CC BY
60
УДК 631.3.004.67
ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ТРАНСМИССИИ ТРАКТОРОВ ХТЗ-150К КАК ОБЪЕКТА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
В.А. Войтов, профессор, д.т.н., П.Н. Климов, аспирант, С.А. Шевченко, к.т.н., С.Ю. Ярохно, аспирант, ХНТУСХ
Аннотация. Выполнена параметрическая идентификация трансмиссии трактора, как объекта диагностирования. Получены расчетные зависимости, позволяющие по результатам измерения виброускорения определить остаточный ресурс агрегатов трансмиссии.
Ключевые слова: вибродиагностирование, трансмиссия трактора, параметрическая идентификация, ресурс, уровень виброускорения, предельно-допустимые уровни виброускорения.
Введение
Трансмиссию колесного трактора ХТЗ -150К можно представить в виде некоторой системы, состоящей из ряда подсистем. К таким подсистемам, выполняющим самостоятельные функции, относятся, прежде всего, коробка передач, раздаточная коробка, карданные валы и главные передачи [1].
Эффективность работы агрегатов трансмиссии зависит от работоспособности каждой из подсистемы, а также определяется способом их соединения в общую систему. При этом отказ в работе любой из подсистем, ведет к отказу всей трансмиссии в целом.
В работе [2] предложен один из вариантов структурной идентификации трансмиссии, как динамического объекта диагностирования. В результате структурной идентификации получена математическая модель в виде дифференциального уравнения второго порядка, частные решения уравнения позволяют моделировать рост вибрации основных узлов трансмиссии и определять время достижения контролируемым параметром предельного значения.
В работе [2] получены решения дифференциальных уравнений для:
- моделирования процесса изменения технического состояния подшипниковых узлов
и = К1к(1 - е71)ЧM
(1)
- моделирование процесса изменения технического состояния зубчатых зацеплений
77 К
U = ^ - ш - * ч)] ЧМ
(2)
- моделирования процесса изменения технического состояния карданных валов
и = ^ Чt ЧМкр
72 кр
(3)
где и - относительное отклонение уровня виброускорения, т.е. выходного сигнала; К, К2, К3 - коэффициенты усиления, характеризующие степень влияния входного сигнала на выходной; 7, 72 - постоянные времени, характеризующие скорость изнашивания деталей и узлов трансмиссии; t - время эксплуатации, при достижении которого, уровень виброускорения достигает предельных
значений;
М„ -
относительное отклонение
крутящего момента, т.е. входного сигнала.
Для моделирования процесса изменения технического состояния подшипниковых узлов, зубчатых зацеплений, карданных валов в экс-
плуатации, необходимо определить значения коэффициентов усиления К1 и постоянных времени Т для всех перечисленных узлов и агрегатов. Такую задачу называют параметрической идентификацией объекта диагностирования и выполняют согласно работ [36].
достижении которого, эксплуатация прекращается.
Следовательно, коэффициенты усиления К1, К2, К3, согласно правил линеаризации дифференциальных уравнений [3-6], можно записать в виде
Цель и постановка задачи
Целью работы является выполнение параметрической идентификации трансмиссии трактора ХТЗ-150К как объекта диагностирования и получение расчетных зависимостей для определения времени эксплуатации t, при котором контролируемый выходной сигнал и достигнет предельного значения.
Методический подход к проведению параметрической идентификации трансмиссии трактора
Для проведения параметрической идентификации дифференциальных уравнений (1) - (3) необходимо знать начальные, текущие и предельные значения уровней виброускорения и (выходного сигнала) и относительного отклонения крутящего момента Мкр (входного
сигнала) на протяжении всего жизненного цикла эксплуатации.
Рассмотрим агрегаты трансмиссии трактора, которые функционируют на установившемся режиме в процессе выполнения полевой работы, обеспечивающий максимальный крутящий момент на валах. Отклик трансмиссии
на входное воздействие (величину Мкр и
скорость его изменения по времени
dMк dt
),
формируется и регистрируется в виде сигнала виброускорения, и, м/с2.
Текущую величину виброускорения итек, можно непосредственно измерять в процессе диагностирования специальным прибором. При этом, необходимо знать начальную величину инач, которая измеряется перед вводом в эксплуатацию, значения которой желательно занести в сервисную книжку трактора и величину предельно-допустимого уровня
К1 =
и...
ипред_/ инач_г'
(4)
Как следует из формулы (4), чем меньше величина виброускорения перед вводом в эксплуатацию и чем больше предельно-допустимая величина перед съемом с эксплуатации, тем меньше коэффициенты усиления, а, следовательно, и меньше влияние входного сигнала, Мкр .
Результаты диагностирования трансмиссий тракторов ХТЗ-150К под нагрузкой показали, что инач находится в пределах 64 - 68 dB, а
и
в пределах 81 - 92 dB.
Коэффициенты К' имеют физический смысл и зависят от начальной и конечной величины зазора в сопряжениях, а, следовательно, и виброускорения.
Увеличение зазоров в подшипниках и зубчатых зацеплениях в процессе эксплуатации, а, следовательно, и увеличение виброускорения связано со скоростью изнашивания, которая характеризуется постоянными времени Т. Увеличение зазоров в подшипниках качения описывается инерционным звеном [2], для которого
Т = - Ч/1
1рес.педш
(5)
где 1рес.подш - среднестатистический ресурс подшипников, по данным работ [8] составляющий 4800 - 5000 моточасов.
