АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.3:636
РАСЧЕТНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧНОСТИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ И АГРЕГАТОВ ДОИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
В.А. Борознин, кандидат технических наук, доцент
А.В. Борознин, кандидат технических наук, доцент
Волгоградский государственный аграрный университет
Представлены расчетный метод определения периодичности диагностирования и теоретическая оценка технического состояния составных частей доильного оборудования таких, как энергетический блок-модуль (вакуумный насос), основной исполнительный элемент (доильный аппарат) в процессе эксплуатации по величине их конструктивных параметров таких, как длина лопаток вакуумного насоса, диаметр дросселя и упругость мембраны для пульсатора, жесткости сосковой резины для доильного стакана.
Ключевые слова: периодичность, диагностирование, дроссель, мембрана, отказ.
Диагностирование обычно проводится перед техническим обслуживанием, чтобы определить остаточный ресурс (наработку) и после ТО для проверки качества ТО, насколько полно восстановлены номинальные значения данных параметров.
Для оценки периодичности изменения этих параметров рассмотрим кривые изменения этих величин в виде графиков (рисунок 1).
Если отказы дросселя (то есть забивание его) является периодически восстанавливаемым отказом (рисунок 1, б), а жесткость сосковой резины - дважды восстанавливаемым отказом (рисунок 1, а), а затем наступает ресурсный отказ, то уменьшение упругости мембраны и длины лопаток являются ресурсными отказами (рисунок 1, в, г).
Представленные на рисунке 1 кривые изменения диагностируемых параметров (0) могут быть получены при полном совершенстве элементов ДМО, когда их изменения соответствуют техническим требованиям. В действительности изменения данных параметров имеют случайный характер (кривые 1 и 2) и зависят от многих условий (качества материала, идущего на изготовление, технология изготовления, условия эксплуатации и др.).
В реальных условиях эксплуатации при соблюдении регламентируемой периодичности ТО элементы ДМО какое-то время At = to - t1 будут работать с нарушением технологического процесса. Например, диаметр дросселя у какого-то
количества аппаратов ^м'дд (рисунок 1, б) будет уменьшен ниже предельной величины на Ado = dp - dnp, что, в свою очередь, приведет к снижению эффективности использования доильного аппарата в целом, а у ^П'ап , наоборот do не достигнет своего предельного значения, т.е. Ado = dnp - dp.
Из вышеизложенного следует: чтобы предупредить работу большинства элементов ДМО с нарушением технологического режима необходимо диагностику, согласно исследованию, проводить через период
tdO = tdoO - « Сн , (1)
где k - коэффициент пропорциональности, k=3; ot - среднеквадратическое отклонение величины tO.
Если рассмотреть изменения жесткости сосковой резины согласно рисунка 1, б,
то можно сделать следующие заключения, что первую и вторую поднатяжку сосковой резины можно проводить согласно стандартной регламентной периодичности ТО, не проводя диагностики, или проводя диагностику лишь с целью контроля жесткости сосковой резины в отдельно взятом доильном аппарате.
Согласно инструкции по ТО доильного аппарата, регламентное ТО-1 проводят ежемесячно, то есть через (о= 180 часов, тогда обязательное диагностирование для
сосковой резины необходимо проводить при гср равном:
г 1
30 - кагс
г
СР о ^ го СРн ' (2)
При этом необходимо определить остаточный ресурс для каждой сосковой
г 2„ - г
резины, которая входит в зону 1СР сСР •
И третий параметр, упругость мембраны пульсатора, изменение величины которой представлена кривой на рисунке 1 в.
Контроль необходимо проводить через период, равный
гМ = 2гМ - ка, «гКм н , (3)
а) Сосковая резина
с1"Р
\ \ 1А\ \ \ / Л \ \ V 1 ^ 1 1 1 \ ^ \ \х \ \ \\ \\ \\ч V V ч\> \ XI \ \ \ \ \ \ ч \ \ \
1
< 'дн ^ (1 ДС ^
I1 ^ 1ДВ —=»
б) Дроссельный канал Рисунок 1 - Динамика изменения параметров:
Qф - фактическая производительность; Оп - предельное значение производительности; Оф -
начальная производительность; г нг - нижняя граница интервала, через которое наступает О,
ПР
t о - средняя граница; t вг - верхняя граница; - диаметр дроссельного отверстия пульсатора, - начальный диаметр дроссельного отверстия, - предельный диаметр дроссельного
отверстия, t- верхняя граница времени, через которое наступает , - средняя граница,
I' - верхняя граница, {щ - нижняя граница; Нсм - величина вакуумсмыкания сосковой резины,
Инсм - начальная величина, Н^ - предельная величина, СР В - верхняя граница времени, через
которое происходит первая поднатяжка, ^ с - средняя граница, 'срн - нижняя граница, ,
'срс , ^срн - соответственно верхняя, средняя и нижняя граница времени второй поднатяжки
сосковой резины, ^ в, ^ с, t(ссРН - соответственно границы третьей поднатяжки, , ^рс,
tCPH - период времени через который наступает ресурсный отказ сосковой резины,
1П1Л РГА Т)А1Л\'и(ТП Л1ЛР ттигггг тх ит пт/и гг гг плпитхттпт • /А__ОРТТТТТТТИЮ ТПЛАПтО Л 1РЛ 1К1Л о ии т ¡,
м
соответственно его верхняя, средняя и нижняя границы; Ям - величина прогиба мембраны, Сн ,
п ПР С С С
См - начальная и предельная величины, tмв, tмc, tм н - период времени через который наступает ресурсный отказ мембраны, соответственно верхняя, средняя и нижняя границы
г) Лопатки вакуумного насоса Рисунок 1 (продолжение)
Л _ Л
Остаточный ресурс остальных деталей определяется в пределах 'м 'м • Если исходить из того, что при достижении любым из узлов своего предельного значения контролируемого параметра означает наступление отказа, тогда точки пересечения кривых 1, 0 и 2 с предельным значением данного параметра будут соответствовать наработке до отказа соответственно при нижней, средней и верхней границе.
Тогда, эту наработку с доверительной вероятностью в по параметру состояния можно определить по зависимости [4]:
^ ч 1/а
А + Лп„
Т (ß) = t
Дг
A(tM ) + lß-&nP - A1
(4)
"M/ ■ "ß ПР "1 у
где T(ß) - наработка до отказа с доверительной вероятностью ß; tß, - период, через который необходимо проводить диагностирование данного параметра; А\ - начальная величина изменения параметра; АПР - предельная величина изменения параметра; lß - двухсторонняя квантиль ЗНР; оПР - среднеквадратическое отклонение; A(tM) - значение изменения параметра при tM; а - показатель степени, определяющий характер изменения параметра.
Проведя преобразования формулы относительно периодичности диагностирования tдг , получим
min T (ß)
t
Дг
A1 + АПР
Ata
(5)
A(tM ) + Iß-^П
A
Как показали предварительные экспериментальные и теоретические исследования [1, 2, 3], распределение наработки на отказ различных элементов ДМО подчиняется одному из трех законов распределения (закону нормального распределения (ЗНР), экспоненциальному закону распределения (ЭЗР) или закону распределения Вейбулла (ЗРВ)) и её можно определить по формуле (6), а изменение величины А от наработки (М) в общем виде возможно описать уравнением 7.
to
= f Jü
P
П
1
42
n
w i
(t -j
e
2a
dt
n
-t Z xi -z
( . \ъ>
e
e
j=1
dt
(6)
где а - параметр Вейбулла; а - среднее квадратическое отклонение; ^ - интенсивность отказов; п, т, р - количество элементов, распределение отказов которых подчиняется, соответственно, законам ЭЗР, ЗРВ, ЗНР.
А(ы) = е-1а + 7. (7)
Предварительные исследования изменения конструктивных параметров в зависимости от времени эксплуатации (рисунок 1) показали, что они достаточно полно могут описываться уравнением (8) (вид экспоненты)
Л(гм) = АН • ^ , (8)
лН
где А((м) - величина конструктивного параметра через наработку М; Ло - начальное значение параметра; к - коэффициент пропорциональности изменения скорости.
Тогда математическая модель оптимальной периодичности диагностирования данных параметров будет выглядеть следующим образом
Г
Jü
' г =
П
1
i=i a
■ 42
n
w i <
К )
2a
dt
n '
-z -z
dt
A1 + АПР
(AH ■ e )+ iß-anp - А
1/a
(9)
ai,
К j у
i=1
<
t
b
i=i
e
e
<
Применяя уравнение (8) к описанию каждого из вышеперечисленных параметров, получим:
- для дроссельного канала:
1 ёПР
-1п -Т )
(г) = ёН • ви- (10)
для сосковой резины:
Н ПРI - • 1п Т
, Нн
'ср .с Нсм
1см М ) = Нсм
анСРА'),
„с /О \ 1„н „ 'срс НС
Нс (г ) = Нн •е ср" Нсм (ц)
Нсм('М) Нсм е (11)
- 1 1п Нсм (г) (, -Т)
нм (гМ) = (нпм: (') + *Нс)• е^ (12)
Км, (г.М) = {нпм1 (г) + АНсс )• е
- для мембраны:
сс\ (о+АНсс)(?-2Т)
(13)
1 Г/ПР 1 . См
См (г.) = СНге'м- См (14)
для вакуумного насоса:
• ' г
м.с См
С(гкс ) = & {'с ) = •
11п &пр , Т )
1 - е ,0 о°
(15)
где Тпц - период цикла.
Подставляя полученные уравнения (10, 11, 12, 13, 14, 15), изменения каждого из исследуемых параметров в формулу (9) можем определить периодичность диагностирования для конкретного элемента.
Средний остаточный ресурс каждого элемента можно определить расчетным путем по формуле (16).
Апр - А {Апр - А ) •'
+с _ А° аизм _ \А° аизм ) 'изм
'°ст = V ~ Ан - А ' (16)
у д А° аизм
где АПР - предельное значение параметра; АИЗМ - измеряемое значение параметра; АН -
начальное значение параметра; tИЗМ - время замера параметра; Уд - средняя скорость изменения параметра.
Ан - А
Vд = А° Аизм . (17)
'ИЗМ
Таким образом, имея теоретические и экспериментальные распределения значений наработки на отказ и предельные значения параметров, расчетным путем по формуле (9), определяем периодичность диагностирования всех вышеуказанных элементов доильного оборудования при вероятности безотказной работы, равной 0,95.. .0,99. Все результаты, полученные расчетным путем, сведены в таблицу 1.
_Таблица 1 - Расчетные значения tдг для диагностируемых параметров_
Наименование параметра Регламентное значение Расчетное значение tдг
ПР
Длина лопатки ЕТО=8 ч, Т0-1=180 ч, ТО-2=1080 ч. 237
Диаметр дросселя пульсатора 48 ч
Жесткость мембраны 286 ч
Жесткость сосковой резины 807 ч
Представленные в таблице 1 данные показывают, что периодичность диагностирования конструктивных параметров не совпадает с регламентируемой периодичностью ТО данных элементов доильного аппарата и вакуумного насоса. Поэтому, чтобы избежать преждевременной выбраковки деталей или преждевременного отказа данного элемента, необходимо проводить диагностирование по потребности. Это позволит увеличить наработку исследуемых элементов и наработку на отказ всех элементов, находящихся в интервале от tH до tB, и, тем самым, повысить эффективность использования доильного оборудования в целом.
Библиографический список
1. Антонов, Н.М. Показатели надежности вакуумной системы доильной установки [Текст]/ Н.М. Антонов, В.А. Борознин, Ю.В. Бобылев // Вестник КрасГАУ. - 2009. - № 12. -С. 184-188.
2. Борознин, В.А. Теоретическая оценка показателей надежности вакуумной системы доильной установки [Текст]/ В.А. Борознин, А.В. Борознин, Ю.В. Бобылев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2009. - № 4 (16). - С. 113-117.
3. Борознин, В.А. Оценка времени устранения отказов элементов доильного оборудования [Текст]/ В.А. Борознин, А.В. Борознин //Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2013. - С. 161-164.
4. Ермолов, Л.С. Основы надежности сельскохозяйственной техники [Текст]/Л.С. Ермолов, В.М. Кряжнов, В.Е. Черкун. - 2-е изд., перераб и доп. - М.: Колос, 1982. - С. 135143.
E-mail: titusbav@mail.ru.