Основные направления повышения надежности строительных и дорожных машин при их конструировании следующие: оптимизация конструктивных схем машин и сопряжений, выбор долговечных материалов деталей и рациональных их сочетаний в парах трения; обеспечение оптимальных условий их работы (нагрузки, скорости) при наименьших потерях на трение; создание заданных температурных режимов работы сопряжений деталей, узлов и агрегатов; обеспечение надежных условий смазывания трущихся поверхностей деталей; создание эффективных средств очистки воздуха, топлива и масел; улучшение конструкции и материалов уплотнительных устройств и обеспечение необходимой герметизации узлов и агрегатов; создание достаточной жесткости и устойчивости к вибрациям базовых деталей машин и др.
Выбор долговечных материалов деталей и рациональных их сочетаний в парах трения. Детали современных СДМ в зависимости от назначения изготавливаются из конструкционных износостойких, антифрикционных, фрикционных, коррозионностойких и других материалов.
Материалы деталей и рациональные их сочетания подбираются на основе главных требований: получения заданной долговечности, необходимой технологичности и минимальных затрат при производстве.
Для каждой конкретной детали (сопряжения) учитываются: условия работы, вид изнашивания, применение термической, химико–термической и других видов упрочняющей обработки, требования к точности изготовления и т. д.
Долговечность большинства деталей (сопряжений) дорожно–строительной техники определяется сопротивляемостью их изнашиванию главным образом при воздействии абразивных частиц, а также прочностью на изгиб и скручивание.
Большая группа ответственных деталей (коленчатые валы, коленчатые оси, поворотные цапфы и др.) в работе подвергаются циклическим динамическим нагрузкам, в связи с чем к материалам этих деталей наряду с износостойкостью предъявляются дополнительные требования высокой усталостной прочности и ударной вязкости.
К материалам таких деталей, как шестерни, подшипники скольжения и качения, кулачковые валы, крестовины карданных валов и дифференциалов, предъявляются требования высокой контактной усталостной прочности.
Во всех агрегатах машин уделяется также большое внимание повышению работоспособности резьбовых соединений. В ходовых частях машин применяют гидравлическое натяжение гусениц и устанавливают защитные устройства для них, поддерживающие ролики тракторов с резиновыми и полимерными (полиуретан) опорными поверхностями. Кроме того повышают надежность и долговечность пружин подвески, используют двухслойные пальцы гусениц, обеспечивающие безударную работу опорных катков и лучший контакт со звездочкой в цевочном зацеплении, вводят торцевые металлические уплотнения на цапфах.
Заслуживает внимания технология получения биметаллических отливок деталей ходовой части гусеничных тракторов за счет наплавки (заливки) жидким металлом, основанной на диффузионном соединении наносимых сплавов с материалом заготовок, предварительно нагреваемым под слоем синтетических покрытий с низкой кислородопроницаемостью. Долговечность биметаллических деталей новой конструкции повышается в 1,5...4,5 раза.
Высокое качество изготовления деталей строительно–дорожной техники при ее производстве зависит от выполнения следующих основных технологических (чаще конструкторско–технологических) мероприятий:
обеспечение необходимой точности изготовления деталей и оптимального качества их рабочих поверхностей;
упрочнение термической, химико–термической обработкой и поверхностным пластическим деформированием;
нанесение на поверхности деталей износостойких и коррозионно–стойких покрытий гальваническим и химическими способами;
наплавка, газотермическое напыление и др.
Точность изготовления деталей. В СДМ точность определяется условиями работы деталей и уровнем используемого обрабатывающего оборудования, а оценивается допусками на линейные размеры рабочих поверхностей деталей (диаметры шеек валов и отверстий, размеры шлицев и зубьев шестерен и др.), а также на взаимное расположение этих поверхностей (перпендикулярность и параллельность осей деталей, межцентровые расстояния, радиусы кривошипов и т. д.). Однако чем выше точность изготовления детали, тем больше затраты на ее производство.
Большинство деталей современных тракторов, автомобилей и СДМ изготавливается по II, III и ниже классам точности.
