CC BY
59
СТОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ РЕМЕННЫХ И ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ. ИНЕРЦИОННЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ МОЩНОСТИ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В РЕМЕННЫХ И ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧАХ
Егоров Алексей Васильевич
канд. техн. наук, доцент МарГТУ, г. Йошкар-Ола
E-maile: gorov@marstu. net Козлов Константин Эдуардович
аспирант, МарГТУ, г. Йошкар-Ола E-maile: konstantin. edward@yandex. ru
METHODS OF DETERMINING THE FAULT IN THE CHAIN AND BELTING. THE INERTIAL METHOD FOR ESTIMATING THE POWER OF MECHANICAL LOSSES IN THE BELT AND CHAIN GEARS
Aleksey Egorov
Candidate. Technical. , Associate Professor of Mari State Technical University,
Yoshkar-Ola Konstantin Kozlov Postgraduate, Yoshkar-Ola
АННОТАЦИЯ
Инерционный метод оценки мощности потерь в ременных или цепных передачах с параллельным расположением ведущих и ведомых валов позволяет оценить влияние отдельных факторов на энергоэффективность работы ременной и цепной передач в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов работы.
ABSTRACT
The inertial method for estimating the power losses in the belt or chain gear with the parallel arrangement of input and output shafts allows to evaluate the influence of individual factors on the efficiency of belt and chain transmissions in a wide range of speed and load modes.
Ключевые слова: инерционный метод; ременные передачи; цепные передачи.
Keywords: the inertial method; belt gear; chain gear.
Цепи и ремни в машинах и механизмах, как правило, работают в условиях резко изменяющихся (пульсирующих) нагрузок, которые обусловлены, например, работой клапанов. При этом нагрузка, действующая на цепь или ремень, повышается с увеличением оборотов звездочки или шкива, что негативно влияет на их ориентацию друг относительно друга, которая должна быть строго определенной [3, с. 25]. Повреждения ременных и цепных передач приводят к потерям мощности, увеличению расхода топлива и, в случае отказа, могут стать причиной выхода оборудования из строя. Оценка их состояния является важной и достаточно проблематичной задачей. Традиционные методы диагностики основываются, как правило, на чисто визуальной оценке. Главным преимуществом традиционных методов является небольшой период времени, необходимый для проведения измерений. Основным недостатком данных методов является их субъективность и, как следствие, низкая точность, они не отвечают требованиям, предъявляемым к диагностике состояния современных машин. Такой способ оценки состояния машин неперспективен.
В настоящее время техническое состояние машин и механизмов определяют в основном контрольно-измерительными приборами, инструментами и приспособлениями.
Среди наиболее перспективных методов диагностики цепных и ременных передач, не требующих их демонтажа и получивших наибольшее распространение, являются виброакустический метод, метод лазерной диагностики, метод определения кинематической погрешности и метод регистрации тепловых параметров. Однако данные методы не лишены недостатков, которые затрудняют процесс выявления неисправностей диагностируемого элемента.
Важным преимуществом виброакустической диагностики перед другими методами контроля является то, что он реагирует только на развивающиеся, действительно опасные дефекты. Но, следует отметить, что к аппаратуре для анализа вибраций предъявляются высокие требования. Основной недостаток данного метода как средства контроля — отсутствие
надежных методов разделения полезных сигналов и сигналов помех, порождаемых различными элементами контролируемой системы.
Метод лазерной диагностики. Метод контроля состояния элементов двигателя при помощи лазерного оборудования используется для выравнивания ременных и цепных передач, что позволяет проводить выверку положения шкивов. Основным недостатком метода лазерной диагностики является значительные финансовые затраты на приобретение необходимого оборудования.
Кинематическую погрешность оценивают по результатам измерения колебаний частоты вращения за один оборот диагностируемой передачи. Достоинством рассмотренного метода является применение упрощенной аппаратуры, но перед ее использованием необходимо произвести соответствующее исследование, при котором должна быть использована сложная аппаратура, с целью определения информационных частот. Ограничение анализируемой информации приводит к сужению возможностей метода. Кроме того, еще одним недостатком метода является тот факт, что определение погрешности может производиться при работе подразобранного агрегата на скоростях в пределе до 0,03 с-1 и без нагрузки, что позволяет использовать его только для приремонтного диагностирования.
Основным недостатком теплового метода контроля является дороговизна необходимого оборудования и зависимость точности выявления дефекта от режима работы привода.
Таким образом, можно заключить, что существующие способы контроля наряду с достоинствами обладают рядом недостатков: не позволяют достоверно определять техническое состояние ременных и цепных передач, ограничены в своем применении, требуют значительных финансовых затрат.
На основе стендового, бестормозного метода определения момента инерции вращающихся масс двигателей вращательного действия, включая двигатели внутреннего сгорания, также возможна реализация инерционного метода оценки мощности потерь в ременных или цепных передачах с
параллельным расположением ведущих и ведомых валов, включая оценку мощности механических потерь натяжного механизма.
Рис.1. Схема ременной передачи.
