CC BY
24
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 631.3.004.5
ДИСТАНЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РАБОЧИХ АГРЕГАТОВ ЗЕРНОУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ
И. М. Зябиров, канд. техн. наук, доцент; В. А. Мачнев, доктор техн. наук, профессор;
А. И. Зябиров, канд. техн. наук, доцент
ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА, Россия, e-mail: sha_penza@mail.ru
Приводятся результаты опытно-конструкторских и производственных испытаний разработанного макетного образца контрольно-диагностического прибора для оценки параметров технического состояния рабочих агрегатов зерноуборочных комбайнов в динамическом режиме.
Диагностирование радиального, осевого зазоров в подшипнике молотильного барабана молотилки осуществляется по параметрам вибрации согласно разработанной технологии. Внедрение данного прибора в систему средств технического обслуживания сельскохозяйственных комбайнов, а именно в комплект КИ-28065М ГОСНИТИ, позволит контролировать параметры технического состояния, не нарушая технологический процесс.
Ключевые слова: параметр, частота, амплитуда, контроль, диагностика, наработка, прогноз, управление.
Введение.
Эффективное использование современных зерноуборочных машин и достижение максимальной наработки на отказ возможно при наличии высококвалифицированных механизаторских кадров и развитой производственной инфраструктуры организаций. Для этого необходимо активное участие специалистов дилерских центров и заводов-изготовителей в техническом обслуживании, ремонте в гарантийный и послегарантийные периоды эксплуатации машин посредством современного ремонтно-обслуживающего, диагностического
оборудования [1, 2].
Выполненные нами исследования в условиях производственной эксплуатации зерноуборочных комбайнов показали, что большинство из них отвечают требованиям сельскохозяйственного производства по перечню технологических операций, качеству выполнения технологического процесса, величине потерь продукции, но есть серьёзные замечания по техническому уровню, надежности, расходу топливо-смазочных материалов, стоимости запасных частей,
ремонту, услугам. В связи с этим приобретают актуальность положения принятой «Концепции развития аграрной науки и научного обеспечения АПК России до 2025 года» [16], согласно которой сельский товаропроизводитель продовольственных ресурсов, как главное звено, должен получать максимальную прибыль от использования новой приобретенной машины, при этом другие участники (машиностроители, предприятия технического сервиса и др.) должны получать максимум разумной прибыли с минимальными издержками на единицу производимой продукции.
Методика производственных исследований.
Опыт организации ремонтно-обслужи-вающей базы технического сервиса зерноуборочных комбайнов отечественного и зарубежного производства в ООО «торговый дом «Подшипник», официального дилера ООО «Комбайновый завод «Рост-сельмаш», предусматривает прямое и активное участие в подготовке, повышении квалификации механизаторов, мастеров-наладчиков, обеспечении гарантийного
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 75
обслуживания машин, а также своевременную доставку запасных частей (в течение 10...24 часов), организацию круглосуточной работы передвижных агрегатов технического обслуживания на базе КИ-5979-ГОСНИТИ, КИ-5979.01-Г0СНИТИ, оснащенных необходимым контрольно-диагностическим оборудованием. Для обеспечения ответственности дилера следует отметить предлагаемый мониторинг параметров технического состояния рабочих агрегатов зерноуборочных комбайнов на участке предпродажного технического обслуживания предприятия с регистрацией номера машины, количественных значений показателей в контрольно-диагностической карте и компьютерной программе, которые в последующем будут использованы при анализе возникших отказов или неисправностей в условиях эксплуатации. Однако последняя линейка моделей зерноуборочных комбайнов «ACROS» отличается не только повышенной стоимостью, но и наличием блоков программно-информационного обеспечения по оценке работоспособности рабочих агрегатов молотилки, что определяет перспективу дополнения их в опции контроля параметров технического состояния, а также определения качества обмолачиваемой зерновой культуры.
