сказанного вероятность безотказной работы бензиномоторной пилы можно рассчитать по формуле:
(1)
Согласно паспортным данным моторесурс бензиномоторной пилы (двигателя, муфты сцепления, стартера) равен 600 моточасов.
На основании наблюдений за работой пилы на валке деревьев в условиях ООО «Урал», ГУП «Дятьковский лесхоз» Брянской области установлено, что одной цепью спиливается около 1000 м3 при разработке хвойных и 450-500 м3 лиственных насаждений, то есть в среднем около 750 м3. При условии, что средняя сменная производительность равна 60-90 м3, а чистое время работы пилы на валке составляет 1-1,5 часа, общее время работы пильной цепи составит:
.
Если принять вероятность безотказной работы основных узлов бензопилы по 0,9, то вероятность безотказной работы пильной цепи составит:
.
(1)
Резервные узлы пильного аппарата постоянно готовы для их использования, поэтому вероятность их безотказной работы тоже можно принять Равной 0,9. Тогда вероятность безотказной работы пилы в целом по формуле (1) будет равна
.
Если же сделать пильный аппарат более надежным и добиться того, что натяжение пильной цепи будет выполняться во время регламентированных простоев, то при расчете надежности пилы его можно не учитывать [1]. Тогда вероятность безотказной работы пилы составит:
.
Быстрый износ пильной цепи требует частой ее замены на новую. По паспортным данным при замене цепи требуется замена и ведущей звездочки.
Поэтому повышение срока службы цепи позволит снизить эксплуатационные затраты и повысить объем выработки пилы.
Литература
Амалицкий В.В. Монтаж и эксплуатация деревообрабатывающего оборудования: учебник для вузов / В.В. Амалицкий, Г.А. Комаров.-2-е изд., перераб. и доп.- М.: Лесная пром-сть, 1989.-400с.