CC BY
3
Вестник Курганской ГСХА № 4, 2012
Инженерно-техническое обеспечение
сельского хозяйства
59
УДК 631.3.004.67:620.179.18
И. И. Манило, С. Г. Тютрин, А. А. Городских, С. В. Герасимов, А. С. Клочков
МОДУЛЬ МОНИТОРИНГА НАГРУЖЕННОСТИ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ СЕЛЬХОЗМАШИН С ПОМОЩЬЮ АЛЮМИНИЕВОЙ ФОЛЬГИ
ФГБОУ ВПО «Курганская государственная сельскохозяйственная академия имени Т. С. Мальцева»
ФГБОУ ВПО «Курганский государственный университет»
I. I. Manilo, S. G. Tyutrin, A. A.Gorodskikh, S. V. Gerasimov, A. S. Klochkov THE MODULE OF MONITORING OF LOADING OF BEARING ELEMENTS IN AGRICULTURAL
MACHINES BY MEANS OF THE ALUMINIUM FOIL Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education «Kurgan State Agricultural Academy by T. S. Maltsev» Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education «Kurgan State University»
Показан принцип действия и возможности использования алюминиевой фольги в качестве технического средства диагностики и мониторинга прочности несушдх элементов сельхозмашин. Предложена комплектация диагностического модуля, обе-спечиваюшая изготовление и применение датчиков из фольги в условиях ремонтно-технических предприятий и ремонтных мастерских различных отраслей АПК.
Ключевые слова: диагностический модуль, датчик усталостного повреждения, алюминиевая фольга, мониторинг.
The principle of action and possibility of use of an aluminum foil as a technical tool of diagnostics and monitoring of durability of bearing elements of agricultural machines is shown. The complete set of the diagnostic module providing production and use of sensors from a foil in the conditions of the technical repair enterprises and repair shops of various branches of agrarian and industrial complex is offered.
Keywords: diagnostic module, sensor of fatigue damage, aluminum foil, monitoring.
Иван Иванович Манило
Ivan Ivanovich Manilo доктор технических наук, профессор Россия, 641300, Курганская область, Кетовский район, с. Лесниково, КГСХА E-mail: [email protected]
Сергей Геннадьевич Тютрин
Sergey Gennadyevich Tyutrin кандидат технических наук, доцент Россия, 640022, г. Курган, ул. Гоголя, 151, кв. 209
E-mail: [email protected]
Андрей Андреевич Городских
Andrey Andreevich Gorodskih аспирант Россия, 641300, Курганская область, Кетовский район, с. Лесниково, КГСХА E-mail: [email protected]
Степан Васильевич Герасимов
Stepan Vasilyevich Gerasimov аспирант Россия, 641300, Курганская область, Кетовский район, с. Лесниково, КГСХА E-mail: rectorat@mail. ksaa.zaural.ru
Александр Сергеевич Клочков
Aleksandr Sergeevich Klochkov аспирант Россия, 641300, Курганская область, Кетовский район, с. Лесниково, КГСХА E-mail: rectorat@mail. ksaa.zaural.ru
Введение. Многолетняя проблема нехватки средств на техническое перевооружение в сельском хозяйстве решается увеличением (за счет капитальных ремонтов и модернизации) фактических полных сроков службы основных видов мобильной техники в 1,8-2 раза от амортизационных сроков [1, 2, 3]. Это приводит к возрастанию доли отказов несущих конструкций (рам, кронштейнов, стоек) сельхозмашин, материал которых в таких условиях работает за пре-
делами установленного ресурса усталости по числу циклов нагружений.
Контроль появления усталостных трещин в настоящее время решается с помощью ультразвукового, электромагнитного и других методов контроля. Однако такие методы и технические средства для их реализации не нашли массового и повсеместного применения не только в ремонтных мастерских, но и в специализированных ремонтно-технических пред-
Научный журнал
Вестник Курганской ГСХА
приятиях различных отраслей АПК. Эти методы констатируют факт появления трещин (хотя и на раннем этапе), но не позволяют прогнозировать их появление.
В то же время, еще до появления электрических и электронных датчиков контроля фактического уровня циклической нагруженности деталей были известны простейшие средства контроля, в том числе и датчики усталостного повреждения из алюминиевой фольги (W. G. Fricke), которые прикреплялись к исследуемой конструкции и испытывали вместе с ней циклические деформации. В связи с тем, что определение изменений их физико-механических состояний и замеры были чрезвычайно затруднительными, предпочтение было отдано более дорогим и сложным устройствам, которые были проще и удобнее в применении [4].
Методика. Проведены исследования [5, 6], направленные на упрощение способа контроля состояния алюминиевой фольги, обеспечение необходимой точности при обязательном сохранении простоты и доступности метода. Целью исследований являлось установление возможности применения данного метода к широкому применению на практике.
Результаты. В числе новых решений рассматривались предложения [7] об использовании: алюминиевой фольги промышленного производства в мягком состоянии, с высокой степенью чистоты (фольга для конденсаторов), перфорированной фольги; метода вихревых токов для снятия показаний с фольги.