Для оперативного контроля технического состояния зерноуборочных комбайнов на кафедре «Технический сервис машин» предлагается разработанный макетный образец контрольно-диагностического прибора ВИП-2М (ПГСХА), регистрирующий параметры радиального, осевого зазоров в подшипниках и дисбаланс молотильного барабана посредством виброакустического измерительного канала, при этом выбор диагностического параметра осуществлен на основании сопоставления рассматриваемой совокупности значений по одному или нескольким произвольно взятым показателям значений вибросигнала, измеренных с корпуса механизма.
В качестве первичного преобразователя в приборе используется пьезоэлектрический датчик ускорения Д-14. Измерительный сигнал с датчика, предварительно обработанный в блоках прибора, для измерения параметров виброускорения, виброскорости и виброперемещения сигнал интегрируется один и два раза, а после выпрямления, усреднения и согласования сигнал поступает на вход АЦП с последующим разделением пределов по амплитудным уровням.
Таким образом, на цифровом индикаторе прибора отображается среднее зна-
чение измеряемой амплитудной величины на выбранном пределе измерения, а также возможно подключение к персональному компьютеру (ПК) для разделения по частотной шкале.
Выбор коэффициента усиления программного усилителя устанавливыает предел измерения. Для получения действительной величины измеренного сигнала необходима его обработка мультиплексором после снятия с выхода одного из усилителей [3, 4].
Для исключения ошибок, вызванных смещением информации из-за флуктаций, влияющей на правильность принятия решения, предлагается методика формирования и анализа источников вибраций в измерительных блоках прибора по схеме К. В. Гоффа [5, 6].
Отличительной особенностью предлагаемой модели является статистическая независимость сигналов ХТ (Э) и У (Э), а также вид импульсных переходных функций линейных соединительных звеньев, распространяющихся в тонком металлическом корпусе. При распространении от источника до точки установки вибродатчика ХТ (Э) сигнал не искажается. В качестве ХТ (Э) принимается сигнал, зафиксированный с корпуса подшипника, а второй сигнал У (Э) фиксируется с корпуса молотилки [7, 8].
Сигнал на выходе Г (Э) имеет вид
Z (t) Y (t)
i 1
h (t T )x. (t t )dt
Y (t) h Тх Т (t T. )
i 1
i /4 i'
(1)
где мощность сигнала при этом будет равна
22 7 2 V X2. (2)
г г
г 1
Вкладом у-го источника на корпусе молотилки, определяемого при исключении остальных по мощности, будет иметь следующее значение:
Z2 h2X2
(3)
j "j"J
Согласно методу К. Ф. Гоффа, для оп-
2
ределения вклада Z необходимо изме-
j
рить среднеквадратический уровень б выходного сигнала и наибольшее значение взаимной корреляции Riz (т) между сигналами ХТ (t) и Z (t):
hB (t T )
Rz( ) „20/2,¿1/2- (4)
( Xi- Г ( z* )
n
Исследуем вклад /'-го источника через мощность его сигнала на корпусе молотилки и наибольшее значение коэффициента взаимной корреляции между сигналами в /м источнике (корпусе подшипника). Сумма вкладов всех источников определяется величиной У2, которая равняется мощности выходного сигнала:
i 1
R2 (T.) 1 Y2/Z2
iZ i
(5)
Учитывая высокую эксплуатационную надежность отечественных и зарубежных самоходных уборочных машин, для результатов диагноза будет достаточным принятие вероятности правильного решения о техническом состоянии узлов и агрегатов индикаторами «Норма» и «Больше нормы», определяемыми из выражений: а) «Норма»:
т23
2
P PH f2{m)dm
m
P
23
1
н 2 Г!-~exp 4 t
о(т ж ( )d T20(T )K ( )d
б) «Больше нормы»:
P6H=(1~PH)n[ n3(m)dm= m32
Ж 1
-1-PH) J I T cxip
r"322i n\(T-r)Kw(T)dr
2
-(m-m)
4T
T20(T-T)K^j)dT
где Рн - априорная вероятность поступления сигнала на датчик;
Т - время диагностирования при исследовании параметра «Больше нормы»;
т - измеренные значения по индикации диагностического прибора;
^(г) - корреляционная функция помехи;
/2(т) - математическое ожидание диагностического сигнала, отражающее состояние структурного параметра в режиме «Больше нормы»;
т-т2 - разность между математическими ожиданиями при параметрах «Норма», «Больше нормы»;
8 - функция Дирака;
С - импульсная переходная функция;
t'-Ti - импульсный период сигнала;
Y (0 - функция сигнала от источника;
X (0 - сигнал, сформированный вибродатчиком.
