Управление ресурсом техники начинается с понимания износа. Когда деталь трактора можно считать работоспособной, а когда она достигает предельного состояния?
В этом материале подробно разобраны ключевые для специалиста понятия — предельный и допустимый износ. Рассмотрена классическая кривая изнашивания, объяснено, как по ней определить остаточный ресурс узла и почему иногда деталь с запасом хода приходится браковать. Также детально описан основной метод восстановления — ремонтные размеры, включая их правила, обозначения и технологические особенности.
Руководство позволит систематизировать знания о долговечности агрегатов и принимать обоснованные решения при обслуживании и ремонте техники.
Предельное состояние объекта (детали, узла, агрегата и в целом трактора) наступает при исчерпании объектом запаса надежности в связи с чем дальнейшее использование его по назначению прекращается.
Всякое отклонение выходных параметров и других технических характеристик от нормативно-технических значений свидетельствует о наличии той или иной неисправности в конструкции тракторов. Таксе состояние является следствием накопления повреждений у деталей в основном по причине различных процессов их изнашивания.
Что такое предельный и допустимый износ?
Износы, характеризующие техническое состояние деталей по ГОСТ 27674-88, подразделяются на предельные и допустимые.
Предельный износ соответствует предельному состоянию износившегося изделия или его составной части.
Допустимый износ — это такое значение износа, при котором изделие сохраняет работоспособность.
Закономерности изнашивания различных типов деталей существенно различаются, однако для деталей ряда подвижных сопряжений типа вал—подшипник изнашивание протекает по так называемой классической зависимости (рис. 1.12).
α — угол наклона кривой нормального изнашивания;
Uп - предельный износ детали.
Три стадии жизни детали: как работает классическая кривая износа
Особенность кривой износа, если оценивать ее по тангенсу угла наклона, представляющему скорость изнашивания, проявляется в разной скорости нарастания износа с момента начала работы детали. Начальный участок кривой, до точки а, располагает более высокой скоростью изнашивания и соответствует периоду времени приработки tпр трущейся поверхности детали. За время приработки, проводимой в процессе ремонта на этапе обкатки изделия, возникает начальный износ детали Uпр.
Приработка подвижных сопряжений деталей проводится на определенных режимах работы изделия, предупреждающих чрезмерный износ и повреждение трущихся поверхностей. В период приработки протекают сложные процессы изнашивания, в результате которых у деталей формируются основные эксплуатационные качества, заключающиеся в увеличении площадей несущих поверхностей вследствие возрастания площади физического контакта с одновременной стабилизацией их шероховатости. Окончание периода приработки трущейся поверхности детали проявляется в значительном снижении скорости изнашивания к концу этого периода с последующим выравниванием скорости протекания.
Начиная от точки а износ трущейся поверхности протекает примерно с постоянной минимальной скоростью изнашивания до точки б. Отрезок времени tр между указанными точками имеет наибольшую продолжительность и представляет период нормального функционирования трущейся поверхности детали. За пределами точки б скорость изнашивания быстро нарастает, что связано с существенным увеличением износа, искажением геометрической формы детали и значительным ростом зазора в сопряжении, нарушающим условия смазки и приводящим к изменению установившегося ранее процесса изнашивания.
Работа деталей в таких условиях может привести к переходу в предельное состояние выходных параметров объекта (например, падению мощности двигателя из-за большого износа деталей цилиндропоршневой группы), возникновению высокого уровня звука, вибраций и даже разрушению деталей из-за появления ударных нагрузок. Поэтому износ детали, достигший точки б на кривой изнашивания, считается предельным, а все промежуточные значения его до указанного предельного значения являются допустимыми износами.
Почему важен запас ресурса? Допустимый износ и межремонтный период
Отличающиеся между собой по своим значениям допустимые износы характеризуют тот или иной остаточный ресурс изношенной детали, по которому устанавливается при эксплуатации объектов возможный период дальнейшей безотказной их работы.
Ряд деталей и образуемые ими сопряжения в узлах и агрегатах являются основными (ресурсными), в связи с чем предельный износ этих деталей характеризует одновременно и предельное состояние сборочных единиц тракторов. Поэтому при ремонте тракторов допустимый износ от предельного его значения у основных деталей нормируется необходимым запасом технического ресурса, который должен соответствовать межремонтному ресурсу, установленному технической документацией для определенного вида ремонта узла, агрегата и в целом трактора.
Определение допустимых и предельных износов деталей можно рассмотреть на примере сопряжения деталей с подвижной посадкой, приняв при этом, что изменение износа и изменение значения зазора на всем протяжении нормальной работы деталей протекает по линейной зависимости (рис. 1.13).
Sн — начальный зазор в сопряжении деталей;
U1п, U2п — предельный износ деталей;
tмр — межремонтный остаточный ресурс деталей;
tп — период работы деталей до предельного состояния
Наглядный пример: как определить износ в сопряжении
Допустимые износы деталей U1д, U2д и допустимое значение их зазора в сопряжении Sд при ремонте, как показано на рис. 1.13, определяются межремонтным ресурсом в таком значении, чтобы остаточный ресурс деталей с износом был бы равным или большим межремонтного ресурса, установленного для данного вида ремонта. При обнаружении некоторого превышения допустимых при ремонте износов и зазоров в сопряжениях деталей следует считать такие детали предельно изношенными и выбраковывать их в процессе ремонта несмотря на то, что в ряде случаев эти детали могут располагать еще существенным ресурсом.
Для каждого вида ремонта установлены соответствующие технические условия на дефектацию деталей.
В зависимости от степени повреждения деталей их при дефектации сортируют на следующие группы.
