Характер изнашивания деталей подвески и буксирно-сцепного устройства
Подвеска соединяет раму или кузов с колесами автомобиля и состоит из упругих элементов, направляющих устройств и амортизаторов. Наибольшее распространение среди упругих элементов получили листовые рессоры. Они просты в изготовлении и удобны в ремонте, однако металлоемки и имеют ограниченный срок службы. Рессорные листы эксплуатируются в паре с кронштейнами или накладками (вкладышами) рессор в условиях отсутствия смазки и обильного абразива в зоне контакта между совершающими возвратно-поступательное скольжение трущимися поверхностями. В зависимости от неровностей дороги, характера движения автомобиля и его нагруженности скорость относительного перемещения листов достигает 0,05 м/с. Максимальное давление в зоне контакта составляет 400 МПа при частоте колебаний деталей около 1,5 Гд.
Основной причиной отказа подвески следует считать выход из строя пары: коренной лист — вкладыши (накладки) кронштейна рессоры. Листы рессоры приходят в негодность из-за разрушения в месте их крепления к накладке и абразивного износа скользящих концов коренных листов, работающих под опорами кронштейна.
Первопричиной поломки, по-видимому, являются процессы фреттинг-коррозии, вызванные микроперемещениями листов рессоры вследствие недостаточного закрепления болтов ее стремянки. После пробега автомобилем более 120 тыс. км наблюдается повышенный износ концов коренных листов и накладок (вкладышей) кронштейнов рессор, работающих с ними в контакте (рис. 4).
Рис. 4. Внешний вид изношенных деталей подвески грузового автомобиля:
1 — скользящий конец коренного листа рессоры; 2 — вкладыши кронштейна задней рессоры; 3 — палец ушка задней рессоры
Основной причиной изнашивания являются частицы дорожной пыли, находящиеся в контакте между трущимися поверхностями. Как правило, такое контактно-абразивное изнашивание состоит из двух стадий. На первом этапе абразивные зерна дорожной пыли защемляются между трущимися поверхностями коренного листа и вкладышей опоры рессорного кронштейна. В зависимости от размера и состава частиц, а также твердости деталей наблюдается разрушение абразивных зерен. Это происходит при контактных давлениях, превышающих 200 МПа — предел прочности кварцевого зерна. При разрушении округлого кварца образуются частицы с острыми ребрами и плоскими гранями, способные не только пластически деформировать, но и резать металл. Такие осколки в дальнейшем (вторая стадия) в зависимости от твердости сопрягаемых деталей могут шаржировать поверхность рессорного листа, закрепляясь в относительно мягких опорах кронштейна. В случае применения твердой (закаленной нагревом токами высокой частоты, цементированной или наплавленной твердыми сплавами) поверхности кронштейна может происходить дополнительное дробление абразивных зерен. Разрушающее воздействие абразивных частиц, растираемых между коренным листом и вкладышем кронштейна рессоры, сводится в конечном итоге к юявлению на металлических поверхностях цара- шн. При этом абразивный износ является результатом микрорезания трущихся поверхностей более вердыми частицами и усталостного разрушения микрообъемов поверхностных слоев.
Шарнирные сочленения подвески:палец — втулка ушка рессоры эксплуатируются в иных ус- товиях. Здесь предусмотрена смазка трущихся поверхностей солидолом С или УС-1. Однако обильное фисутствие абразива, знакопеременный случайный характер нагрузки, возвратно-вращательное движете втулки при вращении ее в ограниченных по углу юворота пределах приводят к преждевременному износу трущихся поверхностей. Максимальная интенсивность изнашивания этого сочленения достигает 0,2 мм на 10 тыс. км пробега автомобиля. Причем детали подлежат замене при достижении суммарного зазора в сочленении, равного 2,0 мм. Износостойкость таких сопряжений зависит от твердости деталей и их соотношения. Износ пальца (втулки) при определенном постоянном фиксированном значении его (ее) твердости уменьшается с увеличением твердости втулки (пальца), а минимальный износ пальца и втулки обеспечивается при максимальной твердости их рабочих поверхностей, вричем более твердая деталь всегда подвержена более интенсивному износу (частицы абразива, внедрясь в относительно мягкую деталь, закрепляются на ней и интенсивно изнашивают более твердую поверхность). При некоторых определенных соотношениях твердости поверхностей можно достичь одинаковой интенсивности износа каждой детали трущейся пары. Высокая износостойкость деталей и соединений в целом достигается не только при высоких абсолютных значениях твердости на двух со- гряженных поверхностях деталей пары, но и при высокой твердости одной из поверхностей при относительно низкой твердости другой.
