CC BY
8УДК 631.3:62-52:629.3.083.4
К ВОПРОСУ О ДИАГНОСТИРОВАНИИ МОБИЛЬНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
М.М. Ревякин, А.А. Жосан, С.И. Головин ФГБОУ ВО Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина
Аннотация. Возникновение отказов мобильных энергетических средств сельскохозяйственного назначения, в особенности техники, которая используется сезонно, приводит к увеличению материальных и временных затрат на их устранение и снижает надежность машин. Контроль диагностических параметров целесообразно осуществлять по как можно большему количеству систем, узлов и агрегатов технического объекта. Мониторинг технического состояния также необходимо осуществлять для приводов сельскохозяйственных машин. Представлены факторы, оказывающие влияние на ресурс клиноременной передачи, а также на показатели рабочего процесса ремня. Показано влияние очагового износа боковин и равномерного бокового износа ремня на проскальзывание. Диагностирование внутренних повреждений осуществляется при оценке колебаний ведущей ветви с помощью регистратора и датчика его перемещения. Представлены результаты спектрального анализа при различных величинах бокового износа и дефектных нитях корда ремня, а также схема функционирования системы диагностики с входными, производными и вычисляемыми диагностическими величинами. В качестве номинального значения параметра для системы диагностирования выступают начальные значения частот и амплитуд определенного ремня после завершения процесса обкатки.
Ключевые слова: диагностирование, ремень, проскальзывание, техническое состояние, эксплуатация, дефект
Введение. Качество и надежность техники, применяемой в сельском хозяйстве, является одним из основных факторов, от которого зависит своевременное и полное выполнение различных агротехнических работ, и, как следствие, повышение продовольственной безопасности страны. [1] Неудовлетворительный уровень надежности машин вынуждает руководителей агропромышленных предприятий тратить значительные средства на приобретение новой техники, формирование значительного фонда запасных частей, а также увеличивает суммарное время нахождения технических объектов в ремонте, что в совокупности увеличивает себестоимость сельскохозяйственной продукции. [4, 5]
Проблема обеспечения надежности и ресурса приводов сельскохозяйственных машин в последнее время приобретает особую остроту в связи с интенсификацией их развития по напряженности рабочего цикла, с целью улучшения характеристик по экономичности и массе. Это приводит к повышению стоимости сельскохозяйственной машины. Тенденции повышения стоимости привода машин во всем мире примерно одинаковы и составляют около 10 % за каждое пятилетие.
Основная часть. Основным типом привода сельскохозяйственной машины (зерноуборочного комбайна) является клиноременная передача и вариатор. Надежность передачи потока мощности и крутящего момента в таких механизмах и стабильность их работы напрямую зависят от состояния ремней, на снижение ресурса которых могут
оказывать влияние следующие факторы: аварийные перегрузки, частая эксплуатация при предельных рабочих нагрузках, повышенные внешние температуры, грязь, пыль, малые диаметры шкивов, расположение в ограниченном пространстве и перекрещивающиеся приводы, выполнение функций муфты.
В процессе эксплуатации ремень неизбежно получает различного рода повреждения, сказывающиеся на рабочем процессе, а в отдельных случаях приводящие к внезапному его прекращению и простою машины в целом, если, например, оборван ремень привода молотильного устройства. Преимущественно диагностирование таких отказов происходит уже по факту обрыва ремня, но в условиях интенсификации производства это недопустимо. Предупреждение внезапного отказа возможно в случае если по некоторым показателям работы ремня непрерывно диагностировать его состояние в процессе работы. [9] При регистрации отклонений показателей рабочего процесса, близких к критическим для данного типа ремня, это позволит заблаговременно произвести его замену при плановом ремонте, а не в полевых условиях.
К показателям рабочего процесса ремня можно отнести следующие факторы: температура ремня, колебания ведущей ветви, колебания холостой ветви ремня, проскальзывание ремня. Оценку его состояния проводят преимущественно визуально, что не всегда возможно из-за наличия закрывающих обзор кожухов и крышек. К тому же не исключается вероятность нахождения дефектного участка ремня в «слепой зоне» (например, в ручье шкива) на момент контроля его технического состояния.
Проведенными исследованиями установлены четкие взаимосвязи между различными повреждениями ремня и изменениями значений указанных выше параметров. Например, величина проскальзывания ремня заметно изменяется при прогрессирующем истирании боковин.
Рисунок 1 - Влияние изнашивания боковин ремня на проскальзывание Из рисунка 1 виден характер увеличения проскальзывания ремня при постепенном изнашивании его внешней поверхности. Однако, для оценки текущего состояния ремня прежде всего необходимо знать о его внутренних повреждениях, которые неизбежно накапливаются в течение эксплуатации, но не заметны даже при детальном осмотре передачи. Диагностировать такие повреждения можно при оценке колебаний ведущей ветви ремня. Для этого устанавливается регистратор в виде натяжного ролика с датчиком его перемещения. Частота колебаний и амплитуды отклонения ролика регистрируются, делается их спектральный анализ, на основе которого можно получать данные о текущей величине
крутящего момента, а также о наличии повреждений в самом ремне. При местном боковом износе увеличивается амплитуда колебаний натяжного ролика (рисунок 2), что объясняется следующим: боковой износ уменьшает ширину ремня, в результате чего дефектные места сильнее перегибаются через шкив. Эти изменения угла отклонения обуславливают и колебания крутящего момента. При дефекте на рабочей поверхности ремня наступает сбой в круговой развертке, причем повышается амплитуда собственных колебаний.
Рисунок 2 - Спектры Фурье колебаний натяжного ролика для различных величин
бокового износа
В процессе эксплуатации корд может повреждаться при экстремальных перегрузках, при неквалифицированном монтаже ремня, а также при прогрессирующем процессе бокового истирания и порывов ядра. При повреждении или расслоении корда изменяется жесткость ремня. Колебания жесткости обуславливают колебания частоты вращения, чье влияние на колебания натяжного ролика показано на рисунке 3.
Рисунок 3 - Спектры Фурье колебаний натяжного ролика после повреждения корда
ремня
Сравнение спектров свидетельствует о том, что большие изменения жесткости (шесть поврежденных нитей корда) имеют четкое влияние на колебательный процесс натяжного ролика. Три порванных нити корда не оказывают почти никакого влияния на спектр. Таким
образом, дефекты корда становятся очевидными только при их большом количестве.
Помимо этого ремень может иметь также усталостные повреждения в ядре, разрыв внешней оболочки, растяжение и т.п., что в свою очередь вызывает колебания различной частоты и проскальзывание. В качестве номинального значения параметра для систем диагностирования берутся начальные значения частот и амплитуд определенного ремня после завершения процесса обкатки. Учитывая, что объекты диагностирования схожего типа и конструкции имеют относительно близкие по своим значениям критические величины параметров технического состояния, фиксация факта приближения отказа возможна с достаточной точностью. [2]
На рисунке 4 представлена схема функционирования системы диагностики. С точки зрения формирования системы контроля технического состояния для ремней в качестве входных величин выступают: частота вращения п1, частота вращения п2 и отклонения х натяжного ролика; производные величины - буксование 5 и крутящий момент М; вычисляемые диагностические величины - проскальзывание при номинальном крутящем моменте , проскальзывание при 1,5-кратном от номинального крутящем моменте Яц и действующее значение перемещений натяжного ролика хе-д-.
Рисунок 4 - Функционирование системы диагностирования Для оценки действующих значений колебаний натяжного ролика такие параметры, как частота вращения и крутящий момент, не являются необходимыми, если диагностирование производится или повторяется в стационарных условиях. Если диагностирование производится не при постоянных эксплуатационных условиях, заданные величины необходимо определять в зависимости от частоты вращения и крутящего момента с помощью функций слежения в сравнении с реальными значениями.
Частота диагностических циклов определяется в основном скоростью, с которой происходит изнашивание. [7] Рисунок 5 показывает примеры для повременного проведения диагностических операций.
Рисунок 5 - Разграничение по времени диагностических мероприятий Колебания натяжного ролика при диагностики ремней не должны постоянно анализироваться. Измерительные циклы могут производиться со средними временными промежутками, например, при разворотах комбайна или при разгрузке зернового бункера. Проскальзывание необходимо отслеживать постоянно, так как данный параметр возможно использовать также для слежения за процессом обмолота.
Выводы. Для достижения оптимального экономического эффекта и определенного уровня качества диагностирования обособленное существование подобной системы будет не совсем оправдано. Поэтому расширение системных функций, их реализация на основе ряда технических устройств и датчиков как подсистема в непрерывной оценке технического состояния ременных передач сельскохозяйственных машин, а также интеграция в различные системы бортовой самодиагностики [3, 6] обеспечит своевременную фиксацию отклонений контролируемых диагностических параметров, уменьшит вероятность возникновения отказов и положительно скажется на надежности работы машины в процессе эксплуатации.
Список использованных источников:
1. Андреев О.П. Научные основы эффективного использования машинно-тракторных агрегатов. - М.: Автограф, 2020. - 115 с.
2. Жосан А.А. К вопросу развития средств диагностирования / А.А. Жосан, С.Н. Куликов, М.М. Ревякин // Труды ГОСНИТИ. - Москва, 2009. Т. 103. № 1. С. 47-48.
3. Жосан А.А. Топология построения систем самодиагностики: вариативность и оптимальность / А.А. Жосан, М.М. Ревякин // Вестник Орловского государственного аграрного университета. - Орел, 2011. Т. 29. № 2. С. 109-111.
4. Королев А.Е. Изменение технической готовности уборочных машин / А.Е. Королев // Наукосфера. - Смоленск, 2021. № 1-2. С. 89-93.
5. Павлюк Р.В. Повышение эффективности использования зерноуборочных комбайнов / Р.В. Павлюк, В С. Пьянов, А.Т. Лебедев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2010. - № 1. - С. 18-19.
6. Ревякин М.М. Применение системы эксплуатационной самодиагностики для обеспечения реализации заявленного ресурса дизелей / М.М. Ревякин // Технология колесных и гусеничных машин. - Москва, 2014. № 3. С. 35-43.
7. Фомичёв Е.В. Диагностирование как способ получения информации о техническом
состоянии сельскохозяйственных машин и повышения их надежности / Е.В. Фомичёв, М.М. Ревякин // Агротехника и энергообеспечение. - Орел, 2014. № 1 (1). С. 356-361.
8. Харахашян С.М. Диагностирование зерноуборочного комбайна по внешним признакам отказов / С.М. Харахашян, В.П. Димитров, К.Л. Хубиян // Вестник Донского государственного технического университета. - Ростов-на-Дону, 2010. № 3(46). С. 355-363.
Максим Михайлович Ревякин, кандидат технических наук, доцент, revyakinmm@inbox.ru, Россия, Орел, ФГБОУ ВО Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина
Артур Александрович Жосан, кандидат технических наук, доцент, a-josan@yandex.ru, Россия, Орел, ФГБОУ ВО Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина
Сергей Иванович Головин, кандидат технических наук, доцент, golovinsi@yandex.ru, Россия, Орел, ФГБОУ ВО Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина
TO THE QUESTION OF DIAGNOSING MOBILE ENERGETIC MEANS FOR
AGRICULTURAL PURPOSE
Revyakin M.M., Josan A.A., Golovin S.I.
Abstact The occurrence of failures of mobile energy facilities for agricultural purposes, especially equipment that is used seasonally, leads to an increase in the material and time costs for their elimination and reduces the reliability of machines. It is advisable to monitor diagnostic parameters for as many systems, units and assemblies of a technical object as possible. Condition monitoring is also necessary for agricultural machinery drives. The factors influencing the resource of the V-belt transmission, as well as the performance of the belt are presented. The influence of focal wear of the sidewalls and uniform lateral wear of the belt on slipping is shown. Diagnosis of internal damage is carried out by assessing the vibrations of the leading branch using a recorder and a sensor of its displacement. The results of spectral analysis at various values of lateral wear and defective cords of a belt, as well as a diagram of the functioning of the diagnostic system with input, derivative and calculated diagnostic values are presented. The initial values of frequencies and amplitudes of a certain belt after the completion of the running process are used as the nominal value of the parameter for the diagnostic system.
Key words: diagnosis, belt, slippage, technical condition, operation, defect
Revyakin M.M., Candidate of Technical Sciences, revyakinmm@inbox.ru, Russia, Orel, Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin"
Josan A.A., Candidate of Technical Sciences, a-josan@yandex.ru, Russia, Orel, Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin"
Golovin S.I., Candidate of Technical Sciences, golovinsi@yandex.ru, Russia, Orel, Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin"
