УДК 621.878.25

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИЗНОСА НОЖА НА РЕСУРС РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ АВТОГРЕЙДЕРА

Лузгина Евгения Александровна
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
студентка кафедры «Строительное производство и геотехника»

Аннотация
Выведена математическая модель закономерностей износа ножа и режимов эксплуатации автогрейдера при работе с грунтами разной абразивности. Выявлена зависимость ресурса рабочего оборудования от времени работы с грунтами разных категорий, зависимость вероятности безотказной работы ножа автогрейдера от износа.

Ключевые слова: безотказная работа, износ, рабочее оборудование, ресурс


RESEARCH OF THE EFFECTS OF BLADE WEAR ON THE MOTOR GRADER WORKING EQUIPMENT ENDURANCE

Luzgina Evgeniya Aleksandrovna
Perm National Research Polytechnic University
Student of the department «Construction Operations and Geotechnics»

Abstract
The mathematical model of the regularities of blade wear and motor grader operation modes when working with soils of different abrasiveness has been derived. The dependence of working equipment endurance and operating time with soils of different categories as well as that of the probability of failure-free operation of a motor grader blade and its wear has been revealed.

Keywords: endurance, failure-free, wear, working equipment


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Лузгина Е.А. Исследование влияния износа ножа на ресурс рабочего оборудования автогрейдера // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/11/74031 (дата обращения: 22.11.2016).

Вероятность безотказной работы и ресурс – основные показатели рабочего оборудования автогрейдера. Составляющие эксплуатационного нагружения рабочего оборудования автогрейдера характеризуются по признакам:
- Р (Рдин) – вероятность работы ножа без отказа, зависящая от максимальной нагрузки, действующей на его режущую кромку;
- Р (hиз) – вероятность, зависящая от изменения толщины ножа в результате изнашивания;
- Р (Риз) – вероятность, зависящая от знакопеременной нагрузки.
Зная влияние характерных признаков на вероятность безотказной работы рабочего оборудования, можно вносить корректировки во время проектирования отвала автогрейдера.
. (1)
Вероятности связаны между собой: рабочая поверхность ножа изнашивается на , изменяется его сечение, соответственно, и несущая способность. Максимальное значение усилия на режущей кромке ножа и вероятность зависят от несущей способности.
В процессе исследования резания, зарезания, стопорения и удара основных элементов рабочего оборудования о препятствие были установки рабочего оборудования в плане на максимальное усилие на кромке ножа при ударе о препятствие. 
Расчетная зависимость максимального усилия на режущей кромке ножа отвала при ударе о препятствие от угла б положения отвала в плане для трех категорий грунта показана на рис. 1.


Рисунок 1. Зависимость максимального усилия Рmax от угла б установки отвала автогрейдера в плане для грунтов I (1), II (2) и III (3) категорий

Проаппроксимируем, получим:
,
где  – коэффициенты (см. Таблицу 1), полученные при аппроксимации .

Таблица 1 - Значения коэффициентов  A, B,C и

Категория грунта
I
250
1,2
5
-10
II
305
1,25
10
20
III
380
1,4
12
50

Проанализируем первые 700 ч эксплуатации ножа в грунте различных категорий. Зависимость износа ножа автогрейдера может быть представлена в виде (рис. 2). В уравнении были использованы статистические данные, полученные во время эксплуатации земельно-транспортной машины. Было принято, что показатель в = 1/2, = 0.
Зависимость(рис. 2) свидетельствует о том, что на первых 50–100 ч работы износ ножа происходит интенсивно и линейно, затем он постепенно стабилизируется, а после 500–600 ч увеличивается. Скорость изнашивания ножа автогрейдера для разных категорий грунта может быть определена как  = d/dt.
В уравнении (1) первый множитель, касающийся вероятности безотказной работы ножа и зависящий от максимальной нагрузки, изменен следующим образом: 
, (2)
где – стандарт процесса, величина которого определяется как среднеквадратическое отклонение случайного изменения нагрузки 
На рис. 3 приведены зависимости вероятности () безотказной работы ножа автогрейдера от времени  его эксплуатации в абразивной среде для грунтов, полученные на основании нормального закона распределения (2). Зависимость рис. 3 свидетельствует о снижении уровня вероятности безотказной работы ножа  в процессе эксплуатации рабочего оборудования автогрейдера. В результате аппроксимации зависимости вероятности от времени работы ножа в абразивной среде  (рис. 3) получена зависимость
,
где z = 2,4; 2,13; 2,0 – для грунтов I, II и III категорий соответственно.
Математическая модель суммарной вероятности (1) позволяет получить теоретическое описание изменения вероятности безотказной работы рабочего оборудования автогрейдера в процессе выполнения рабочих операций и описать изменение ресурса ножа. 
Рассмотрим вероятность безотказной работы как функцию, в которой каждый аргумент зависит от переменных другой вероятности.Тогда суммарная вероятность безотказной работы ножа автогрейдера
, (3)