Рассмотрим элементарную ременную передачу (рис. 1). Предположим, что
момент инерции ведущего шкива (радиусом r1) равен J1, а момент инерции
ведомого шкива (радиусом r2) равен J2, расстояние между осями шкивов равно
а. Определим моменты инерции тех частей ремня, которые обхватывают
ведущий и ведомый шкивы относительно осей вращения соответствующих
шкивов. Для этого определим значение угла в:
В r2 - r
— = arctg—-L,
2 a
где a = 180 - / - угол обхвата ведущего шкива; g= 180 + 3 - угол обхвата ведомого шкива.
С учетом толщины ремня h длина окружности обхвата ведущего и ведомого шкивов по средней линии ремня соответственно:
¡2 =a(r + -2) li =a(r + -2)
Зная удельную массу единицы длины ремня m и расстояние от средней линии ремня до оси вращения соответствующего шкива, определяем значения момента инерции охватывающего соответствующий шкив части ремня.
Момент инерции части ремня, охватывающей ведущий и ведомый шкивы, относительно оси его вращения соответственно:
3Р1 = т/^ + ^)2 и JP2 = т/2(Г2 + 2)2
Общая длина ремня равна Ь.
Запишем закон сохранения механической энергии для ременной передачи, имеющей прямой привод от электрического двигателя:
•4р) = (JP + '^мпэд+ J1 + + Jр1 + +(J2 + + ^р2) ^Г1 + Е1 + Ек2,
где Jпp0 - приведенный к оси вращения ротора электрического двигателя
момент инерции всех вращающихся масс всего ременного привода, отключенного от потребителя мощности.
Jp - момент инерции ротора электрического двигателя, определенный методом
крутильных колебаний (ГОСТ 7217-87) с учетом момента инерции внутренних колец подшипников качения.
Jмпэд - приведенный к оси вращения ротора электрического двигателя момент инерции механических потерь в подшипниках качения электрического двигателя.
Jмп1 и Jмп2 - приведенные к оси вращения ротора электрического двигателя моменты инерции механических потерь в опорах ведущего и ведомого шкивов соответственно.
Jпрм - приведенный к оси вращения ротора электрического двигателя момент
инерции потерь при работе ременной передачи (потери на внутренне трение в ремне и в паре ремень-шкивы, потери на деформации изгиба, потери от сопротивления воздуха движению ремня и шкивов).
г г Ь - /1 - /2 (аж\ )2
Ек1 = Ек2 =-^—— т-—- кинетическая энергия ведущей и ведомой
частей ремня соответственно.
Приведенный к оси ротора электрического двигателя момент инерции ременного привода:
2
Г 2
3пр0 = ^р + -^мпэд+ А + /мп1 + Jр1 + Зпрм) + (^2 + ^мп2 + Jр2)^2 + (Ь -11-12 )т1
г2
Аналогично разработанному ранее методу стендового бестормозного определения момента инерции вращающихся масс двигателей вращательного действия измеряем динамику угловых ускорений £о ременного привода на холостом ходу или под нагрузкой. Крутящий момент, развиваемый ротором электрического двигателя при этом определится как:
М = J пр оео
Затем, например, на приводной вал ведущего шкива устанавливаем тело, обладающее эталонным моментом инерции Jэ. Тогда приведенный к оси
вращения ротора электрического двигателя момент инерции составит:
2
Г 2
•1пр\ = (Ар + -1мпэд+ А + •1мп\ + р1 + •1прм + -1э) + (А + мп2 + Jр2)^> +(Ь-К -/2)тг1
г2
Крутящий момент, развиваемый ротором электрического двигателя при этом определится как:
М = Jпр1е1 = Jпр 0е1 + Jпрэе1
Приравнивая два последних выражения для крутящего момента определяем приведенный момент инерции потерь при работе ременной передачи:
1д 0 ='
Jy£l
0 С1
Приравнивая правые части выражений для определения Jпр 0 определяем
приведенный к оси вращения ротора электрического двигателя момент инерции потерь при работе ременной передачи:
= :1Э£\
ипрм
¿0 -е1
1 2 Jp + ^^мпэд+ А + + Jр1 +(J2 + Jмт12 + JP2)^2
+(Ь-/1 -/2)т1
Таким образом, используя тела с эталонным моментом инерции можно оценивать влияние отдельных факторов на энергоэффективность работы ременной и цепной передачи в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов работы.
Инерционность нагрузки нагрузочного режима может быть оценена путем последовательного бестормозного определения эффективного момента инерции вращающихся масс приводного электрического двигателя и бестормозного определения эффективного момента инерции нагрузки относительно эффективного момента инерции приводного электрического двигателя.
Список литературы:
1. Драган, А. В. Диагностика зубчатых передач и механизмов по кинематическим параметрам//Вестник Брест. гос. техн. ун-та. - 2001.— № 4. — С. 2—6.
2. Егоров, А. В. Бездемонтажные испытания ДВС мобильных машин на базе энергетического способа определения момента инерции его вращающихся масс / А. В. Егоров, К. Э. Козлов // Тракторы и сельхозмашины. — 2009. — № 8. — С. 26—28
3. Корнейчук Ю. А. Повышение ресурса цепного привода распределительного вала судового малооборотного дизеля в условиях эксплуатации: дис. ... канд. техн. наук. - Владивосток, 2009. - С. 18—36.
