CC BY
7
УДК 631.145.631.17
К вопросу надёжности сошников с полимерными бороздообразующими дисками
А.Х. Габаев, канд. техн. наук ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ
В процессе эксплуатации машины подвергаются различным эксплуатационным воздействиям, в результате чего изменяется их техническое состояние, что ухудшает их технико-экономические показатели, уменьшаются рабочие скорости, увеличивается тяговое сопротивление, снижается производительность. Основные причины снижения исходных характеристик - изменение геометрии в результате изнашивания. К внешним факторам, влияющим на надёжность, относятся: климатические условия, свойства почвы, уровень технического обслуживания и ремонта. К внутренним факторам, вызывающим изменение исходных характеристик, относят несовершенство конструкции (физико-механические свойства материалов, используемых для изготовления деталей), технологии их изготовления и ремонта. Надёжность изделия -обобщённое свойство, которое включает в себя понятия безотказности и долговечности. Существенное влияние на долговечность оказывают свойства почвы, особенно при работе в условиях повышенной засорённости камнями и пожнивными остатками. При работе в тяжёлых почвенно-климатических условиях в 1,5 - 3 раза увеличиваются нагрузки на рабочие органы сельскохозяйственных машин, возрастает число отказов. В статье приведены результаты исследования, посвящённого вопросам повышения надёжности и безотказности работы бороздообразующих рабочих органов посевных машин для условий повышенной влажности и засорённости пожнивными остатками почв. Время, необходимое для восстановления работоспособности, равно 0,45 час. для экспериментального бороздообразующего рабочего органа и 0,87 час. для серийного бороздоформирующего рабочего органа. Коэффициент готовности (стационарный) составил 0,995 для экспериментального и 0,990 для серийного бороздоформирующего устройства, исходя из чего можно сделать вывод о более высокой пригодности к ремонту экспериментального бороздоформирующего рабочего органа. Коэффициент готовности (нестационарный) показывает более высокую степень готовности к работе экспериментального бороздоформирующего рабочего органа по сравнению с серийным сошником.
Ключевые слова: почва, диск, сошник, борозда.
Вопросы надёжности непосредственно связаны с этапами проектирования, а именно с момента, когда формируется и обосновывается идея создания нового узла, заканчивая принятием решения о её списании. На каждом этапе решается определённая часть сложной задачи создания или модернизации машины или её узлов требуемой надёжности с наименьшими затратами времени и средств [1]. Заложенная ещё на стадии проектирования, степень надёжности изделия, как правило, сказывается в будущем на её эксплуатационных и экономических показателях, которые нередко вступают между собой в противоречие [2]. Каждое изделие характеризуется отдельными выходными параметрами - величинами, определяющими показатели качества данного изделия. Выходные параметры могут характеризовать самые разнообразные свойства изделия в зависимости от его назначения и технических требований, которые предъявляются. Это могут быть показатели точности функционирования, механические и прочностные характеристики, кинематические и динамические параметры, экономические показатели и др.
Изменение начальных свойств и состояния материала, из которого выполнено изделие, является первопричиной потери им работоспособности, так как эти изменения могут привести к повреждению изделия и к опасности возникновения отказа.
Чем глубже изучены закономерности, описывающие процессы изменения свойств и состояния
материалов, тем достовернее можно предсказать поведение изделия в данных условиях эксплуатации и обеспечить сохранение показателей надёжности в требуемых пределах [3].
Хотя для оценки надёжности, как правило, используются вероятностные характеристики, это не значит, что суждение о поведении изделия можно сделать лишь на основании статистических исследований. Наоборот, в основе потери машиной работоспособности всегда лежат физические закономерности, но в силу разнообразия и переменности действующих факторов эти зависимости приобретают вероятностный характер [4].
Цель исследования - установление необходимого и достаточного объёма испытаний деталей сельхозмашин при планировании их проверки на надёжность. Все варианты испытаний регламентируются заранее выбранным планом.
Результаты исследования. Каждую новую деталь или узел сельскохозяйственной машины разрабатывают на основе определённых агротехнических, эксплуатационных и экономических требований. Чтобы оценить, в какой мере машина отвечает этим требованиям, её подвергают испытаниям (лабораторным, полевым) по специальным программам для выявления деформации, напряжений, изгибающих и крутящих моментов, возникающих во время работы машины, знание которых необходимо для её совершенствования. Определить перечисленные величины теоретически не всегда возможно, так как неизвестно
влияние множества факторов на её надёжную работу. Кроме того, для деталей и узлов машины, имеющих сложную форму, существующие закономерности сопротивления материалов и теории упругости оказываются недостаточными, даже в том случае, когда известны нагрузки, действующие на эти детали.
Одним из принципов выбора износостойких материалов при проектировании является правило положительного градиента механических свойств материала по глубине.
На трение и износ полимерных материалов сильно влияют такие факторы, как условия на поверхности трения, агдезионное взаимодействие контактирующих поверхностей и др.
Структура полимерных материалов и поведение тонких поверхностных слоёв, в которых уже при формировании происходит ограничение подвижности молекулярных цепей и разрыхление упаковки макромолекул, оказывает решающее влияние на фрикционные свойства и износостойкость.
Структура поверхности значительно усложняется при применении наполненных полимеров, когда в тонких слоях происходит существенное изменение надмолекулярных структур, что приводит обычно к повышению износостойкости. Для полимерных материалов характерно также нахождение на поверхности адсорбционных слоёв различных веществ, которые оказывают заметное, но пока ещё мало изученное влияние на процесс трения и износа [5].
На тяговое сопротивление агрегата значительное влияние оказывает сила трения, зависящая от фрикционных свойств поверхностей рабочих органов почвообрабатывающей машины и почвы. Следовательно, в зависимости от прилагаемой к почвообрабатывающему орудию силы величина силы трения варьирует от нуля до своего предельного значения (0 < Fтp < Fтp.max). Своих предельных значений сила трения достигает при перемещении относительно друг друга рабочих поверхностей орудия и частиц почвы, скольжением [6].
Надёжность работы бороздообразующего рабочего органа зерновой сеялки определяется возможностью выполнения им заданных функций в течение определённого промежутка времени. Состояние бороздообразующих рабочих органов, при котором они в состоянии работать в пределах заданных значений агротехнических требований, называется работоспособным состоянием [7]. Нарушение данного положения или отказ получается в результате отказа какого-либо узла или детали части бороздообразующего рабочего органа, приводящее к неспособности его отвечать предъявляемым требованиям. Очевидно, что отказы, проявляющиеся у детали или узла в непредвиденные моменты, составляют простой
поток событий, подчиняющийся закону Пуассона, а продолжительность времени работы без поломки есть показательное распределение. Исходя из вышеизложенного способность изделия работать без ремонта можно определить по выражению:
Р(0 = е~и. (1)
Промежутки времени между поломками определяют среднее количество поломок за единицу времени, которое можно выразить следующей зависимостью:
Х = -1.
т0
(2)
Промежуток времени безотказной работы в таком случае можно выразить в следующем виде:
1
N
То = -Е т.
т ■ ,
(3)
I=1
Для придания работоспособности изделию после возникновения поломки требуется время, которое принято называть средним временем для восстановления, определяется из выражения:
1 т
■=— Еп.
(4)
т 1=1
Частоту ремонтов можно выразить следующим образом:
1
Ц = ". (5)
т
Чтобы оценить промежуток времени, в течение которого сохраняется рабочее состояние изделия, применяется коэффициент стационарной готовности, который можно выразить в следующем виде:
К =
т0
(6)
То + т X + ц То, на сколько изделие окажется в рабочем состоянии в определённый момент времени, выражают коэффициентом нестационарной готовности. Он определяется по выражению:
К ^) = К + ke-(X+ц)t. (7)
Надёжность работы бороздообразующего рабочего органа нами оценивалось средним объёмом работы, выполненной до возникновения неисправности, способностью непрерывной работы, количеством времени, требуемого для ремонта, и коэффициентом, определяющим готовность изделия к работе.
Суть процесса сводится к тому, что за время работы испытываемого бороздообразующего рабочего органа сеялки фиксировались моменты времени наступления отказов бороздообразую-щих рабочих органов и время, затрачиваемое для возврата в работоспособное состояние последних [8]. Объём выполненной работы до потери работоспособности считали по выражению (3). Способность сохранять работоспособность получили по формуле (1). Значение времени, необходимого для возврата работоспособности,
получили из соотношения (4). Коэффициенты готовности (стационарный и нестационарный) определяли по выражениям (6) и (7).
