CC BY
26
УДК 631.054
ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА КОНТРОЛИРУЕМОГО ПАРАМЕТРА ВИБРАЦИИ
И. М. Зябиров, канд. техн. наук., доцент ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», тел. (8412) 625-579
В статье приводятся результаты опытно-конструкторских и производственных испытаний разработанного макетного образца контрольно-диагностического прибора для оценки параметров технического состояния рабочих агрегатов зерноуборочных комбайнов.
Ключевые слова: параметр, частота, амплитуда, контроль, диагностика, наработка, прогноз, управление.
Техническое состояние работающих агрегатов мобильных уборочных машин, например зерноуборочных комбайнов «Вектор», «АКРОС» и их зарубежных аналогов оценивают при техническом диагностировании, регистрируя амплитуду и частоту виброакустических сигналов, выраженные в размахе виброперемещения, средне-квадратического значения виброскорости, пикового значения виброускорения. Известно, что исполнительные механизмы молотилки в своем большинстве относятся к системам «Вал», «Ротор» расположенным на одном несущем корпусе. В спектральном отношении это объекты со сложным спектром вибрации, для анализа которых определяется амплитудно-частотная и пропорционально фазочастотная характеристика. Для уменьшения фазочастотных искажений в измерительный канал включаются корректирующие блоки и специаль-
ные фильтры, которые уменьшают погрешность измерения от 14 до 40 % [1].
Среднеквадратичные значения виброскорости, выбираемые в качестве контролируемого параметра, со сложным частотным спектром вибрации характеризуются изменением амплитуды различных гармонических составляющих, равной оборотной частоте, половине оборотной частоты, удвоенным или утроенным значениям, что определяет в данных случаях среднеквадратичный параметр как наиболее достоверный. Виброускорение характеризует силы, действующие в механизмах, что позволяет судить об их работоспособности (табл. 1).
Необходимо установить диапазон частот гармонической составляющей, изменение амплитуды которой связано с возникновением различного рода дефектов и структурных изменений параметров дета-
Таблица 1
Вибрационные признаки рабочих агрегатов молотилки
Источник вибрации Частота (относительно к раб. скорости вращения п) Амплитуда Примечание
Дисбаланс валов, молот. барабана,вентилятора, шнеков п*1 Радиальная стабильная Частая причина возникновения вибраций
Изгиб валов п*2 Осевая большая -//-
Повреждение подшипников качения от п*20 до п*50 Радиальная малая Контроль параметра виброскорости
Расцентровка валов п*2 Осевая большая Амплитуда в осевом направлении в 1,5 раза выше, чем амплитуда в радиальном направлении
Резонансные явления п*2 Осевая большая
Повреждение приводных ремней от пх1 до п*5 Радиальная нестабильная -//-
Ослабление соединений п*2 Радиальная малая Контролировать параметр виброскорости
Образование трещин в опорных элементах п*2 Радиальная неустойчивая Обнаруживается при балансировке
лей, сопряжений. Для этого случая выполняется ограничение диапазона частот сверху путем введения фильтра нижних частот. В противном случае высокочастотные вибрации могут значительно превзойти полезный сигнал от дефекта, вызывающего изменение амплитуды гармонических составляющих, лежащей в существенно более низкой области частот. Данное условие также устраняет резонансные свойства измерительного вибропреобразователя.
Исходя из теории и прикладных исследований вибрационного процесса, нами разработаны монтажная, структурная и электрическая схемы измерительного канала макетного образца контрольно-диагностического прибора с внутренним источником питания, позволяющие регистрировать параметры вибрации, сформированные рабочими агрегатами молотилки. При определенной их обработке они являются диагностическими (рис. 1).
Рис. 1. Общий вид диагностического прибора
Измеряемые величины и пределы измерения:
Перемещение 2000 мкм; 200 мкм; 20 мкм Скорость 200 мм/с; 20 мм/с; 2 мм/с Ускорение 20 м/с2; 2 м/с2; 0,2 м/с2
На первом этапе диагностирования, например, молотильного барабана (МБ) уборочной машины устанавливается режим функционирования измерительного канала прибора, это достигается включением двигателя внутреннего сгорания (ДВС) зерноуборочного комбайна до пдвс = 1000 мин-1, при этом рабочие агрегаты молотилки отключены. Вибропреобразователь Д-14 устанавливается на нижней части рамы корпуса машины посредством специального переходного устройства. Сформированный датчиком электрический сигнал усиливается, масштабируется, преобразуется в циф-
ровую форму с последующим включением на персональный компьютер (ПК), что позволяет визуально оценить сформированную амплитудно-частотную характеристику от действия вибраций ДВС.
На втором этапе исследований включаются рабочие агрегаты всей молотилки согласно технологическим режимам работы. Для определения радиального зазора в подшипнике молотильного барабана вибродатчик устанавливается на нижнем болту крепления подшипниковой опоры к корпусу молотилки. Оптимальные точки установки вибродатчика на корпусах механизмов, как наиболее информативные, были определены автором на более ранних этапах исследований виброакустического диагностирования зерноуборочных комбайнов.
Диагностический режим для механизма молотильного барабана соответствует значению пмб = 800 мин-1, который контролируется бортовым блоком контроля машины до установившейся частоты вращения.
Основной отличительной особенностью данного контрольно-диагностического комплекса является определение диагностических признаков у механизмов, регистрируемых как виброскорость, виброускорение и виброперемещение, характеризующие параметры вибрации. В нашем случае взят динамический процесс, который качественно отражает изменения технического состояния механизмов по амплитуде и частоте сигнала, что позволяет определить акустическую особенность вращательного движения каждого агрегата.
Форма записи амплитудно-частотного спектра с монитора ноутбука приведена на рисунке 2, где заложена акустическая картина процесса формирования полезной информации о техническом состоянии радиального, осевого зазоров в подшипнике и величина дисбаланса МБ, обработка которых выполнена на основе методов статистического моделирования, в частности по модели ДФЭ25-1, где основными воздействующими факторами были: частота вращения механизма, биение вала, значение дисбаланса, радиальный зазор в подшипнике, натяжение приводного ремня вариатора [2].
Наиболее информативная полоса частот для диагностирования технического состояния радиального зазора МБ определена в диапазоне 10... 1000 Гц, при соответствующей амплитуде виброакустического сигнала. Полученные результаты показали тесную связь диагностических и структурных параметров при оценке техни-
Рис. 2. Амплитудно-частотные характеристики вибрационного процесса, сформированные механизмом МБ
ческого состояния механизмов молотилки в системе планового технического обслуживания уборочных машин.
Учитывая важность положений ресурсного диагностирования, нами проведен анализ прогнозирования остаточного ресурса для подшипника молотильного барабана, что позволяет увеличить его безотказность в эксплуатации в 1,5 раза, при известной наработке до момента контроля и одном измерении значений.
В качестве примера был взят результат диагноза радиального зазора в подшипнике МБ зерноуборочного комбайна «АКРОС» в ТНВ «Пугачевское».
Изменение радиального зазора в подшипнике увеличивается в течение наработки и характеризуется выражением [4]
П (г) = П +и■га + 2(1)+В , (1) г н р
где П (1) - измеренное значение параметра;
Пн - номинальное значение параметра;
и - показатель скорости изменения параметра;
а - показатель степени функции изменения параметра;
1к - наработка до момента контроля;
7 (1) - случайная величина, возникающая в момент контроля, равная нулю;
йр - показатель, характеризующий приработку детали.
Отклонение параметра с увеличением наработки увеличивается:
и (г) = П (г) - П - В . г г н р
(2)
Остаточный ресурс находится из выражения.
а/1,5 " -1
гост
( ир_ Л
и(г)
(3)
где ир - предельное отклонение параметра, мм;
и - измеренное отклонение параметра, мм/
Пример.
В результате технического диагностирования радиального зазора подшипника качения МБ серии 680314НК7С17 зерноуборочного комбайна «АКРОС», выпуска 2007 г., заводской номер - 000151, средний ресурс которого по радиальному зазору составляет Тср=4000 мото-ч, получены следующие данные: предельный износ по параметру Пп=0,5 мм; показатель степени функции изнашивания подшипника а=1,5; при наработке до момента контроля 1к =920 мото-ч; номинальный параметр Пн=0,14 мм; измеренное значение параметра П ©=0,26 мм.
Определить остаточный ресурс по формуле (1).
Рис. 3. Номограмма для прогнозирования остаточного ресурса радиального зазора
в подшипнике МБ
Решение: В данном случае Пп >Пн, поэтому параметр увеличивается. Тогда
ы{1) = Щ) - П = 0,26-0,14 = 0,12 мм; н
и = П - П = 0,5 - 0,14 = 0,36 мм. р П н
По формуле (1) определяют:
0 36 ^1/1,5
0361 -1 = 858 мото-ч.
0,12 )
г = 920 1ост
Для практической реализации результатов диагноза предлагается наглядное представление прогнозируемого остаточного ресурса подшипника по радиальному зазору с использованием универсальной номограммы (рис. 3).
