CC BY
21
УДК 631.358.681 DOI 10.24411/2078-1318-2018-14270
Канд. техн. наук Э.УЛЖАЕВ (ТашГТУ)
Доктор техн. наук А.Д. АБДАЗИМОВ (ТашГТУ, anvarabazimov95996@gmail .com) Ст. преподаватель У.М. УБАЙДУЛЛАЕВ
(ТашГТУ)
МЕТОДИКА ДИАГНОСТИКИ ВЕРОЯТНОСТИ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ
ХЛОПКОУБОРОЧНОЙ МАШИНЫ
Диагностика надёжности работы изделия оценивается вероятностью соответствия параметров контролируемого объекта эталонным значениям. Надежность работы контролируемых узлов оценивается вероятностью их безотказной работы - состояние большинства систем контроля, управления объектами считаются удовлетворительными, если вероятности их безотказной работы находятся в пределах 0,95-1,0, и наоборот. Известно также, что для оценки вероятности безотказной работы системы, узлов можно применять: ориентировочные, предварительные и окончательные расчеты надежности их работы [1, 2, 3]. Однако для проведения диагностики состояния контролируемых объектов в динамике, то есть в текущее время, нет необходимости проведения изнурительной работы по расчетам многочисленных вариантов.
Серийно производимая в Республики Узбекистан полунавесная на трактор вертикально-шпиндельная хлопкоуборочная машина (ХУМ) МХ-1,8 [4] состоит из двух уборочных аппаратов (УА) и двух пневмотранспортных систем с вентиляторами. В каждом УА имеются четыре шпиндельных барабана и шесть щеточных съёмных барабанов (съемников), привод УА, и вентиляторы от ВОМ трактора через раздаточный редуктор и другие узлы и системы.
Цель исследования - методика диагностики вероятности безотказной работы хлопкоуборочной машины. Диагностику работы узлов и систем можно проводить, оценивая соответствие наиболее важных выбранных технологических параметров установленным эталонным значениям (нормам). Применительно к ХУМ МХ-1,8 таковыми являются скорости вращения шпинделей, вентиляторов, ВОМ, съемных барабанов.
Материалы, методы и объекты исследования. В данной работе, исходя из вышесказанного, предлагается проводить диагностику работы ХУМ по трем основным параметрам - скоростям вращения шпинделей, вентиляторов и съемных барабанов, обеспечивающим требуемые качественные показатели технологического процесса работы ХУМ.
При этом за исходные данные для проведения диагностики работы ХУМ выбраны:
I. Комплекты шпинделей со следующими параметрами:
1. Количество контролируемых шпинделей - Кш=6.
2. Количество датчиков контроля скоростей вращения шпинделей - Кдш=6.
3. Максимальное количество импульсов, формируемых на выходе каждого датчика контроля: Пш=4 (при нормальном вращении одного шпинделя).
4. Минимальное количество импульсов, формируемых на выходе каждого датчика контроля Пш=0 (при не нормальном вращении шпинделя).
II. Комплекты вентиляторов со следующими параметрами:
1. Количество вентиляторов - N=2.
2. Количество датчиков контроля скорости вращения вентиляторов - N в=2.
3. Максимальное количество импульсов, формируемых в одном обороте одного вентилятора- n в=1.
4. Минимальное количество импульсов, формируемых в одном обороте одного вентилятора- nв=0.
III. Комплекты съемников со следующими параметрами:
1. Количество съемников в одном аппарате - N0 = 6.
2. Количество датчиков контроля скоростей вращения съемников - N0=6 шт.
3. Максимальное количество импульсов, формируемых на выходе одного датчика контроля съемника: Пс=1.
4. Минимальное количество импульсов, формируемых на выходе одного датчика контроля съемника: Пс=0.
Результаты исследвоания.
Проведем синтез диагностики состояния шпинделей. Анализ возможности диагноза, удовлетворительного и неудовлетворительного состояния шпинделей по скорости их вращения показал, что для правильной оценки их состояния необходимо определить общее количество нормально (удовлетворительно) и ненормально (неудовлетворительно) вращающихся (не вращающихся) шпинделей и определить, с какой вероятностью вращаются эти шпиндели. При этом можно условно принять, если количество вращающихся шпинделей составляет выше 95% от общего числа шпинделей, - за удовлетворительное состояние, и наоборот, если количество вращающихся шпинделей составляет ниже 95% от общего числа шпинделей, - за неудовлетворительное состояние.
Таким образом, если шпиндели вращаются с вероятностью 95%, - удовлетворяющие условия эксплуатации, то принимаем, что это соответствует диагнозу удовлетворительного состояния и наоборот, если ниже 95%, то соответствует неудовлетворяющим условиям эксплуатации, что соответствует диагнозу неудовлетворительного состояния.
Проведём диагностику состояния шпинделей, согласно заданным исходным данным.
Согласно приведенным исходным данным, количество контролируемых шпинделей: Nш=6; количество контролируемых датчиков: ^=6. При нормальной работе шести шпинделей максимальное количество формируемых импульсов на выходах 6 датчиков будут: п од=6х4=24.
Принимая значения максимальной вероятности диагностики Р(1;)=1, можно составить таблицу соответствия вероятности состояния 6 вращающихся шпинделей от суммарного количества импульсов, формируемых 6 датчиками (табл. 1). При этом примем за удовлетворительное состояние количество нормально вращающихся шпинделей (95%) от общего количества шпинделей.
Таблица 1. Вероятности безотказной работы шпинделей по скорости их вращения
№ п/п Общее число импульсов (скорости вращения) Вероятность безотказной работы шести шпинделей Р(1) Тип диагноза
1 24 1 удовлет.
2 23 0,95 удовлет.
3 22 0,91 удовлет.
4 21 0,875 удовлет.
5 20 0,833 удовлет.
6 19 0,792 удовлет.
7 18 0,75 удовлет.
8 17 0,718 неудовлет.
9 16 0,666 неудовлет.
10 15 0,625 неудовлет.
11 14 0,583 неудовлет.
12 13 0,542 неудовлет.
13 12 0,5 неудовлет.
14 11 0,458 неудовлет.
15 10 0,416 неудовлет.
25 0 0 неудовлет.
Расчет показал, что удовлетворительным состояниям шпинделей соответствует не менее 23 импульсов - это 95% от общего числа (24) импульсов. График зависимости вероятности безотказной работы шпинделей по скорости их вращения приведен на рис.1.
Проведём синтез диагностики рабочего состояния съемных барабанов. Анализ возможности диагноза удовлетворительного и неудовлетворительного состояния (вращения) съемников показал, что здесь в отличие от способа оценки вращения шпинделей надо исходить из того, что съемники жестко установлены вокруг вращающегося шпиндельного барабана. При этом при нормальном вращении съемников на выходе датчика формируется один импульс (логический сигнал «1»), а если съемники не вращаются, то на выходе датчика будет отсутствовать импульс (формируется логический сигнал «0»). Если из шести съемников один не вращается, то хлопок будет падать на землю, увеличиваются потери урожая. Такое состояние соответствует неудовлетворительному, при этом требуется остановить ХУМ и устранить причины неисправностей. Таким образом, диагнозу удовлетворительного состояния съемников соответствует 100% вращение съемочных барабанов.
1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 О
О 5 10 15 20 25 30
Рис.1. Зависимость вероятности безотказной работы шпинделей от (среднего) количества вращающихся шпинделей (числа импульсов)
Если хотя бы один съемник не вращается, такое состояние съемочных барабанов соответствует диагнозу неудовлетворительного состояния. Соответствия вероятности безотказной работы съемников от скорости их вращения приведены в табл. 2. График, характеризующий зависимости вероятности безотказной работы (диагностики состояния) съемников от скорости их вращения, приведен на рис.2.
Таблица 2. Вероятность безотказной работы съемников по их скорости вращения
№ п/п Общее число импульсов (скорости вращения),пс Вероятность безотказной работы съемников Р(Г) Состояния диагноза
1 6 1 удовлет.
2 5 0 неудовлет
3 4 0 неудовлет
4 3 0 неудовлет
5 2 0 неудовлет
6 1 0 неудовлет
7 0 0 неудовлет.
Ш
_Ш__
и?-
Рис. 2. Зависимость вероятности безотказной работы съемников по скорости их вращения
Аналогичным образом можно проводить анализ диагностики рабочего состояния вентиляторов пневмотранспортной системы.
Для автоматизации контроля и диагностики состояния ХУМ по выбранным технологическим параметрам составим формализованные диагностические функции согласно булевой алгебры логики.
