Характеристики материалов рам

Марка стали	Марка автомашин	Толщина проката, мм	Временное сопротивление в, кг/см^2	Предел текучести т, кг/см^2	Относительное удлинение, %
25ПС	ГАЗ-53	6,0	3800…5500	2800	24
08КП	ГАЗ-53	5,0	3300…4100	2000	35
12ГС	ГАЗ-53	4,0	4800…5400	3600	18
14Г2	ЗИЛ-130	–	4800…5600	3400…3800	18
30Т	ЗИЛ-130	6,4	5000	3600	18
19ХГС	МАЗ-200	8,0	6000…6500	4000…4500	16…18

Как уже было указано в предыдущем параграфе, рамы полуприцепов, тракторов и корпуса транспортных машин собираются исключительно с помощью сварки, что накладывает определенный отпечаток на выбор их материалов. Здесь преимущественно применяются углеродистые стали обыкновенного качества Ст3, Ст4, Ст5 и качественные углеродистые стали 0,8; 10; 15.

Несущие конструкции транспортных машин при движении по до­рогам и местности находятся в условиях воздействия переменных во времени нагрузок. Эти нагрузки могут приводить к образованию и развитию усталостных трещин в конструкции.

Характерными дефектами рам являются деформации лонжеронов и поперечин, повреждения кронштейнов, ослабление посадки заклепок в отверстиях, износ отверстий, трещины через отверстия и в сплошном металле. В зависимости от вида дефектов и их числа ремонт рам выполняют при полной или частичной разборке. Последний производят при наличии на них небольшого числа дефектов в виде ослабления заклепочных соединений, износа отверстий и трещин. Полную разборку рам осуществляют при наличии большого числа дефектов или значительных деформациях.

Режимы испытаний

Увеличение нагрузки Р при испытании на усталость дает очень высокий эффект, так как число циклов U_i нагружения до разрушения детали связано с нагрузкой Р_i, вызывающей это разрушение, степенной зависимостью. Таким образом, небольшое увеличение нагрузки Р_i вызывает значительное уменьшение числа циклов U_i .

При выборе режимов ускоренных испытаний необходимо принимать во внимание, что почти каждый процесс разрушения имеет свою критическую область, при переходе границы которой происходят качественные изменения в процессе. Режимы и методы ускоренных натурных испытаний следует выбирать так, чтобы эта критическая область не была достигнута и, следовательно, чтобы качественная сторона процесса разрушения осталась неизменной.

Режим испытаний при исследовании усталостной прочности обычно задается с сохранением постоянных напряжений на каждом заданном уровне. В процессе испытаний обеспечивается постоянство максимальных нагрузок или их амплитуд. Режим с соблюдением постоянных деформаций выбирают лишь в тех случаях, когда такой режим соответствует условиям работы детали в эксплуатации.

Наиболее простым способом проведения испытаний является способ нисходящих нагрузок. Характер изменения величин нагрузок (цикличность нагружения) при стендовых испытаниях выбирают наиболее близким к режиму нагружения детали в эксплуатации. Цикличность нагружения определяется амплитудой цикла _а (при кручении) или _а (при изгибе) и коэффициентом асимметрии цикла r (рис. 12):

или .

Рис. 12. Схемы циклов изменения напряжений:

a – r = -1; б – r = 0; в – r > 1

Цикл при среднем напряжении _m = 0 (рис. 12,а) и при r = -1 называют симметричным. Цикл при _min  0 и r  1 называют асимметричным (рис. 12,в).

Частный случай асимметричного цикла при _min = 0 и r = 0 (рис. 12,б) называют пульсирующим.

Выбрав цикличность нагружения с заданным коэффициентом асимметрии цикла r, ведут испытания деталей до разрушения. Затем строят кривую усталости, как функцию амплитуды цикла и числа циклов U до разрушения. При этом до разрушения испытывают некоторое определенное количество деталей, чтобы обеспечить необходимую достоверность результатов испытаний.

На рис. 13 приведены кривые усталости в общем виде, построенные в системах координат с равномерными шкалами по осям (рис. 13,а) и с логарифмическими (рис. 13,б).

Напряжение _r, соответствующее числу циклов U₀, называют пределом выносливости при данном коэффициенте асимметрии цикла r. Если испытание проводилось при симметричном цикле (r = -1), то предел выносливости обозначают _-1 (при кручении) или _-1 (при изгибе).

Рис. 13. Общий вид кривых усталости

Нагрузку на первую деталь при экспериментальном получении кривой усталости устанавливают такой, чтобы номинальное напряжение в основном ее сечении составляло 0,6…0,3 предела прочности _в при растяжении (или _в при кручении). Низший предел принимают для деталей, имеющих резкие концентраторы напряжений (проточки, резьбу и т.п.). При такой нагрузке разрушение детали наступает обычно при числе циклов, близком к 100000. Нагрузки на следующие детали последовательно уменьшают до тех пор, пока не будет достигнут тот уровень, при котором деталь не разрушится после 10млн циклов нагружений. Это число циклов нагружений U₀ (рис. 13) часто принимают за базу испытаний. Анализ большого количества результатов испытаний показал, что перегиб кривой усталости, как правило, наступает до этого пре­дела.