В верхней части номограммы вертикальную шкалу слева используют для определения предельного отклонения параметра ир = Пп - Пн. Правая вертикальная шкала отражает остаточный ресурс, имеет три шкалы, характеризующие величины ¿ост, 0,8 ¿ост и 0,7 ¿ост. Последнюю шкалу рекомендуется применять для особо ответственных узлов и агрегатов, ремонт которых после отказа сопряжен с большими простоями. Для менее ответственных узлов и агрегатов используют шкалу 0,8 ¿ост, для остальных применяют шкалу ¿ост.
В нижней части номограммы шкалы ¿ост/ 4 применяют при заданном значении показателя степени а, причем следует учитывать, что показатели увеличиваются справа налево.
При выполнении действий по номограмме необходимо принимать одни и те же единицы измерения параметра и наработки, полностью соответствующие порядку цифр на шкалах и линиях.
При известной наработке 1 от начала эксплуатации, когда радиальный зазор имел номинальное значение, последовательность определения остаточного ресурса ^с-г следующая: ир^и (1) (наклонные линии^^с-Д (шкала для заданного а)^1остЛ (верхняя шкала)^к (наклонные линии)^1ост.
Последовательность определения остаточного ресурса:
вычисляют изменение параметра к моменту контроля и ©=(П ©-Пн) (берут абсолютное значение без учета знака) и предельное изменение параметра ир=Пп-Пн;
отмечают на шкале ир верхней части номограммы на вертикальной шкале значение ир (точка А) в сотых, десятых долях или десятках единиц, проводят горизонталь АБ до наклонной линии, характеризующей значение и (1) в тех же единицах,
Таблица 2
Наименование и обозначение исходных данных
Исходные данные Обозначение Значение Источник получения данных
Значение параметра состояния в момент контроля П (1) 0,26 мм Показание диагностического прибора
Наработка машины от начала эксплуатации, когда параметр имел номинальное значение (мото-ч, кг топлива, усл. эт. га) 1к 960 мото-ч Показание счетчика моточасов или из технической документации
Наработка машины от предыдущего контроля параметра (мото-ч, кг топлива, усл. эт. га) 1« 240 мото-ч
Показатель степени функции изменения параметра а 1,5 Результаты сбора и обработки статистических данных и¡е и ^е
Номинальное значение параметра Пн 0,14 мм Технологическая документация
Предельное значение параметра Пп 0,5 мм
Значение параметра состояния при предыдущем контроле и (1) 0,12 мм Диагностическая карта, составленная при предыдущем контроле
затем опускают вертикаль БВ в нижнюю часть номограммы до шкалы, обозначенной заданным значением а;
определяют по шкале численное значение, соответствующее точке В, и переносят это значение на горизонтальную шкалу верхней части номограммы (точка В');
от точки В' опускают вертикаль В'Г до наклонной линии, характеризующей значение наработки 1 в тысячах, сотнях или десятках единиц, и затем проводят горизонталь ГД до шкалы ^с-г (правые верхние вертикальные шкалы). Соответствующее точке Д значение по шкале и есть искомый остаточный ресурс, он составляет более 850 мото-ч.
Результаты опытно-конструкторских и производственных испытаний позволили разработать и испытать контрольно-диагностический прибор с компьютерным программным обеспечением для оценки параметров технического состояния рабочих агрегатов зерноуборочных комбайнов в динамическом режиме, а также прогнозировать их остаточный ресурс и возможность управления их техническим состоянием в условиях эксплуатации.
Литература
1. Зябиров, И. М. Техническое диагностирование рабочих агрегатов зерноуборочных комбайнов / И. М. Зябиров - М.: Труды ГОСНИТИ 2007. Т. 101. - С. 86-88.
2. Зябиров, И. М. Контроль параметров технического состояния вариаторов рабочих агрегатов зерноуборочных комбайнов / И. М. Зябиров // Нива Поволжья. - 2008. -№ 1 - С. 21-25.
3. Биргер, И. А. Техническая диагностика / И. А. Биргер - М.: Машиностроение, 1978. - 238 с.
4. Ананьин, А. Д. Диагностика и техническое обслуживание машины / А. Д. Ананьин, В. М. Михлин, И. И. Габитов и др. -М.: Академия, 2008. - 428 с.
5. Мрачковская, А. Н. Оценка качества посевного материала / А. Н. Мрачковская // Аграрный вестник Урала (Курган).-2008. -№ 4. - С. 54-55.
6. Извозчиков, В. В. Методика поиска информации в информационной системе технического сервиса / В. В. Извозчиков, И. В. Матвейкина // Вестник Саратовского государственного аграрного университета. - 2008. - № 1. - С. 33-35.
