Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследовaния 9
1.1. Общие положения 9
1.2. Надежность работы трансмиссии тракторов и параметры технического состояния гидромеханических передач
1.3. Определение технического состояния трансмиссии колесных тракторов при их сборке, во время эксплуатации и ремонта и приспособленность тракторов к диагностированию
1.4. Анализ методов диагностирования гидромеханических коробок передач
1.5. Выводы 20
1.6. Задачи исследования 22
2. Теоретические предпосылки метода дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий
2.1 Поисковый эксперимент по определению пропускной способности каналов
2.2 Предварительная экспериментальная проверка математической модели.
2.3. Обобщение результатов экспериментов 31
2.4. Определение гидравлических сопротивлений и расходов сложной разветвленной трассы
2.5. Расчёт расходов масла в гидравлической системе тракторных трансмиссий
2.6. Выводы 42
3. Методика экспериментальных исследований 43
3.2. Общая методика исследований 45
3.3. Методика стендовых испытаний 45
3.4. Методика оценки погрешности измерительной системы 54
3.4.1. Методика определения количества испытаний 54
3.4.2. Методика тарировки измерительной системы 57
3.5. Методика экспериментальных исследований связей диагностиче- 60 ских признаков с параметрами технического состояния гидравлической системы тракторных трансмиссий
3.6. Методика проведения экспериментальных исследований 62
3.7. Методика определения функциональных связей между 63 диагностическими признаками и параметрами технического состояния
3.8. Методика проверки адекватности математической модели гидравлической системы тракторных трансмиссий
3.9. Методика нормирования диагностических признаков 66
3.10. Выводы 67
4. Результаты исследования 68
4.1. Результаты тарировки датчиков измерительного комплекса и оценка погрешностей измерений
4.2. Результаты моделирования эксплуатационных изменений гидравлической системы трансмиссии тракторов
4.3. Оценка адекватности разработанной математической модели 74
4.4. Результаты исследования влияния параметров технического состояния на характеристики давления гидравлической системы тракторных трансмиссий
4.5. Результаты исследования связей диагностических признаков с параметрами технического состояния гидравлических систем ГМП
4.6. Алгоритм метода дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий гидромеханических передач
4.7. Выводы 88
5. Экономическая эффективность дифференциального метода диагностирования фрикционов гидромеханической передачи тракторов
5.1. Стоимость изготовления программы диагностирования гидромеханических передач
5.2. Стоимость патентных услуг 98
5.3. Расчет стоимости изготовления датчика давления 100
5.4. Определение стоимости диагностирования 104
5.5. Расчет экономической эффективности 108
5.6. Выводы 115
6. Основные выводы 116
Список использованной литературы
- Определение технического состояния трансмиссии колесных тракторов при их сборке, во время эксплуатации и ремонта и приспособленность тракторов к диагностированию
- Определение гидравлических сопротивлений и расходов сложной разветвленной трассы
- Методика проверки адекватности математической модели гидравлической системы тракторных трансмиссий
- Алгоритм метода дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий гидромеханических передач
Определение технического состояния трансмиссии колесных тракторов при их сборке, во время эксплуатации и ремонта и приспособленность тракторов к диагностированию
Своевременная оценка технического состояния агрегатов и узлов тракторов является фундаментом правильной их эксплуатации. К одной из важных для практики проблем относится разработка методов и средств диагностирования машин для оценки качества их сборки и ремонта.
В настоящее время на ремонтных предприятиях, сложилась в основном, плановая система определения технического состояния тракторов [42, 55]. При этом контрольно-диагностические операции регламентированы ГОСТ 22870-77 и проводятся во время очередного технического обслуживания. Определение технического состояния трансмиссии тракторов «Кировец» проводят согласно существующим технологическим картам на диагностирование силовой передачи [56, 102], а также руководствуясь технологией технического обслуживания [14].
Стандартом предусмотрена проверка технического состояния силовой передачи при ежесменном техническом обслуживании, которая проводится трактористом при помощи встроенных контрольно-измерительных приборов.