Затем уточняют значение предела выносливости, т.е. величину _max или _max (см. рис. 12), при которой не происходит усталостного разрушения после произвольно большого числа циклов нагружения. Для этого испытывают еще одну деталь при нагрузке, средней по величине между той, при которой не разрушилась предыдущая деталь, и той, при которой разрушилась последняя деталь. Предел выносливости считается установленным, если в последнем случае деталь не разрушится после 10 млн циклов нагружений, а разность нагрузки, вызвавшей разрушение, и нагрузки, при которой деталь не разрушилась, не превышает 5%.

Вследствие того, что между U_i и Р_i существует степенная зависимость, в зоне больших нагрузок их можно снижать более интенсивно, а вблизи предела выносливости – малыми ступенями. Так, например, при больших нагрузках, вызвавших разрушение в интервале 100…350 тыс. циклов, нагрузку можно снижать на 20%; в зоне циклов разрушения 350 тыс. и более нагрузку обычно снижают только на 10…12%.

Типовой технологический процесс ремонта рам с полной разборкой включает мойку, разборку на детали, дефектовку и сортировку деталей, их ремонт, сборку рамы, контроль качества сборки и окраску рамы.

Мойку, удаление старой краски и обезжиривание рам выполняют погружением их на 1...1,5 ч в ванну с щелочным раствором каустической соды (80...100 г/л при 80...90 С). Для удаления остатков моющего раствора раму промывают горячей водой. Разборку рамы на детали производят удалением заклепок высверливанием, выжиганием газовой резкой или срубанием головок заклепок пневмозубилом. Дефектовку и сортировку деталей рамы выполняют в соответствии с техническими требованиями на ремонт. Критериями для выбраковки балок являются: деформации балок, превышающие допустимые в ТУ на ремонт; наличие трещин при одновременном коррозионном разрушении поверхностей этих трещин. При наличии других дефектов балки ремонтируют.

Ремонт балок начинают с устранения их деформации в холодном состоянии правкой на прессе. Контроль при правке балок осуществляют линейками и шаблонами. При ремонте деталей рамы допускается заварка трещин или вырезка поврежденной части и приварка дополнительных ремонтных деталей (ДРД). Все сварные соединения выполняют встык или внахлестку при определенной последовательности наложения швов. При трещинах, проходящих через отверстия для заклепок крепления поперечин, вырезают поврежденный участок и приваривают ДРД, изготовленную из листовой стали Ст3. Сварку балок рам ведут электродом УОНИ13/45 диаметром 4 мм постоянным током 130...150 А. Сварочный шов и прилегающую к нему поверхность основного металла на ширине 20 мм очищают от шлака. Шов не должен возвышаться над поверхностью основного металла более чем на 2 мм. Сварочный шов и поверхность основного металла на расстоянии 3...4 мм по обе стороны от шва упрочняют наклепом пневматическим молотком. Изношенные отверстия заваривают и сверлят новые. Для предупреждения возникновения усталостных трещин кромки просверленных отверстий упрочняют раздачей шариком.

Сборку рам выполняют с использованием гидравлической клепальной установки. Установка для клепки рам (рис. 14) состоит из гидравлического привода, арматуры и скобы с силовой головкой. В корпусе установки расположены масляный бак, насос, реверсивный золотник с электромагнитами, реле давления и другие приборы. Шлангами насос соединен с силовой головкой на скобе, которая подвешивается к монорельсу через уравновешивающий механизм. Силовая головка имеет мультипликатор, повышающий давление с 14 до 100 МПа в рабочем цилиндре скобы. Контроль качества ремонта рамы заключается в проверке ее размеров и формы. Разница в длине диагоналей на отдельном участке рамы между двумя поперечинами не должна превышать 5 мм. Результаты измерений расстояний между лонжеронами рамы спереди и сзади не должны давать разницы более чем 4 мм. У собранной рамы отверстия в передних кронштейнах передних и задних рессор должны быть соосны. Скалки для кронштейнов передних рессор и для кронштейнов задних рессор должны одновременно проходить через отверстия правого и левого кронштейнов. Разность стрел прогиба лонжеронов по вертикали одной рамы не должна превышать 6 мм. Кривизна вертикальной стенки лонжерона допускается не более 2 мм на длине 1 м, а на всей длине – не более 10 мм.

Рис. 14. Установка для клепки рам:

1 – силовая головка; 2 – электродвигатель; 3 – корпус; 4 – пусковое устройство; 5 – шланги; 6 – скоба

Окраску рам в зависимости от производственной программы осуществляют пневматическим распылением или окунанием. При наличии производственных площадей и большой программе целесообразен второй способ, обеспечивающий полный прокрас рамы во всех местах, повышение производительности труда за счет использования подвесного конвейера. При небольшой программе окраски рам их загружают в ванны подъемниками.