ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОГО СОСТОЯНИЯ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ

 

Метильков С.А., Бачалов И.С. (КубГТУ, г. Краснодар, РФ)

 

The technique of definition of admitted pressure in the hinge of a circuit which takes into account not only a way of greasing of a circuit and speed, but also the admitted deterioration, a required resource, qualities of manufacturing, speed of sliding in the hinge, influence of a dust content of air, dynamism of loading and a way of a tension of a branch on intensity of wear process of a circuit was developed.

 

Поскольку приводная роликовая цепь является  менее надежным элементом в системе цепь – звездочки – натяжное устройство, то работоспособное состояние передачи обусловливает цепь.

Повышенная интенсивность изнашивания цепи приводит к тому,  что усталостные явления в ней развиваются медленнее, чем процессы изнашивания. Поэтому основным  критерием работоспособности открытых передач является износостойкость шарниров [1].      

Проверочный расчет на работоспособность цепной передачи проводят по критерию износостойкости

,                                                                                                     (1)  

где   – среднее давление в шарнире цепи;

 – скорость цепи, z₁ – число зубьев ведущей звездочки,  

n₁ – частота вращения ведущей звездочки, t – шаг цепи;

 - опорная поверхность в шарнире цепи, d_ВЛ, L_ВТ  - диаметр валика и длина втулки цепи, соответственно [2];

Допускаемое давление  в шарнире цепи в зависимости (1) зависит от типа k_ц и рядности k_m цепи, коэффициента смазки  k_c и расчетного базового давления  р_б в шарнире цепи [1]

,                                                                                          (2)

Для цепей типа ПР [2] k_ц = 1,2, однорядной цепи k_m = 1. Коэффициент k_c зависит от способа смазки k_cп [1] и скорости цепи

 

                                                                                                                (3)

Для обеспечения срока службы цепи в пределах 10-15 тысяч часов базовое давление определяют по зависимости

Следовательно, для однорядной цепи типа ПР допускаемое зависит только от способа смазки и скорости цепи. При выполнении условия (1) гарантируется ресурс цепной передачи 10- 15 тысяч часов.

Опыт эксплуатации цепных передач показывает, что при выполнении (1) их фактический ресурс значительно ниже гарантируемого. Так для открытых передач сельскохозяйственных, дорожных, подъемно-транспортных строительных и др. машин, работающих в условиях запыленного воздуха, такое несоответствие гарантированного и фактического ресурса достигает порядка и более [3]. Такое несоответствие расчетных и фактических ресурсов привело к пересмотру рекомендаций по определению допускаемого давления.

Разработанная на кафедре технической механики методика определения допускаемого давления в шарнирах цепи учитывает не только способ смазывания цепи К_СМ и ее скорость (2), но и допускаемый износ цепи [D_t], требуемый ресурс передачи Т_P, характеристику качества изготовления цепи – нормированную удельную интенсивность изнашивания I_P0, скорость скольжения валика относительно втулки шарнира v_CK, влияние запыленного воздуха К_ИЗ, динамичности нагрузки К_ВД и способа натяжения К_ВН  на интенсивность изнашивания цепи

                                   (4)

         Допускаемый износ цепи находят из соотношения

         ,

где  D_tП, D_tН, D_th - предельное увеличение среднего шага (3 %), отклонения среднего шага цепи от номинального значения [2] после сборки цепи (0,075 %)  и МО дополнительного увеличения среднего шага цепи за период приработки (0,15 %).

Нормированную удельную интенсивность изнашивания цепи определяют по зависимости [3]

          ,

где W_K0, D_L, N₀, T_У, T_h, F₀, t, n₀, u₀ – количество звеньев в цепном контуре, предельное увеличение длины измеряемого отрезка цепи от его первоначального значения без учета износа в период приработки, количество звеньев цепи в измеряемом отрезке, период установленной безотказной наработки, период приработки, передаваемое окружное усилие и частота вращения ведущей звездочки базовой передачи при испытании цепи на надежность, соответственно [2];  u₀ – передаточное отношение базовой передачи, u₀ = z₀₁ х  z₀₂; z₀₁ х z₀₂ – к-во зубьев ведущей и ведомой звездочек базовой передачи [2].