Другие виды диагностирования проводятся мастерами-наладчиками и диагностами. В начале любого вида диагностирования мастера-диагносты получают сведения у тракториста о работе силовой передачи трактора, при использовании ее в эксплуатации на энергоемких операциях, предшествующих отказах трансмиссии и способах их устранения, знакомятся с документацией и проводят другие подготовительные операции. При проведении ТО-1 диагностирование трансмиссии заключается в контроле функционирования узлов и агрегатов трансмиссии.
Диагностирование, проводимое во время ТО-2, ТО-3 и при текущем ремонте включает в себя проверку рулевого управления, проверку пневматической системы и тормозов, проверку коробки передач, карданных валов и мостов, а также гидравлической системы КПП и навесного оборудования [103].
Ресурсное диагностирование проводится при определении необходимости в капитальном ремонте. При этом проверяется при определении необходимости в капитальном ремонте. При этом проверяется общее состояние силовой передачи по величине суммарного углового зазора в трансмиссии, а также угловых зазоров в конечной и главной передачах. При необходимости в текущем ремонте определяется состояние главной муфты сцепления и муфт сцепления поворота по величине износа фрикционных накладок дисков сцепления; состояние главной передачи, коробки передач, увеличение крутящего момента и привода вала отбора мощности по величине зазоров в сопряжениях и зацеплениях. Качество сборки на заводе-изготовителе и ремонтном предприятии оценивают согласно техническим требованиям на капитальный ремонт.
Диагностирование после ремонта включает в себя проверку общего состояния трактора, надежности креплений его составных частей. При этом диагностировании оценочными показателями являются общий уровень вибраций, шум, температура корпусных деталей, мощность механических потерь [109].
Большое влияние на качество диагностирования, его трудоемкость оказывает приспособленность объекта к диагностированию. Проведенный в ГОСНИТИ и Санкт-Петербургского государственного аграрного университета анализ технологии диагностирования тракторов показывает, что вспомогательная трудоемкость, характеризуемая трудозатратами на подготовительно-заключительные операции составляет 60-80% всего времени диагностирования.
Трудоемкость диагностирования характеризуется затратами труда на одно диагностирование трактора, определяемыми его конструкцией и техническим состоянием. Характеристикой приспособленности машины к диагностированию является коэффициент доступности машины для контроля [6]. , (1.1) где t0 – основная трудоемкость, характеризуемая затратами труда на непосредственное диагностирование; t – оперативная трудоемкость.
Чем больше коэффициент доступности К, тем лучше машина подготовлена к диагностированию.
В настоящее время стандарт обязывает заводы-изготовители к производству унифицированных конструктивных узлов у машин для установки основных переходных устройств и датчиков для диагностирования и контроля.
Наряду с конструкцией машины на трудоемкость диагностирования существенное влияние оказывает применяемые диагностические методы. Для оценки применяемых методов и средств диагностирования проводят расчет коэффициента универсальности Ку [7]. Наиболее перспективными, с точки зрения снижения трудоемкости диагностирования, оказываются безразборные универсальные методы. Качество получения информации во многом зависит от места установки первичного преобразователя (датчика) и способа его крепления на объекте диагностирования.
Определение гидравлических сопротивлений и расходов сложной разветвленной трассы
Существующие методы диагностирования по средствам оценки можно разделить на субъективные и объективные методы. Субъективные методы диагностирования основаны на получении информации о состоянии объекта с помощью органов чувств человека [11, 20, 81]. Например, состояние агрегатов и узлов трансмиссии оценивается по их шуму, температуре корпусных деталей, их функционированию, наличию различного рода трещин и неплотностей. Овладение этими методами в практике важно, так как они позволяют предотвратить большое количество поломок. Вместе с тем, субъективные методы обладают значительными недостатками – они требуют большого опыта в работе с агрегатами и узлами объекта диагностирования, не точны, не позволяют определить физический износ агрегата в целом, а также отдельных его деталей. Поэтому при повышенных шумах и стуках применяются объективные методы диагностирования. Объективные методы основаны на изменении диагностических параметров с помощью специального инструмента, диагностических приборов и систем. По способу методы диагностирования можно разделить на интегральные или методы, обеспечивающие определение обобщенных параметров технического состояния агрегатов и узлов машины и на дифференциальные методы, обеспечивающие определение параметров, характеризующих отдельные детали агрегата или узла диагностируемой машины.