Рисунок 2. Зависимость величины износа  от наработки для грунтов I (1), II (2) и III (3) категорий

Рисунок 3. Зависимость вероятности безотказной работы ножа автогрейдера  от времени его работы в абразивной среде для грунтов I (1), II (2) и III (3) категорий

где – функция Лапласа; 
 – несущая способность при усталостномнагружении;  – действующая нагрузка на режущую кромку ножа;  – математическое ожидание (среднее значение) предела разности несущей способности ножа автогрейдера и максимальной нагрузки; D() – среднеквадратическое отклонение предела разности несущей способности и максимальной нагрузки. В зависимости  рассмотрим случай предельного износа. В формулу износа вместо  подставим значение предельного износа носа  и решим получившееся уравнение относительно  при . Тогда выражение для определения ресурса ножа будет иметь следующий вид:
.
Получена зависимость суммарной вероятности безотказной работы рабочего оборудования от вероятностей  и , построенная с использованием выражения (1). Аппроксимируя зависимость  получим суммарную вероятность безотказной работы рабочего оборудования:
.
Таким образом, получена зависимость вероятности безотказной работы ножа, в которую вошли параметры износа, динамическая и знакопеременная нагрузки (см. рис. 4). Уравнение регрессии действительно только в пределах тех опытных данных (величины износа), на основании которых оно получено. Для увеличения применения уравнения его необходимо строить на основе данных по современным моделям объектов одного функционального назначения. 
Зная суммарную вероятность безотказной работы, можно определить ресурс ножа автогрейдера. Для этого необходимо решить уравнение (3) относительно величины . При этом функция Лапласа вычисляется с помощью специальной таблицы. Уравнение (3) невозможно решить аналитически. Поэтому, используя операторы , решим это уравнение для суммарной вероятности.


Рисунок 4. Зависимость ресурса ножа  от времени его работы в абразивной среде для грунтов I (1), II (2) и III (3) категорий

Учитывая нелинейность изменения износа режущего инструмента от времени работы в абразивной среде при выполнении рабочих операций (см. рис. 2), получим ресурс работы ножа рабочего оборудования автогрейдера как функцию (рис. 4 для грунтов трёх категорий. Аппроксимируя последнюю зависимость, получим ресурс работы ножа рабочего оборудования автогрейдера в абразивной среде:
, (4)
где  – коэффициент, равный 447, 340 и 260 для грунтов I, II и III категорий соответственно.
Полученное уравнение не противоречит классу решений уравнения (3) для суммарной вероятности безотказной работы ножа рабочего оборудования автогрейдера. Из выражения (4) следует, что чем ниже категория грунта, тем выше ресурс ножа, работающего в этом грунте. 
Предложенное уравнение регрессии позволяет оценить степень влияния износа ножа грейдерного отвала на его ресурс в зависимости от категории грунта. Закономерность изменения ресурса от износа ножа рабочего оборудования автогрейдера носит экспоненциальный характер. Чем выше категория грунта, тем значительнее износ режущего инструмента отвала, а следовательно, меньше его ресурс.


Библиографический список
  1. Анилович В.Я., Гринченко А.С., Литвиненко В.Л. Надежность машин в задачах и примерах. Харьков: Око, 2001. 318с.
  2. Рейш А.К. Повышение износостойкости строительных и дорожных машин. М.: Машиностроение, 1986. 184с.
  3. Гречишников Б.А. Исследование средств и способов снижения нагруженности основных узлов автогрейдера. Харьков, 1980. 189с.
  4. Густов Ю.И., Воронина И.В. Повышение качества средств механизации строительства. М.:2012.
  5. Ульянов Н.А. Теория самоходных колесных землеройно-транспортных машин. М.:1969.
  6. Болдырев Г.Г. Методы определения механических свойств грунтов с комментариями. М.:2014. 812с.


Все статьи автора «Лузгина Евгения Александровна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация