Совершенствование методов испытаний агрегатов трансмиссий сельскохозяйственной техники Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Список литературы

1. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Упрочнение машиностроительных материалов. — М.: Машиностроение, 1994. — 496 с.

2. Можайский М. Закалка без печей // Изобретатель и рационализатор. — 1981. — № 8. — С. 23.

3. Сверхбыстрое перераспределение углерода в цементованных слоях стальных изделий / В.А. Ильинский, А.А. Жуков, Л.В. Костылева, В.А. Локтионова // Металлы. — 1999. — № 3. — С. 48-50.

4. Орлов П.С. Математическая модель динамических процессов энергосберегающих технологий восстановления деталей сельскохозяйственной техники методом цементации стали // Труды 3-й международной научнотехнической конференции. — М.: ВИЭСХ, 2003. — Ч. 2. — С. 304-309.

5. Гусев В.П., Орлов П.С., Земсков А.А. Описание структур бериллия // Физическая мысль России. — 2003. — № 1. — С. 101-104.

6. Орлов П.С. Уточненная модель кристаллической решетки твердого тела // Труды ХХХ1Х Уральского семинара: Механика и процессы управления. — Екатеринбург.: УрО РАН, 2004. — Т. 1. — С. 137-144.

7. Орлов П.С. Физическая модель транспорта атомов металлоида внедрения в сталь // Труды Международного форума по проблемам науки, техники и образования. — М.: АН о Земле, 2004. — Т. 2. — С. 151-153.

8. Орлов П.С. Фазовый перенос атомов внедрения в стали при термоциклировании / Материалы Всероссийской научно-практической конференции. — Саратов: СГАУ, 2006. — С. 44-47.

9. Мечев В.В. К вопросу о диффузии в твердых телах // Металлы. — 2000. — № 2. — С. 40-43.

10. Фромм Е., Гебхарт Е. Газы и углерод в металлах / Пер. с нем. — М.: Металлургия, 1980. — 781 с.

11. Орлов П.С. Резервы снижения энергоемкости процесса цементации стали // Вестник МГАУ «Агроинженерия». — 2007. — № 2 (22). — С. 114-116.

УДК 631.3

А.Г. Пастухов, канд.техн.наук, доцент

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия»

совершенствование методов испытаний агрегатов трансмиссий сельскохозяйственной техники

Используемая в настоящее время сельскохозяйственная техника имеет уровень амортизации более 60 %, поэтому основной причиной выхода ее из строя является снижение усталостной прочности металлов и материалов. В этой связи в Стратегии машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России на период до 2010 г. определены научные проблемы и направления исследований в области сельскохозяйственной техники (СХТ), среди которых — существенный подъем качественного уровня элементноагрегатной базы техники, что позволит снизить издержки на поддержание работоспособности машин и обеспечить конкурентоспособность отечественной продукции. Следовательно, исследования обеспечивающие достижение, прогнозируемых в Стратегии результатов, являются значимыми и актуальными.

Вследствие трудоемкости и высокой относительной стоимости выполнения натурных экспериментов основная задача планирования испытаний на усталость и долговечность состоит в получении необходимой точности оценок при определенном объеме выборки. В этих случаях применяют методы исследования и оценки систем моделированием условий экспериментов путем статистических испытаний на основе метода Монте-Карло.

В работе [1] и других на ЭВМ реализован статистический эксперимент по оптимизации испытаний на усталость деталей из среднеуглеродистых конструкционных сталей. В результате разработана инженерная методика расчета оптимального объема испытаний стальных деталей в области многоцикловой усталости.

В.О. Свещинский дал характеристику применения метода численного эксперимента на основе имитационного моделирования при проектировании двигателей внутреннего сгорания по работам, проводимым фирмами «ФИАТ», «Пежо», «Рено» и др. [2]. В работах показано, что численный эксперимент, являясь конечной целью моделирования, приобретает все большее значение, а в ряде случаев практически полностью заменяет эксперимент физический.

Таким образом, исследования процессов работоспособности технических систем с проведением численного эксперимента, проводимые методом статистического моделирования обладают достоверностью и могут быть эффективным инструментом научного познания многофакторных явлений, возникающих при исследовании долговечности агрегатов СХТ.

Цель работы — разработка методики исследования долговечности агрегатов трансмиссий сельскохозяйственной техники с учетом влияния конст-

111

руктивных, технологических и эксплуатационных факторов, на основе алгоритма статистического моделирования по методу Монте-Карло.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

• разработать методику и алгоритм статистического моделирования;

• адаптировать методику на примере исследования долговечности карданных передач трансмиссий СХТ;

• оценить перспективы статистического моделирования с целью исследования различных факторов, влияющих на долговечность объекта. Статистическое моделирование — это процесс

конструирования модели реальной системы, постановка эксперимента по этой модели с целью выяснения поведения системы и оценка различных стратегий, обеспечивающих ее функционирование без физических экспериментов на реальном объекте. В этой связи процесс статистического моделирования заключает следующие этапы:

• описание системы, т. е. установление внутренних взаимосвязей;

• конструирование имитационной математической модели;

• подготовка и отбор факторов для построения модели;

• трансляция имитационной модели на языке ЭВМ (Basic, MS Excel);

• оценка адекватности выводов, полученных на модели;

• планирование эксперимента: объем испытаний, алгоритм;

• проведение статистического эксперимента с целью имитации процессов реальной системы на модели и получение «опытных» данных;

• интерпретация — статистическая обработка данных и формулирование выводов;

• реализация — практическое использование модели и результатов при принятии решения для реальной технической системы.

Рассмотрим процесс статистического моделирования при оценке влияния конструктивных (К), технологических (Т) и эксплуатационных (Э) факторов на долговечность Lh карданных передач СХТ при контактно-усталостной природе возникновения отказа их соединений (см. рисунок).

Первоначально формируются данные по исследованию влияния различных факторов на долговечность путем проведения ресурсных ускоренных стендовых испытаний основных элементов

карданной передачи — шарниров, с целью установления статистических характеристик исследуемой величины с требуемой в научных исследованиях достоверностью и допускаемой ошибкой [3]. По полученным результатам генерируется функция распределения исследуемого фактора с параметрами заданного статистического закона.

На следующем этапе формируется имитационная математическая модель. При условии, что шарнир карданной передачи является наиболее слабым элементом трансмиссии, его долговечность Ь, зависит от последовательного влияния конструктивных Ь1,, технологических Ь, и эксплуатационных Ь, факторов и может быть представлена зависимостью

ь, = 4 Ь ЬЭ. (1)

Выражаем частные составляющие Ь,, Ь\, Ьэ, через параметры обобщенной модели долговечности карданных подшипниковых узлов

т-К

LK = (H - Lw)m

Ш

C a2

LT = Lh =

L = Lh =

Y;

Aaо

ПР(ТКШ Kd )

a1 X;

Z,

(2)

где А — коэффициент приведения; п — частота вращения, мин"1; в — угол излома, град; C — динамическая грузоподъемность, Н; H — высота крестовины по шипам, м;

Lw — длина ролика, м; ГК

крутящий момент, Н-м;

К — коэффициент динамичности; m — показатель степени; а1, а2, а3 — коэффициенты надежности материала деталей и условий эксплуатации; ЛН — начальный радиальный зазор в подшипниковых узлах шарнира; Х, Y, Z — неизвестные исследуемые факторы влияния на долговечность шарнира.

Далее на основе данных статистического распределения исследуемого фактора по имитацион-

Имитационная модель - Lh=K(xi)T(yi^(zi)

I

Эксперимент - Lhi ► Интерпретация результатов

Реализация результатов <—

Схема процесса статистического моделирования

ной модели осуществляется перебор значений долговечности при определенных значениях известных величин.

По полученным результатам проводится статистическая обработка и выполняется интерпретация полученных данных по показателям вероятности безотказной работы, среднего и у-% ресурса и др.

Окончательное принятие решение об эффективности исследуемого мероприятия проводится на основании сопоставления долговечности опытного и серийного агрегата путем определения коэффициента повышения долговечности и сопоставления, указанных ранее показателей

тОП Тои

K = Т • К =

й Тсер ’ йу ,-сер

(3)

где Кй, Кйу — коэффициенты долговечности, определяемые по среднему и у-% ресурсу; Т,п, Т.," — средний и у-% ресурс опытного объекта; Т,ер, — средний

и у-% ресурс серийного объекта.

На основании обобщения представленного материала и по результатам проведенных ранее исследований [4] можно сформулировать следующие выводы.

Тестирование и апробация предложенной методики статистических испытаний показали ее работоспособность и достоверность результатов.

Оценка ресурса, проведенная по данной методике, показала, что увеличение динамической грузоподъемности подшипниковых узлов на 8,4 % повышает коэффициент долговечности опытных шарниров в среднем до 1,28, при этом средний ресурс в эксплуатации составляет 15 800 ч.

Перспективы применения статистических испытаний в области долговечности технических систем характеризуются отработкой множества путей изменения их работоспособности при минимальных затратах средств.

Список литературы

1. Стакян М.Г. и др. Оптимизация испытаний на усталость методом Монте-Карло / Известия Вузов. Машиностроение. — 1989. — № 5. — С. 22-27.

2. Свещинский В.О. Численный эксперимент как инструмент проектирования ДВС / Автомоб. промышленность. — 2002. — № 5. — С. 36-37.

3. Кугель Р.В. Испытания на надежность машин и их элементов. — М.: Машиностроение, 1982. — 181 с.

4. Пастухов А.Г. Повышение долговечности карданных шарниров / Механизация и электр. сельского хозяйства. — 2007. — № 4. — С. 24-25.