Формализованное представление диагностических функций (математических моделей) технологических параметров ХУМ в виде булевой алгебры
1. Проведем синтез диагностическую функцию для оценки состояния группы шпинделей
Напомним, что количество шпинделей Кш=6, Птах - максимальное количество формируется п убш=6х4=24 импульсов. Критерий удовлетворительного состояния шпинделей находится в интервале 23<Р уш, что составляет 0,95<Р уш. Тогда критерии неудовлетворительного состояния шпинделей находятся в интервале Рн<23.
Тогда, согласно [5, 6], диагностическую функцию (математическую модель), отражающую удовлетворительное состояние скоростей вращения шести шпинделей, можно представить следующей булевой функцией в дизъюнктивной нормальной форме:
РуЬт = /1ш(Х1 V Х2 V ХЗ V Х4) V /гш(ХТ V Х2УХЗУ Х4) V /Зш (XI V Х2 V ХЗ V Х4) V У/4ш(Х1 V Х2 V ХЗ V Х4) Ь%Ш(Х1 V Х2 V ХЗ V ~Х4) 1'%Ш(Х1 УХ2УХЗУ Х4) (1)
Тогда, вероятности неудовлетворительного состояния комплекта (шести) шпинделей можно диагностировать следующей булевой функцией в дизъюнктивной нормальной форме:
рнст = Аш(Х1 У Х2У ХЗ V Х4) V Г2Ш(Х1 V Х2 V ХЗ V Х4) V /Эш(Х1 V Х2 V ХЗ V Х4) V
К/4ш(Ж VХ2 V ХЗ V Х4) У/5ш(XI V Х2 V ХЗ V Х4) У/6т(Х1 V Х2 V ХЗ V ^4} (2)
2. Проведем синтез диагностическую функцию (математической модели) для оценки состояния двух вентиляторов
Исходя из вышеописанного, можно описать вероятности диагностики единственного удовлетворительного состояния скоростей вращения двух вентиляторов следующей булевой функцией в конъюнктивной нормальной форме:
Диагноз возможных неудовлетворительных состояний вентиляторов можно описать следующими булевыми функциями в конъюнктивной нормальной форме:
Рщу2* =/*,(*)*/*(*)= О,
Рау2в = А«(*)Л /bW = (3)
3. Проведем синтез диагностическую функцию для оценки состояния группы съемников
Вероятность диагностики единственного удовлетворительного состояния скорости вращения шести съемников описывается следующей булевой функцией:
Ру2г = fie GO Л AeW Л А: С1) Л А: GO Л Ас GO Л Ac GO - (4)
Таким образом, критерий диагностики удовлетворительного состояния съемников равен. p(t)=1, т.е. все шесть съемников должны нормально вращаться. Вероятность диагностики возможных неудовлетворительных состояний скоростей вращения шести съемников в конъюнктивной нормальной форме можно описать следующей булевой функцией:
Рн в cl = fie (*) Л Аг GO Л Ав С1) Л А: GO Л Ас (Ф Ас GO-^н в cil = fie (*) л Ac GO лАе(*)лАг GO Л Ас GO л Ас (*)>
= Ac GO л Ac W л А: С1) Ас M л Ac GO ■
Обобщая вышеописанные диагностические функции отдельных технологических параметров ХУМ, можно написать математические модели, оценивающие удовлетворительное или неудовлетворительное состояние объекта ХУМ.
Математическую модель оценивающую единственного удовлетворительного состояния ХУМ по его трём параметрам можно написать в следующей единственной конъюнктивной булевой функцией:
РЗуЗ = РуЬш.00 Л fy2x W Л fySc 00 (6)
Математические модели, оценивающие неудовлетворительное состояние объектов (ХУМ) по его трём параметрам, можно написать в виде следующей системы уравнений, описываемых конъюнктивными булевыми функциями:
^нЗ = ЮЛ РН2Е GOл Р*6сGO
Л.З =
Подставляя значения х = 0; х = 1 в (7), легко можно убедиться в соответствии значения булевых функций удовлетворительному или неудовлетворительному состоянию. Алгоритм приема и обработки информации о состоянииХУМ приведен на рис.3.
Начало
I
7
Нп=6; Пш=4; £N,^=24; ^=2; Пв=2; N==6; Пс=6; Т=1сек; Нл=10об; перш10=?;псрс10=?; Псрв=?; Рсш=?; Рсс=?; Рсв=?; РуХУм®=?; РхуХУм©=?;
Вернем данных из датчиков контроля скоростей вращения: шпинделей (пш); съемников (Пс) и вентиляторов (пв); шпиндельного барабана (щ) и их обработка
Вероятность безотказной работы шпинделей соответствует норме?Р©>0,95;
Да
Нет
Формирование сигнала удовлетворительное состояние Р(1)>0,95
Вероятность безотказной работы съемников соответствует норме? Р(1=1)>0,95;
дТ
Формирование сигнала удовлетворительное состояние Р(1)>0,95
1
Формирование сигнала неудовлетворительное состояние Р(1)<0,95
1
Нет
Формирование сигнала неудовлетворительное состояние Р(1)<0,95
Вероятность безотказной работы вентиляторов соответствует норме? Р(И)>0,95;
дТ
Формирование сигнала удовлетворительное состояние Р(1)>0,95
Нет
Формирование сигнала состояние ХУМ удовлетворительным
1
Формирование сигнала неудовлетворительное состояние Р(1)<0,95
1
Нет
1 г
Формирование сигнала состояние ХУМ неудовлетворительным
Рис.3. Алгоритм оценки состояния ХУМ
Выводы. Согласно предложенной методики синтеза можно успешно оценить и провести диагностику текущего состояния контролируемых технологических параметров или обшего состояния как подвижных, так и стационарных объектов и сделать вывод о возможности продолжения или остановки их работы. Предложенный способ контроля и диагностики даёт возможность повысить качество сбора хлопка- сырца, повысить производительность машины и продлить срок её службы.
Литература
1. Смелик В.А. Критерии оценки и методы обеспечения технологической надежности сельскохозяйственных агрегатов с учетом вероятностной природы условий их работы: дис... доктора технических наук / СПбГАУ. - СПб., 1999. - 704 с.
2. Смелик В.А. Технологическая надежность сельскохозяйственных агрегатов и средства ее обеспечения: монография. - Ярославль, 1999. - 230 с.
3. Смелик В.А. Технологическая надежность сельскохозяйственных агрегатов с учетом вероятностных условий работы // Известия Международной академии аграрного образования. - 2012. - Вып. №14. - Том 1. - С. 298-304.
4. Абдазимов А.Д., Улжаев Э., Убайдуллаев У.М., Омонов Н.Н. Основы автоматизации контроля и управления технологическими параметрами хлопкоуборочных машин. -Ташкент: ТашГТУ, 2014. -164 с.
5. Биргер И.А. Техническая диагностика. - М.: Машинострение, 1978. - 240 с.
6. Uljayev E., Ubaydullaev U.M. Diagnostic device for air flow speed variation in pneumatic chamber of cotton pickers .Ninth World Conference "Intelligent Systems for Industrial Automation", WCIS-2016, 25-27 October 2016, Tashkent, Uzbekistan.
Literatur а
1. Smelik V.A. Kriterii ocenki i metody obespecheniya tekhnologicheskoj nadezhnosti sel'skohozyajstvennyh agregatov s uchetom veroyatnostnoj prirody uslovij ih raboty: dis... doktora tekhnicheskih nauk / SPbGAU. - SPb., 1999. - 704 s.
2. Smelik V.A. Tekhnologicheskaya nadezhnost' sel'skohozyajstvennyh agregatov i sredstva ee obespecheniya: monografiya. - YAroslavl', 1999. - 230 s.
3. Smelik V.A. Tekhnologicheskaya nadezhnost' sel'skohozyajstvennyh agregatov s uchetom veroyatnostnyh uslovij raboty // Izvestiya Mezhdunarodnoj akademii agrarnogo obrazovaniya. -2012. - Vyp. №14. - Tom 1. - S. 298-304.
4. Abdazimov A.D., Ulzhaev EH., Ubajdullaev U.M., Omonov N.N. Osnovy avtomatizacii kontrolya i upravleniya tekhnologicheskimi parametrami hlopkouborochnyh mashin. - Tashkent: TashGTU, 2014. -164 s.
5. Birger I.A. Tekhnicheskaya diagnostika. - M.: Mashinostrenie, 1978. - 240 s.
6. Uljayev E., Ubaydullaev U.M. Diagnostic device for air flow speed variation in pneumatic chamber of cotton pickers .Ninth World Conference "Intelligent Systems for Industrial Automation", WCIS-2016, 25-27 October 2016, Tashkent, Uzbekistan.