Исходя из большого разнообразия финансового и организационно-технического состояния сельхозтоваропроизводителей, было признано целесообразным сделать комплектацию модуля многовариантной. Стоимость комплекта, в значительной части, определяется стоимостью используемого прибора для оценки состояния датчика. В простейшем случае это может быть лупа. Может быть использован инструментальный микроскоп МПБ-3 с 25-ти и 50-ти кратным увеличением. Туба микроскопа закрепляется в штативе на магнитном креплении, что обеспечивает проведение контроля в трудно досягаемых местах. Для обследования датчиков на плоских контролируемых поверхностях хорошие результаты дает применение недорогого цифрового микроскопа JJ-Optics Digital Lab Mobile USB, который обеспечивает увеличение до 108х (в том числе оптическое до 27х), имеет карту памяти и возможность подключе-
ния к компьютеру. Последнее позволяет более объективно оценивать появление усталостных трещин при коллективном обсуждении результатов исследования. Большие потенциальные возможности имеет метод оценки состояния датчиков с помощью вихревых токов [7, 8]. А наличие одновременно всех указанных средств повышает надежность получаемых результатов.
Кроме указанных приборов контроля базовая комплектация диагностического набора должна включать в себя инструментарий для изготовления датчиков. Это: фольга, клей, ацетон, вата, полиэтиленовая лента, металлическая линейка, ножницы и лезвия, паста алмазная (для полировки поверхности датчика), набор сверл и штампов для перфорации фольги. Руководство по применению и справочные материалы (предпочтительно - на CD) также должны быть в составе такого комплекта.
Ввиду того, что существует множество ответственных узлов и деталей сельхозмашин и орудий (например, рамы плугов), где размах циклических напряжений и частота их возникновения невелики, целесообразно включить в состав диагностического комплекта умножители деформации с разным коэффициентом умножения, аналогичные описанным в работе [9].
Отработка практических вопросов применения алюминиевой фольги в качестве простейшего средства мониторинга прочности конструкций орудий сельхозмашин была проведена в сезоне полевых работ 2010 года при обследовании рам плугов ПНЛ-8-40 в Кетовском районе Курганской области [10, 11].
Выводы. Разработан модуль мониторинга нагруженности деталей сельхозмашин, в котором в качестве технического средства диагностики и мониторинга прочности использована алюминиевая фольга. По результатам лабораторных исследований и эксплуатации обоснована комплектация диагностического модуля. Предложенный модуль, обеспечивая удовлетворительные показатели по оценке долговечности деталей, отличается простотой в изготовлении и применении, доступностью, может найти широкое применение при техническом обслуживании и ремонте сельскохозяйственной техники в условиях ремонтно-технических предприятий и ремонтных мастерских хозяйств.
№ 4, 2012
Инженерно-техническое обеспечение
сельского хозяйства
61
Вестник Курганской ГСХА
Список литературы
1 Халфин М. А., Хисметов Н. З. Дифференцированные сроки службы машин // Достижения науки и техники АПК, 2003. - № 11. - С. 29-33.
2 Халфин М. А., Хисметов Н. З. О сроках службы машин // Тракторы и сельхозмашины. - 2003. -№ 12. - С. 5-8.
3 Халфин М. А. Новые нормативы на техническую эксплуатацию машин, используемых за амортизационными сроками службы / М. А. Халфин и др. // Научные проблемы и перспективы развития ремонта, обслуживания машин, восстановления деталей: материалы Международной науч.-практ. конференции.- М.: Изд-во ГНУ ГОСНИТИ, 2003.
4 Harting, D. R. The - S/N - Fatigue-life Gage: A Direct Means of Measuring Cumulative Fatigue Damage // Experimental Mechanics, 1966. V. 6. № 2. P. 19A-24A.
5 Манило И. И., Тютрин С. Г. Основные положения по применению металлопокрытий при использовании МТП // Материалы XLIX международной научно-технической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству». Ч. 2. Челябинск: ЧГАА, 2010. - С. 208-212.
6 Тютрин С. Г. Техническая диагностика металлическими покрытиями: монография. - Курган:
Изд-во Курганского гос. ун-та, 2007. - 143 с.
7 Тютрин С. Г. Применение металлических покрытий для управления надежностью машин: Технологические рекомендации. - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2011. - 86 с.
8 Tyutrin S.G., Gerasimov V.Ya. Evaluating machinepart loads by eddy-current monitoring of metallic coatings // Russian Engineering Research, 2008. Vol. 28. No. 4. Р. 311-312.
9 Умножитель деформации для датчика усталостного повреждения / В. Т. Трощенко, С. Г. Орлов, В. И. Бойко, А. Н. Куксин // Проблемы прочности. - 1987. - № 8. - С. 115-119.
10 Манило И. И., Тютрин С. Г. Тенденции развития усталостных датчиков и перспективы применения их при ремонте и эксплуатации сельхозтехники // Тракторы и сельхозмашины. - 2011. - № 7. - С. 48-51.
11 Соловьев Р. Ю., Манило И. И., Тютрин С. Г. Проблемы оценки прочности рам плугов при эксплуатации и ремонте // Материалы L международной научно-практической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству»/ Под ред. д-ра тех. наук, проф. Н. С. Сергеева. - Челябинск: ЧГАА, 2011. - Ч. IV. - С. 70-73.