С точки зрения критерия, позволяющего оптимизировать решения методом последовательного анализа решения «Нор-
ма» - «Больше нормы», наиболее приемлемым для принятых условий технического диагностирования может быть критерий максимума выгоды В, определяемый выражением
В П R max , (8)
где П - ожидаемые затраты денежных средств при диагностировании рабочих агрегатов, руб;
R - риск принятого решения.
m.
Я C P 11 CHHPH
32
f2(m)dm Ce.e.(1 PH) /3(т)Нт
(m m2)2
-2-dm; (6)
dm (7)
m
32
H
, (9)
3
где Сш - затраты денежных средств при правильном принятии решения о состоянии структурного параметра «Норма», руб.; Сбб -затраты денежных средств от принятия правильного решения о состоянии структурного параметра «Больше нормы», руб.
Результаты исследований.
Для практической реализации нами предлагается вариант дистанционного наблюдения за техническим состоянием зерноуборочного комбайна, особенно в напряженный период использования, в частности за показателями датчиков, что позволяет оперативно оказывать помощь, повысить эффективность использования рабочего времени ремонтных рабочих, своевременно корректировать программу технического обслуживания. Наиболее эффективно для этих целей подходит GSM/GPRS связь. Главной ее особенностью является возможность постоянного подключения абонента к сети, т. е. наличие активного виртуального канала связи. На время передачи пакета данных абоненту предоставляется реальный (физический) радиоканал, который в остальное время используется для передачи пакетов других пользователей сети. Таким образом, абонент не занимает физический канал постоянно и поэтому платит только за трафик, а не за все время сеанса связи. В результате существенно снижается стоимость передачи мегабайта информации.
Для организации данного вида связи необходимо на стороне диагноста иметь персональный компьютер, имеющий подключение к интернету, и соответствующее программное обеспечение, формирующее базу данных о комбайне.
В конструкции комбайна в качестве устройства передачи данных можно использовать и обычный сотовый телефон (большинство современных аппаратов поддерживают услугу GPRS). При этом диагностический прибор должен быть со встроенным модулем Bluetooch. Однако более приемлемыми с точки зрения стои-
n
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 77
мости, эффективности и надежности работы являются специальные модемы, выполненные в виде встраиваемых модулей. Такой модем будет встроен в разрабатываемый диагностический прибор.
Встраиваемый модуль GSM/GPRS — это бескорпусной элемент (OEM-модуль), для функционирования которого необходимы дополнительные компоненты: средства электропитания цифрового и радиочастотного блоков, интерфейсы для связи с внешними устройствами, корпус, антенна и т. д. Основное достоинство встраиваемых модулей заключается в возможности их интеграции в проектируемый прибор.
Вывод.
По нашим многолетним наблюдениям, в системе технического обслуживания положительный экономический эффект от внедрения дистанционного контроля параметров технического состояния рабочих агрегатов зерноуборочных комбайнов для уборочных машин вызван снижением простоев на 8-10 %, сокращением расходов топливо-смазочных материалов на 6.8 %, увеличением межремонтных сроков на 68 %, повышением производительности машин на 8 %, уменьшением на 9.10 % затрат на ТО и ремонт.
Литература
1. Техническое руководство по контролю и регулировке зерноуборочных и кормоуборочных комбайнов с применением комплекта средств КИ-28120М-Г0СНИТИ. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. - 170 с.
2. Диагностика и техническое обслуживание машины / А. Д. Ананьин, В. М. Михлин, И. И. Га-битов и др. - М.: Академия, 2008. - 428 с.
3. Зябиров, И. М. Оценка эффективности технического диагностирования зерноуборочных комбайнов / И. М. Зябиров, В. И. Зябирова // Тракторы и сельхозмашины. - 2011. - № 1. - С. 50-52.