Для обеспечения длительной непрерывной эксплуатации ОСТ 37.001.076—37.001.078—76 «Элементы листовых рессор автомобильного подвижного состава» предусматривает необходимость термической обработки пальцев до твердости не менее HRC 52, а втулок — до твердости не менее HRC 56 (при изготовлении их из стали).
Широкое распространение в трехосных автомобилях получила рессорная балансирная подвеска задних ведущих мостов. Они соединяются с кронштейнами рамы реактивными штангами, воспринимающими нагрузку от мостов, передающими на нее тяговые и тормозные усилия и обеспечивающие движение мостов относительно рамы. Каждый ведущий мост прикрепляется к кронштейнам рамы тремя штангами.
В зависимости от режима движения автомобиля и ровности дороги в реактивных штангах возникают значительные изгибающие напряжения. Так, по данным НАМИ, при торможении автомобиля КамАЗ-5511 до юза по неровной дороге величина наибольших напряжений превышает 250 МПа. Эти напряжения в трубах реактивных штанг обусловлены внецентренным действием осевых сил, колебаниями штанг и трением в их шарнирах. Его коэффициенты, равные 0,14—0,68, указывают на наличие в них сухого трения, вызванного недостаточной смазкой, присутствием в контакте абразивных частиц, воды и других загрязнений. Это предполагает интенсивное разрушение трущихся поверхностей деталей.
Наряду с повышенным износом шаровых шарниров на автомобилях МАЗ-6422 разрушаются опорные поверхности проушин кронштейнов крепления реактивных штанг под пальцами.
Повышенный износ деталей подвески приводит к нарушению соосности и позволяет осям свободно перемещаться в определенных пределах относительно друг друга, особенно под влиянием торможения или разгона. Часто износ достигает величины, приводящей к смещению осей до 3 мм в обоих направлениях. Характерно, что при остановке автомобиля оси стремятся занять правильное положение, затрудняющее обнаружение этих дефектов.
Основными отказами буксирно-сцепного устройства автомобилей являются: износ зева буксирного крюка и сцепной петли дышла (более 5 мм), срыв и смятие резьбы крюка, единичные случаи его поломки. Наибольшее количество отказов по буксирному крюку связано с износом зева (65,5 %), приводящее к увеличению ударных нагрузок, срыву резьбы и поломкам. Пара: буксирный крюк — петля дышла прицепа испытывает в эксплуатации ощутимые ударные нагрузки, максимальное значение которых при резком трогании с места может превысить 500 кН. Возвратно-вращательное движение в ограниченных по углу поворота пределах при больших контактных давлениях и трении без смазки (с абразивными частицами в контакте) приводит к изнашиванию трущихся поверхностей. Проведенные в БелНИТИАТе замеры износа буксирного крюка автомобилей МАЗ-500, -500А и петли дышла прицепов МАЗ-5245, -8926 позволили выявить, что при пробеге машпн до 20 тыс. км интенсивность изнашивания достигает 1,6х Ю'4 мм/км. После приработки (с увеличением зоны контакта крюка и петли) интенсивность изнашивания уменьшается и составляет в среднем 0,93Х 10~4 мм/км. При этом максимальный износ петли дышла прицепа наблюдается в вертикальной плоскости. Средняя интенсивность изнашивания петли составляет 0,79Х 10-4 мм/км.
В соответствии с техническими условиями максимальный износ буксирного крюка и петли дышла прицепа в эксплуатации не должен превышать 5 мм.
Средний ресурс крюка составляет 53,6 тыс. км, а петли 69,6 тыс. км, однако из-за недостатка этих деталей, поставляемых в запасные части, около трети буксирно-сцепных устройств подвижного состава эксплуатируется с износами, превышающими допустимые. Для обеспечения высокой работоспособности буксирного крюка в условиях эксплуатации (при переменных ударных нагрузках) необходимо сочетание поверхностной твердости и вязкости сердцевины деталей. При приложении максимального разрывного усилия крюк должен разгибаться, а буксирная петля вытягиваться. Разрушения в виде хрупкого излома не допускаются. Использование поверхностной закалки токами высокой частоты обеспечивает соблюдение ГОСТа 2349-75 и ресурса детали до 100 тыс. км. Однако в эксплуатации при резком приложении нагрузки наблюдались случаи хрупкого разрушения буксирных крюков. Поэтому обычно буксирные крюки отечественных автомобилей подвергаются только объемной закалке с последующим высоким отпуском.