       Скорость скольжения в шарнире валика цепи относительно втулки составляет

       .                                             

Одной из основных характеристик условий эксплуатации является среда, в которой работает цепная передача. Открытая цепная передача работает в среде запыленного воздуха. Пыль, поднимаясь с поверхности почвы, имеет тот же механический состав, что и почва. Почва по механическому составу делится на типы в зависимости от соотношения фракций физической глины и физического песка [4]. Математическая обработка результатов испытаний цепи открытых передач на изнашивание в воздушно-абразивной среде [3] позволила установить следующую математическую модель изнашивающей способности запыленного воздуха                                      

,                             

где e_П, d_П, q - содержания песка и размеры его частиц [4], концентрация пыли в воздухе, соответственно.                                    

С увеличением колебания нагрузки относительно номинального значения увеличивается износ цепи. Влияние динамичности нагрузки на интенсивность изнашивания цепи оценивается коэффициентом

,                                                                                                  

где  - коэффициент динамичности нагрузки.

В процессе эксплуатации цепных передач увеличивается длина цепного контура вследствие износа в шарнирах. Такое увеличение приводит к  изменениям соотношений усилий в ведущих и ведомых ветвях передачи, форм расположения звеньев цепи на зубьях звездочек и повышенным вибрациям ветвей. Поэтому при проектировании цепных передач должно быть предусмотрено устройство для регулировки натяжения цепного контура в соответствии с требованием стандарта [2]. Способ регулирования натяжения цепного контура оказывает существенное влияние на интенсивность изнашивания цепи [1]. Коэффициент влияния способа натяжения цепного контура составляет:

К_ВН = 1,00  при автоматическом натяжении,

        К_ВН  = 1,25  при периодическом натяжении.                                     

Коэффициент влияние смазывания цепи на ее интенсивность изнашивания примем равным коэффициенту из соотношения (3), К_СМ =k_с.

Способ смазывания в значительной степени влияет на интенсивность изнашивания цепи. В процессе соударения шарнира цепи и зуба звездочки масло из зон контакта в шарнире вытесняется. Часть масла переходит в свободную полость между валиком и втулкой, втулкой и роликом. Остальная часть масла вытесняется в торцовый зазор  вне шарнира. Если  в закрытой передаче в процессе прохождения шарнира по цепному контуру масляный слой в шарнире возобновляется вследствие непрерывности смазывания цепи, то в открытых передачах потеря масла, вытесняемого в торцовый зазор шарнира, является безвозвратной. По истечении определенного периода масляная пленка в шарнире цепи открытой передачи теряет свои смазочные свойства в результате испарения летучих компонентов, образования окислов и т. п. При этом граничное трение скольжения переходит в трение скольжения без смазочного материала, повышаются коэффициент трения и  потеря энергии, которая превращается в основном в тепло. Переход к трению без смазочного материала увеличивают скорость накопления усталостных повреждений деталей цепи и их соединений, что способствует их разрушению до исчерпания расчетного ресурса открытой передачи по критерию износостойкости.

Подставляя полученную зависимость (4) в условие (1), получаем оценку работоспособного состояния цепной передачи. Если эта оценка  достаточна для закрытой передачи, то для открытой передачи, в целях возобновления рациональных условий эксплуатации по окончанию действия смазки в шарнирах, необходимо через определенный период провести смазывание приводной цепи.

Следовательно, для открытых передач второй оценкой работоспособного состояния является неравенство между периодами смазывания цепи t_ТО и действия смазки t_ДС

t_ТО < t_ДС.                                                                                                                                                                        (5)

Период действия смазки t_ДС в шарнирах цепи зависит, в основном, от нагрузочных и скоростных режимов работы открытой передачи, а также от концентрации пыли в окружающей передачу среде. Расчетный период действия смазки в шарнирах цепи можно представить [3] следующей математической моделью:

        .  

Если условие (5) не выполняется, то уменьшением периода между смазыванием цепи добиваются удовлетворения этого условия.

 

Литература

1. Готовцев А.А., Котенок И.П. Проектирование цепных передач. Справочник. – М.: Машиностроение, 1982. – 336 с.

2. ГОСТ 13568-97 (ИСО 606-94) Цепи приводные роликовые и втулочные. Общие технические условия. Минск: ИПК Издательство стандартов, 2000. -23 с.

3. Метильков С.А. Надежность цепных передач. Краснодар: Советская Кубань, 2002. – 103 с.

4. Кузнецов И.А. Обработка почвы. - Краснодар: Краснодар. кн. изд -во, 1968.  - 206 с.