Исследование надёжности работы экспериментального бороздообразующего рабочего органа по сравнению с серийными сошниками показало, что за период наработки 90 час. у шести экспериментальных бороздообразующих рабочих органов произошло 3 отказа, в то время как у такого же количества серийных сошников произошло 5 отказов [9].
Выявлено, что отказы серийных двухдисковых сошников связаны с интенсивной залипаемо-стью рабочих поверхностей дисков при работе в условиях повышенной влажности почвы. Это стало причиной заедания дисков при вращении, а также затупления режущей части дисков, что требовало периодической их заточки [10, 11]. Отказы экспериментальных бороздообразующих рабочих органов в основном заключались в том, что гофрированный резиновый семяпровод отходил от делителя семян, а в некоторых случаях происходило забивание нижней части трубки делителя семян.
Вывод. Среднее время работы до возникновения неисправности составляет 190 час. для экспериментального бороздообразующего рабочего органа и 110 час. - для серийного дискового сошника. Таким образом, работоспособность экспериментального бороздообразующего рабочего органа получилась выше, чем серийного (рис. 1).
0 10 20 30 40 5 0 60 70 ВО 90
Наработка t, ч
Рис. 1 - Вероятность безотказной работы
бороздообразующих рабочих органов зерновой сеялки:
1 - экспериментальный образец;
2 - стандартный серийно выпускаемый сошник
Время, необходимое для восстановления работоспособности, равно 0,45 час. для экспериментального бороздообразующего рабочего органа и 0,87 час. для серийного бороздоформирующего рабочего органа. Коэффициент готовности (стационарный) составил 0,995 для экспериментального и 0,990 для серийного бо-роздоформирующего устройства, исходя из чего можно сделать вывод о более высокой пригодности к ремонту экспериментального бороздо-оформирующего рабочего органа. Коэффициент готовности (нестационарный) показывает более высокую степень готовности к работе экспериментального бороздоформирующего рабочего органа по сравнению с серийным сошником.
Литература
1. Каскулов М.Х. Габаев А.Х. Агротехническая оценка работы экспериментальной сеялки с фторопластовыми бороздообразующими накладками // Известия Кабардино-Балкарского государственного аграрного университета. 2015. № 1. С. 35 - 38.
2. Нам А.К., Габаев А.Х. Модернизация бороздообразующих рабочих органов посевных машин для работы в условиях повышенной влажности почв // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. СПб, 2016. N° 44. С. 277 - 281.
3. Хуснияров М.Х., Сунагатов М.Ф., Матвеев Д.С. Основы надёжности диагностики технических систем: учеб. пособие. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011. 128 с.
4. Лазута И.В. Диагностика и надёжность автоматизированных систем. Омск: СибАДИ, 2018.
5. Энциклопедия по машиностроению XXL [Электронный ресурс]. URL: https://mash-xxl.info/info/517948/
6. Габаев А.Х. Применение полимерных материалов в конструкции бороздообразующих рабочих органов посевных машин для работы в условиях повышенной влажности почвы // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 3 (77). С. 167 - 169.
7. Пат. 2511237 Российская Федерация, МПК7 А01С7/00. Устройство для посева семян зерновых культур / Каскулов М.Х., Габаев А.Х., Апажев А.К., Атмурзаев И.А., Гаев Ш.М., Те-шев А.Ш., Мишхожев В.Х.; заявитель и патентообладатель: Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия имени В.М. Кокова». № 2012153090/13; заявл. 07.12.2012; опубл. 10.04.2014. Бюл. № 10. 6 с.
8. Пат. 2631465 Российская Федерация, МПК7 А01С7/00. Устройство для посева семян зерновых культур в условиях повышенной влажности почвы рядовым и узкорядным способами / Каскулов М.Х., Габаев А.Х.; заявитель и патентообладатель: Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова». № 2016148797; заявл. 12.12.2016; опубл. 22.09.2017. Бюл. № 27. 5 с.
9. Хахов М.А., Каскулов М.Х. Исследование процесса работы ребристых катков посевной машины // Известия Кабардино-Балканского научного центра РАН. 2003. №1 (9). С. 31 - 34.
10. Бабаков В.Ф., Березук В.М. Основы грунтоведения и механики грунтов. М.: Высшая школа, 1986. 328 с.
11. Каскулов М.Х. Исследование и обоснование параметров сошников сеялок для работы на повышенных скоростях // Труды ВИСХОМ. 1973. Вып. 75. С. 118 - 122.