Группы дефектации: от нормальных деталей до брака
Нормальные детали (или запасные части) — это детали, у которых размеры, посадки и другие технические характеристики отвечают требованиям рабочего чертежа.
Допустимые без ремонта детали — это детали, у которых размеры, посадки и другие технические характеристики обеспечивают определенный межремонтный ресурс работы сборочным единицам.
Бракуемые детали — это детали, имеющие размеры, посадки и другие технические характеристики, достигшие предельного состояния. Такие детали не поступают на сборку изделия, и если техническое состояние позволяет восстановить им необходимый межремонтный ресурс существующими технологическими процессами ремонта, тогда эти детали по особенностям обнаруженных дефектов и их сочетанию комплектуются в определенные технологические группы. Они представляют своеобразные исходные заготовки, обработка которых производится многими слесарными и другими технологическими операциями. Такие детали называются годными для восстановления или в противном случае они представляют окончательный брак и утилизируются.
Возникающие в период эксплуатации тракторов различные неисправности устраняются посредством определенных ремонтных воздействий.
Ремонт — это комплекс операций по восстановлению исправности или работоспособности изделий и восстановлению ресурсов изделий или их составных частей (ГОСТ 20793-2023).
Ремонт тракторов и сборочных единиц выполняется по установленной в ГОСТ 35318-2025 ремонтной документации, включающей и ремонтные чертежи.
Предельное состояние трактора по ГОСТ 18524-2022 наступает при необходимости капитального ремонта минимум трех сборочных единиц, включая две основные: дизель, трансмиссия, ходовая система, рама.
Для дизеля характерно падение мощности ниже 75% номинальной или объемный коэффициент распределителя менее 0,75; в гусеничных моделях — износ одной тележки подвески или двух балансирных кареток.
У колесных тракторов рессора считается предельно изношенной при стреле прогиба менее 30 мм, люфт рулевого не превышает 25° по нормам.
Метод ремонтных размеров: основа восстановления деталей
Восстановление изношенных поверхностей деталей и посадок в их сопряжениях производится в основном двумя методами: под ремонтные и под номинальные размеры деталей путем нанесения металлических и других покрытий на изношенные поверхности.
Ремонтными называются размеры, которые установлены для восстанавливаемой детали или новой детали, изготавливаемой взамен изношенной, отличающейся своими размерами от аналогичных размеров детали по рабочему чертежу. Ремонтные размеры подразделяются на категорийные и пригоночные.
Категорийными называют окончательно установленные ремонтные размеры детали, обычно заданные в технической документации завода-изготовителя новой машины.
Пригоночными называют ремонтные размеры детали, которые установлены с учетом припуска на пригонку детали по месту.
Особенность метода ремонтных размеров заключается в том, что у более дорогой и сложной по конструкции изношенной детали восстанавливается с помощью механической обработки исходная геометрическая форма и шероховатость поверхности. Механическая обработка поверхности изношенной детали изменяет ее размер по отношению к номинальному значению. Полученный размер становится меньше у вала и больше у отверстия.
Деталь, входящую в сопряжение с категорийным ремонтным размером другой детали, завод-изготовитель трактора поставляет как запасную часть.
В сопряженных деталях с ремонтными размерами сохраняется точность и посадка, предусмотренные в рабочих чертежах.
Иногда для восстановления в сопряжении деталей посадки применяют дополнительную деталь, что вносит изменения в конструкцию сопряжения.
Методом дополнительных деталей, например, восстанавливают посадки в сопряжениях с подшипниками качения в корпусных деталях тракторов.
В качестве дополнительной детали в увеличенное расточкой отверстие ставят тонкостенную гильзу из свернутого стального листа или втулку, которые затем закрепляют и при необходимости обрабатывают под требуемый размер, обеспечивающий номинальную посадку в сопряжении деталей.
Для восстановления резьбовых соединений применяют специальные дополнительные детали в виде резьбовых спиральных вставок, изготовленных из проволоки с ромбическим сечением.
Ремонтный размер в технической документации обозначается буквой Р и цифрами 1, 2 и т. д., указывающими категорию следования ремонтных размеров по порядку, например, P1, Р2 и т. д. Обозначение ремонтного размера с пригонкой «по месту» получают добавлением буквы П, например «РП».
Плюсы и минусы метода ремонтных размеров
Восстановление деталей методом ремонтных размеров нарушает полную взаимозаменяемость деталей при ремонте тракторов, что является технологическим недостатком данного метода. Несмотря на это метод ремонтных размеров деталей благодаря своей простоте и большой экономичности получил широкое распространение при ремонте различных машин и оборудования.
Предельное состояние детали, узла, агрегата или трактора наступает при исчерпании запаса надежности и означает прекращение эксплуатации по назначению. Отклонение выходных параметров и иных технических характеристик от нормативов свидетельствует о неисправности, обусловленной накоплением повреждений из-за изнашивания.
По ГОСТ 27674-88 износ подразделяется на предельный (граница работоспособности изделия или его части) и допустимый (изделие сохраняет работоспособность). Для подвижных сопряжений характерна «классическая» кривая износа:
- приработка с повышенной скоростью;
- длительный период минимального, близкого к постоянному изнашивания;
- далее ускоренный износ с ростом зазоров, нарушением смазки и риском вибраций, ударных нагрузок и разрушений.
Допустимые износы и зазоры при ремонте нормируются по требуемому запасу ресурса, обеспечивающему межремонтный период, особенно для ресурсных деталей.
При дефектации детали относят к годным, пригодным без ремонта либо бракуемым; при превышении допустимых норм выполняют выбраковку или восстановление по ремонтной документации (в т. ч. методом ремонтных размеров или с применением дополнительных деталей).