Увеличение зазоров в зубчатых передачах описывается инерционно-интегрирующим звеном [2], для которого
виброускорения в эксплуатации
ип
при
Т = - Ч1
2рес.пз^т
(6)
где ^рес.шест - среднестатистический ресурс зубчатых колес трансмиссии, по данным работы [9] равный 6000 моточасов.
Измерение величины крутящих моментов на валах трансмиссии трактора в процессе работы на номинальной нагрузке вызывает технические трудности. Номинальный крутящий момент на любой из передач, т.е. Мкр.баз, легко получить расчетным путем. При этом в работе [7] отмечается, что на номинальную (базовую) нагрузку накладывается динамическая нагрузка от изменения тягового сопротивления. Величина динамической нагрузки
Мкр.тек составляет ±10% от базовой.
Следовательно, относительное отклонение величины входного сигнала будем рассчитывать по формуле
= [
и - и
пред тек
( Цнач ) (1,2Мкр.баз - Мкр.баз )
Т Т Т Т \ /Г
пред нач кр.баз
]?2. (10)
Обсуждение результатов
Полученные зависимости (9) и (10) позволяют расчетным путем определить остаточный ресурс основных узлов трансмиссии трактора ХТЗ-150К по результатам диагностирования под полной нагрузкой. Для этого необходимо знать: начальный уровень виброускорения (перед вводом в эксплуатацию); предельно-допустимый уровень виброускорения (эксплуатация прекращается); текущий уровень виброускорения (на момент диагностирования); величину крутящего момента во время диагностирования.
_ М - М 12 ЧМ - М
М _ кр.тек кр.баз _ ' ^кр.баз 1У± кр.баз (7)
кр .(7)
кр.баз кр.баз
Относительное отклонение величины выходного сигнала, согласно правил линеаризации дифференциальных уравнений, будем рассчитывать по формуле
и = и-
и...
и,,.
(8)
Результаты параметрической идентификации
Из решений дифференциальных уравнений (1)-(3), после их логарифмирования и преобразований, следует, что для определения ресурса подшипников и зубчатых зацеплений трансмиссии тракторов ХТЗ-150К справедливо равенство
1п и ЧК13Ч М t = - (-ик^) чт =
1п ^1,3кЧ М 1
= - [(1п итек - и"ач )/(1п и
(9)
ипред - инач
ипред - инач
)] чт;
Для определения ресурса карданных валов
т и t = Ч,
К2 Мкр
Зная, из опыта эксплуатации, среднестатистические значения предельно-допустимого уровня виброускорения (например, для карданных валов 89 dB) можно рассчитать начальный уровень виброускорения перед вводом в эксплуатацию, чтобы обеспечить тот или иной ресурс. Расчеты по формуле (10) показывают, что, при предельно-допустимом уровне виброускорения 89 dB и начальном уровне виброускорения 68 dB (разность составляет 21 dB), ресурс карданных валов составит t = 2854 м/час.
Для увеличения ресурса необходимо уменьшать начальный уровень виброускорения, путем совершенствования технологических процессов производства и сборки. Расчеты по формуле (10) показывают, что при начальном уровне виброускорения 61 dB, ресурс карданных валов составит t = 6296 м/час.
Выводы
Проведення параметрическая идентификация трансмиссии тракторов ХТЗ-150К, как объекта диагностирования, позволила получить расчетные зависимости (9) и (10), по которым можно определить ресурс агрегатов трансмиссии по результатам диагностирования. Одновременно, зная предельно-допустимые нормы виброускорения (среднестатистические значения по массиву изменений в эксплуатации), можно определить начальный уровень виброускорения перед вводом в экс-
плуатацию для обеспечения заданного ресурса.
Литература
1. Эксплуатация и ремонт трансмиссий трак-
торов серий Т-150К, ХТЗ-121, ХТЗ-160, ХТЗ-170 / Под ред. Самородова В.Б., Лебедева А.Т. - Харьков: Украгрозапчасть.
- 2006. - 341 с.
2. Войтов В.А., Климов П.Н., Шевченко С.А.,
Ярохно С.Ю. Структурная идентификация трансмиссии тракторов ХТЗ-150К, как объекта диагностировании // Вестник ХНАДУ. - Харьков: ХНАДУ. -2007. - Вып. 36. - С. 97-101.
3. Растригин Л.А., Модисаров Н.Е. Введение
в идентификацию объектов управления.
- М.: Энергия, 1977. - 216 с.
4. Дейч А.М. Методы идентификации дина-
мических объектов. - М.: Энергия, 1979.
- 240 с.
5. Бессонов А.А., Загашвили Ю.В., Марке
лов А.О. Методы и средства идентификации динамических объектов. - М.: Энергоиздат, 1989. - 240 с.
6. Эйкхоф П. Основы идентификации систем
управления. Оценивание параметров и состояния. - М.: Мир, 1975. - 684 с.
7. Кухтов В.Г. Учет эксплуатационных режи-
мов нагружения при проектировании микропроцессорных диагностических систем // Вестник ХГАДТУ. - Харьков: ХГАДТУ. - 2001. - Вып. 15 - 16. -С.200 - 202.
8. Кухтов В.Г. Оценка долговечности под-
шипников качении // Автомобильный транспорт / Сб. науч. тр. - Харьков: ХГАДТУ. - 2001. - Вып. 7-8. - С. 233 -236.
9. Кухтов В.Г., Прудникова В.А., Кугель Р.В.
Анализ причин повреждений зубчатых колес коробки передач трактора Т-150К // Надежность и контроль качества. - 1983. - № 11. - С. 50 - 54.
Рецензент: А.В. Бажинов, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 20 апреля 2007 г.