Целый ряд деталей двигателей, топливной аппаратуры, гидравлических систем и других узлов и агрегатов машин выполняют по I классу точности (поршневые пальцы, толкатели, клапаны, плунжерные пары).
С повышением точности изготовления деталей уменьшаются начальные зазоры в подвижных сопряжениях и более жестко регламентируются натяги в неподвижных соединениях, что обеспечивает значительное повышение долговечности машин, их доремонтного ресурса.
Обеспечение оптимального качества рабочих поверхностей деталей. Машиностроительное производство постоянно стремится к повышению качества рабочих поверхностей деталей (уменьшению их шероховатости и искажений макрогеометрии). Вместе с тем многочисленными исследованиями установлено, что при эксплуатации машин в трущихся парах в зависимости от режимов работы, условий смазывания, сочетания материалов и других факторов устанавливается определенная шероховатость, которую и следует обеспечивать при изготовлении деталей. Оптимальная шероховатость должна задаваться и для поверхностей деталей с неподвижными посадками.
Чем меньше шероховатость, тем больше сопротивляемость поверхностей деталей к износам по причине коррозии.
Существенное влияние оказывает шероховатость поверхности также на циклическую и динамическую прочность деталей машин.
Повышение качества обработки деталей лимитируется технологическими возможностями производства и стоимостью работ. Для нормирования качества поверхности при производстве машин используют три главных показателя: шероховатость поверхности или микрогеометрию; отклонение формы и расположения (овальность, конусность, огранка и др.); микро–, макрогеометрия и волнистость поверхности. Главный из них – шероховатость, оцениваемая двумя параметрами: основным – средним арифметическим отклонением профиля Rаи дополнительными – высотой неровностей Rz и наибольшей высотой неровностей Rmax, средним шагом неровностейSш и др. Шероховатость зависит в основном от вида обработки.
Отклонения геометрической формы (макрогеометрия деталей) оказывают определенное влияние на величину и равномерность зазора (натяга) в сопряжении, условия контактирования, смазывания и в значительной мере определяют эксплуатационную надежность и долговечность узлов.
Волнистость поверхности уменьшает площадь фактического контакта сопрягаемых поверхностей и повышает удельное давление, отрицательно влияет на функциональные свойства деталей, работающих в условиях трения качения или трения с проскальзыванием, ухудшает герметичность сопряжений.
Учитывая, что геометрические параметры качества поверхности деталей и особенно шероховатость существенно влияют на их долговечность, в последние годы значительно возросло внимание к вопросам оценки качества поверхности деталей и разработке средств и методов его улучшения. При этом используют такие критерии оценки качества поверхности (геометрические характеристики шероховатости), как: размер опорной поверхности, которым характеризуется ее несущая способность; поверхность фактического контакта, радиусы закругления вершин и впадин микронеровностей; угол наклона образующих микронеровностей при основании; отношение радиуса закругления вершин микронеровностей к их максимальной высоте; среднее квадратическое отклонение размеров высот микронеровностей. Все эти параметры определяют форму микронеровностей и их направление.
В качестве средств достижения высоких геометрических характеристик качества поверхности используют ряд принципиально различных методов и оснастки, а именно:
срезание неровностей поверхности в результате тонкого шлифования, хонингования, суперфиниша (сверхдоводки) и полирования, особенно с применением синтетических алмазов (паст, брусков, лент), гексанита Р, эльбора и других сверхтвердых материалов;
смятие неровностей за счет поверхностного пластического деформирования (обкатыванием, раскатыванием, дорнованием), алмазного выглаживания и виброобкатывания алмазными или твердосплавными наконечниками для получения поверхностей с регулярным микрорельефом.
создание нового микропрофиля поверхности благодаря применению электрических и электрофизических методов обработки (электрохимической, электромеханической, обработки в магнитном поле).
Выбор наиболее рационального вида обработки для различных групп деталей и их рабочих поверхностей требует более глубокой научно–производственной проверки. Особенно перспективные виды обработки – виброобкатывание, сверхдоводка синтетическими алмазами и электрофизическая обработка.
Отделочные операции необходимы не только для улучшения шероховатости, но и удаления тонкого дефектного поверхностного слоя (обычно со сниженными физико–механическими свойствами), особенно после шлифования.