4. Зябиров, И. М. Техническое диагностирование рабочих агрегатов зерноуборочных комбайнов / И. М. Зябиров // Труды ГОСНИТИ- М.: ГОСНИТИ, 2007. - Т. 101. - С. 86-88.
5. Зябиров, И. М. Контроль параметров технического состояния вариаторов рабочих агрегатов зерноуборочных комбайнов / И. М. Зябиров // Нива Поволжья. - 2008. - № 1 - С. 21-25.
6. Артоболевский, И. И. Введение в акустическую динамику / И. И. Артоболевский, Ю. Н Боб-ровницкий. - М.: Наука, 1979. - 292 с.
7. Биргер, И. А. Техническая диагностика / И. А. Биргер. - М.: Машиностроение, 1978. - 238 с.
8. Пат. 138919 Российская Федерация, МПК A01D41/127 (2006.01). Устройство для контроля технического состояния молотильного барабана зерноуборочных комбайнов / И.М. Зябиров, А. И. Зябиров.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Пензенская ГСХА - № 2013106585; заявл. 14.02.2013; опубл. 27.03.2014, Бюл. № 9 (II ч.). - 3 с.
9. Пат. 2547468 Российская Федерация, МПК A01D41/127 (2006.01). Устройство для контроля технического состояния вариатора частоты вращения молотильного барабана зерноуборочного комбайна / И. М. Зябиров, А. И. Зябиров.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Пензенская ГСХА - № 2014114058/13; заявл. 09.04.2014; опубл. 10.04.2015, Бюл. № 12 (II ч.). - 3 с.
10. Скробач, В. Ф. Расчет оптимального состава и режимов работы машинно-тракторных агрегатов в механизированных поточных линиях / В. Ф. Скробач, А. С. Дмитриев. - Петрозаводск, 1972. - 210 с.
11. Барков, А. В. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации / А. В. Барков, Н. А. Баркова, А. Ю. Азовцев. - СПб: Изд. Центр СПбГМТУ, 2000. - 160 с.
12. Извозчиков, В. В. Методика поиска информации в информационной системе технического сервиса / В. В. Извозчиков, И. В. Матвейкина // Вестник Саратовского государственного аграрного университета. - Саратов, 2008. - № 1 - С. 33-35.
13. Рабион, Н. Д. Реализация каналов GSM/GPRS в беспроводных системах сбора и передачи информации сети и связи / Н. Д. Рабион // Сети и системы связи: журнал о компьютерах, телекоммуникационных технологиях. - М., 2006. - № 6. - С. 86-91.
14. Мачнев, В. А. Прогнозирование остаточного ресурса по результатам вибрационного диагностирования / В. А. Мачнев // Нива Поволжья. - 2012. - № 1. - С. 83-87.
15. Григорьев, А. В. Прогнозирование параметрической надежности узлов технологического оборудования по выходным параметрам точности / А. Г. Григорьев, В. А. Комаров // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2013. - № 8. - С. 51-53.
16. О Концепции развития аграрной науки и научного обеспечения АПК России до 2025 года [Электронный ресурс] Приказ Минсельхоза Рос. Федерации от 25.06.2007 № 342. - Доступ из справ.-правовой системы «Консультант-Плюс».
UDK 631.3.004.5
REMOTE CONTROL OF TECHNICAL PARAMETERS OF THE WORKING BODIES IN GRAIN COMBINE HARVESTERS
I. M. Zyabirov, candidate of technical sciences, assistant professor; V. A. Machnev, doctor of technical sciences, professor; A. I. Zyabirov, candidate of technical sciences, assistant professor
FSBEE HE Penza SAA, Russia, telephone; (8-8412) 62-85-17, e-mail: sha_penza@mail.ru
The article deals with the results of experimental and industrial tests of the developed prototype of control-diagnostic device to assess technical parameters of the working bodies in grain combine harvesters in dynamic mode.