Габаев Алий Халисович, кандидат технических наук
ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В.М. Кокова» Россия, 360030, Кабардино-Балкарская Республика, г. Нальчик, пр. Ленина, 1 в E-mail: alii_gabaev@bk.ru
To the question of polymeric furrow-forming disk coulters functional reliability
Gabaev Aliy Halisovich, Candidate of Technical Sciences Kabardino-Balkarian State Agrarian University named after V.M. Kokova 1V Lenin Ave., Nalchik, Kabardino-Balkarian Republic, 360030, Russia E-mail: alii_gabaev@bk.ru
During operation, the machines are subjected to various operational influences, as a result of which their technical condition changes, which worsens their technical and economic indicators, operating speeds decrease, traction resistance increases, and productivity decreases. The main reasons for the decrease in the initial characteristics are a change in geometry as a result of wear. External factors affecting reliability include: climatic conditions, soil properties, level of maintenance and repair. Internal factors causing a change in the initial characteristics include imperfection of the structure (physicomechanical properties of the materials used for the manufacture of parts), technology for their manufacture and repair. Product reliability is a generalized property that includes the concepts of reliability and durability. Soil properties have a significant impact on longevity, especially when working in conditions of increased clogging with stones and crop residues. When working in difficult soil and climatic conditions, the load on the working bodies of agricultural machines increases by 1.5 to 3 times, the number of failures increases. The article presents the results of a study devoted to improving the reliability and reliability of the furrow-forming working bodies of sowing machines for conditions of high humidity and contamination with crop residues. The time required to restore health is 0.45 hours. for an experimental furrow-forming working body and 0.87 hours. for serial furrow-forming working body. The availability factor (stationary) was 0.995 for the experimental and 0.990 for the serial furrow-forming device, based on which we can conclude that the furrow-forming working body is more suitable for repair. The readiness coefficient (non-stationary) shows a higher degree of readiness for the work of the experimental furrow-forming working body in comparison with the serial opener.
Key words: soil; disk; opener; furrow.
-♦-
УДК 631.554 001.57
Разработка комбинированной системы очистки зернового вороха зерноуборочного комбайна
А.П. Ловчиков1, д-р техн. наук, профессор; А.О. Бжезовский1, аспирант;
З.В. Макаровская2, д-р техн. наук, профессор
1 ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ
2 ФГБОУ ВО Московский ГУПП
Исследование проведено с целью обоснования методического подхода к математическому моделированию сепарации зернового вороха при комбинированной очистке зерноуборочного комбайна. Исследование базируется на общелогическом методе и математическом анализе. В результате проведённого исследования установлено, что зерновой ворох на решётах очистки зерноуборочного комбайна можно рассматривать как многокомпонентную и многоскоростную смесь, которая характеризуется пористостью из-за #-го числа компонентов. Аналитические зависимости свидетельствуют о сложном характере движения компонентов в смеси зернового вороха, что необходимо учитывать как при разработке математической модели сепарации зернового вороха, так и в комбинированной системе очистки зерноуборочного комбайна.
Ключевые слова: зерноуборочный комбайн, очистка зернового вороха, комбинированная система, математическая модель сепарации.
Зерновой ворох, поступающий на воздушно-решётную очистку зерноуборочного комбайна, состоит из таких фракций, как зерновая масса, чешуйки колоса, измельчённые части колоса и стебля, внутри которого в качестве скелета присутствует технологический воздух [1 - 7]. При этом зерновой ворох очистки комбайна можно рассматривать как многокомпонентную и многоскоростную смесь, для которой характерна структура.
Исследование проводили с целью обоснования методического подхода к математическому моделированию сепарации зернового вороха при комбинированной очистке зерноуборочного комбайна. Исследование базируется на общелогическом методе и математическом анализе.
Результаты исследования. Поскольку зерновой ворох очистки зерноуборочного комбайна состоит из зерновой массы (полноценное, щуплое и дроблёное зерно), половы (остатки колоса и стебля) и технологического воздуха, его можно рассматривать как среду или смесь, состоящую из п - компоненты, в которой находятся зерновая масса / и поток технологического воздуха. Приведённая плотность /-й компоненты (/ = 1, 2... п), т.е. массу компоненты, приходящуюся на единицу объёма смеси, можно обозначить р,, а её истинную плотность - через . Тогда смесь (зерновой ворох) может быть описана уравнением, связывающим приведённую плотность р- с истинными плотностями компонентов:
