Определение остаточного ресурса механических передач горных машин посредством измерения поверхностной твердости металла в областях повышенного износа деталей

Abstract

Представлены основные положения методики определения энергетического ресурса деталей механических трансмиссий горных машин. На основе анализа процесса накопления повреждений в металле зубчатых передач, обоснован способ оценки остаточного ресурса крупномодульных зубчатых колес посредством периодического измерения твердости поверхностного слоя зубьев. Выявлены закономерности изменения твердости зубьев крупномодульных зубчатых передач, обусловленные изменением прочностных свойств металлов, позволяющие учитывать микро- и макромеханизмы пластических и упругих деформаций, искажение кристаллической решетки металла с образованием и перемещением вакансий и дислокаций. С целью исследования влияния величины и вида нагружения на ресурс деталей механических трансмиссий горных машин сконструирована экспериментальная установка и проведены лабораторные эксперименты по изучению процесса разрушения нестандартных образцов при чистом знакопеременном изгибе, растяжении, совместном действии изгибных и растягивающих нагрузок. Определены параметры деформации образцов и изменения локальной твердости металла в областях, прилегающих к поверхностям разрушения. Сопоставление геометрических размеров и значений твердости образца, позволяет сделать вывод о том, что критические деформации соответствуют повышению твердости, предельная величина которой для данного материала находится в зоне разрушения. По результатам анализа экспериментальных данных установлено, что выявленный характер изменения локальной твердости имеет место в областях возрастания напряжений выше предела пропорциональности, а работа сил разрушения, отнесенная к плотности дислокаций непосредственно прилегающей к плоскости разрушения, выражается через приращение твердости, есть величина постоянная.

Представлені основні положення методики визначення енергетичного ресурсу деталей механічних трансмісій гірських машин. На основі аналізу процесу накопичення пошкоджень в металі зубчатих передач обгрунтований спосіб оцінки залишкового ресурсу крупномодульних зубчатих коліс за допомогою періодичного вимірювання твердості поверхневого шару зубів. Виявлені закономірності зміни твердості зубів крупномодульних зубчатих передач, обумовлені зміною міцносних властивостей металів, ялі дозволяють враховувати мікро- і макромеханізми пластичних і пружних деформацій, спотворення кристалічних грат металу з утворенням і переміщенням вакансій і дислокацій. З метою дослідження впливу величини і виду навантаження на ресурс деталей механічних трансмісій гірських машин сконструйована експериментальна установка і проведені лабораторні експерименти по вивченню процесу руйнування нестандартних зразків при чистому знакозмінному вигині, розтягуванні, сумісній дії вигинних і розтягуючих навантажень. Визначені параметри деформації зразків і зміни локальної твердості металу в областях, прилеглих до поверхонь руйнування. Зіставлення геометричних розмірів і значень твердості зразка дозволяє зробити висновок про те, що критичні деформації відповідають підвищенню твердості, гранична величина якої для даного матеріалу знаходиться в зоні руйнування. За наслідками аналізу експериментальних даних встановлено, що виявлений характер зміни локальної твердості має місце в областях зростання напруг вище межі пропорційності, а робота сил руйнування, віднесена до густини дислокацій безпосередньо прилеглої до площини руйнування, виражається через приріст твердості і є величиною постійною.

The article deals with the basic methods of energy resource determination of mining machine manual transmission components. Analyzing the damage accumulation process in the metal of train of gears the remaining life assessment method of coarse-pitch train of gears was justified by means of repeatable measurements of train of gears surface layer hardness. The regularity of changes in the train of gears surface layer hardness was revealed which is determined by the changes in the metal strength properties. It makes possible to take into account the micro and macromechanisms plastic and elastic deformation, warping of the metal matrix lattice and formation and movement of vacancy defect and dislocation. For the purpose of the investigation of the size influence and kind of loading on the components resource of the mining machines manual transmission a test equipment was made and experiments were carried out. The experiments were connected with the breaking of non-standard samples, tension, action of both bending and tension loading. Parameters of samples deformation and local metal hardness changes surrounding the breaking surfaces were determined. Geometry and hardness of the samples comparison leads to the conclusion that critical deformation matches the growth of hardness, the limiting value of which for this material is in the failure zone. According to the experimental results it was determined that the detected character of local hardness changes happens in the zones of tension increase which is higher of the level of proportionality and that the action of breaking forces is represented by the increase of hardness and is a constant.