The diagnosis of radial, axial clearances in the bearings of threshing drum in grain separator is carried out on the vibration parameters in accordance with the developed technology. The introduction of this device to the service system of agricultural harvesters, namely in the set of KI- 28065M GOSNITI, will enable the operator to control the parameters of the technical condition, without breaking technological process
Key words: parameter, frequency, amplitude, control, diagnostics, operating time, forecast, management.
References:
1. Technical manual to control and adjust combine and forage harvesters using set of tools KI-28120M-GOSNITI. - M,: FSSU «Rosinformagrotekh», 2005. - 170 p.
2. Diagnostics and maintenance of machines / A. D. Ananjin, V. M. Mikhlin, I. I. Gabitov et al. - M.: Akademiya, 2008. - 428 p.
3. Zyabirov, I. M. Evaluation of efficiency of technical diagnostics of grain combine harvesters / I.M. Zyabirov, V. I. Zyabirova // Tractory I selkhozmashiny. - 2011. - № 1. - P. 50-52.
4. Zyabirov, I. M. Technical diagnostics of operating units of grain combine harvesters / Zyabirov I. M. // Proceedings of GOSNITI, M.: GOSNITI, 2007. - Volume 101. - P. 86-88.
5. Zyabirov, I. M. Control of parameters of the technical condition of the variators of operating units of grain combine harvesters / I. M. Zyabirov // Niva Povolzhya. - 2008. - № 1 - P. 21-25.
6. Artobolevsky, I. I. Introduction to acoustic dynamics / I. I. Artobolevsky, Yu. N Bobrovnitsky. - M.: Nauka, 1979. - 292 p.
7. Birger, I. A. Technical diagnostics / I. A. Birger. - M.: Mashinostroyeniye, 1978. - 238 p.
8. Pat. 138919 Russian Federation, MPK A01D41/127 (2006.01). Device to control technical condition of the threshing drum in grain combine harvesters / Zyabirov I. M., Zabirov. A. I.; applicant and patent holder FSBEE HPT Penza state agricultural academy - No. 2013106585; Appl. 14.02.2013; publ. 27.03.2014, bull. № 9 (part II). - 3 p.
9. Pat. 2547468P0CCMMCKaa Federation, MPK A01D41/127 (2006.01). Device to control technical condition of the frequency variator of threshing drum in grain combine harvester / Zyabirov I. M., Zyabirov. A. I.; applicant and patent holder FSBEE HPT Penza state agricultural academy, No. 2014114058/13; Appl. 09.04.2014; publ. 10.04.2015, bull. № 12 (II h). - 3 p.
10. Skrobach, V. F. Calculation of optimal composition and operating modes of machine and tractor units in mechanized production lines / V.F. Skrobach, A. S. Dmitriyev. - Petrozavodsk, 1972. - 210 p.
11. Barkov, A. V. Monitoring and diagnostics of rotary machines by vibration / A. V. Barkov, N. A. Barkov, A. Yu. Azovtsev. - SPb: Publishing House. Center SPbGMTU, 2000. - 160 p.
12. Izvozchikov, V. V. Methodology of information search in the information system of technical service / V. V. Izvozchikov, I.V. Matveykina // Vestnik of Saratov state agrarian university. - Saratov, 2008. - № 1 - P. 33-35.
13. Rabion, N. D. Implementation of GSM/GPRS channels in wireless systems for the collection and transmission of information of network and communication / N. D. Rabion // Network and communication systems: journal about computers, telecommunication technologies. - M., 2006. - № 6. - P. 86-91.
14. Machnev, V. A. Forecasting of a residual resource according to the results of vibration diagnostics / V. A. Machnev // Niva Povolzhya. - 2012. - No. 1. - P. 83-87.
15. Grigoriyev, A. V. Prediction of parametric reliability of technological equipment for output precision parameters / A. G. Grigoriyev, V. A. Komarov // Tractory I selkhozmashiny. - 2013. - № 8. - P. 51 -53.
16. The concept of the development of agrarian science and scientific provision of agro-industrial complex of Russia up to 2025 [Electronic resource].: The Order Of The Ministry Of Agriculture Russian Federation dated from 25.06.2007 № 342. Access from information legal system «Consultant Plus».
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 79