Предпочтительнее оказываются дифференциальные методы, которые позволяют выявить наиболее слабую деталь, пару или узел. Но в ряде случаев в зависимости от условий и времени диагностировании, например при проверке качества сборки тракторов на заводе-изготовителе, преимущество отдается диагностированию по обобщенным параметрам из-за их малой трудоемкости.
Первыми методами проверки технического состояния ГМП стали методы, используемые при проведении лабораторно-доводочных и контрольных испытаниях в заводских условиях и условиях опорных автотранспортных предприятий. При данных испытаниях применяются стенды, состоящие из приводного и нагрузочного устройств. В качестве таких устройств используются электродвигатели, балансирно-подвешенные к раме и соединенные с весовыми устройствами для замера входного и выходного крутящих моментов на валах ГМП. С помощью тахометров измеряют частоту вращения входного и выходного валов. На основании этих параметров определяются характеристики внутренних потерь на нейтрали, на понижающей и прямой передачах, а также характеристики коэффициента трансформации и коэффициента полезного действия передачи на прямой передаче при постоянной величине входного крутящего момента.
Метод проверки технического состояния ГМП в условиях АТП, после проведения ее ремонта в цехе по ремонту ГМП, включает в себя определение выше перечисленных характеристик и дополнительно проводится регулировка режимов автоматического переключения передач [15, 107].
Рассмотренные методы диагностирования применимы только для определения технического состояния ГМП, снятой с трактора. Параметры, используемые данными методами, позволяют определять только общее техническое состояние передачи, без выяснения снижения выходных эксплуатационных характеристик ГМП.
Метод диагностирования ГМП на роликовом тяговом стенде разработан в МАДИ и описан в работе [57]. При диагностировании используется прибор, разработанный автором метода к.т.н. В.М. Ляховым. Метод основан на контроле скорости автомобиля в моменты переключения передач. Для определения оптимальных скоростей в моменты переключения передач использовался расчетно-экспериментальный метод, позволяющий учитывать влияние основных эксплуатационных факторов. К недостаткам данного метода следует отнести то, что при вычислении оптимальных скоростей в моменты переключения передач не учитывается реальное техническое состояние трактора, а также фактическое распределение нагрузочных режимов на конкретном маршруте.
Основным недостатком этих методов является невозможность поэлементного диагностирования ГМП, хотя доля выхода из строя из-за отказов элементной надежности схемы значительно выше, чем функциональной.
При диагностировании по обобщенным параметрам технического состояния трансмиссии наиболее широкое распространение получил метод оценки по суммарному угловому зазору. Предельный суммарный угловой зазор в агрегатах и узлах трансмиссии характеризуется значительный износ шестерен, шлицевых соединений и подшипников. Суммарный угловой зазор механизмов измеряют с помощью люфтомера КИ-4813 ГОСНИТИ или КИ-6924. Метод измерения угловых зазоров прост, нетрудоемок и позволяет оценить общее техническое состояние элементов трансмиссии тракторов. Но он серьезный недостаток, так как не позволяет определить состояние отдельных сопряжений и деталей, например, определить питтинг зубьев шестерен, с которым связано значительное количество отказов трансмиссии. В последние годы широкое применение получил метод спектрального анализа масел [100]. Он заключается в определении концентрации продуктов износа в масле. Содержание их пропорционально скорости изнашивания деталей. Зная химический состав деталей и статические данные о скорости изнашивания деталей, можно по резкому возрастанию продуктов износа определить начало аварийного износа деталей и сопряжений.
Определение концентрации продуктов износа в масле можно проводить различными методами, основными из которых являются калориметрический, поляграфических, магнито-индукционный, радиометрический. Недостатками перечисленных методов являются следующие: использование ручных устройств, не обладающих универсальностью, достаточно высокая погрешность измерения. Наиболее перспективным методом определения концентрации продуктов износа в масле, как уже отмечалось выше, является метод спектрального анализа. Он обладает универсальностью, информативностью, позволяет по одной пробе масла оценить состояние целого ряда деталей и сопряжений. К недостаткам метода следует отнести его дороговизну и ограниченную возможность дифференциальной оценки износа отдельных сопряжений.
Методика проверки адекватности математической модели гидравлической системы тракторных трансмиссий
Для проведения экспериментальных исследований по диагностированию гидравлической системы гидромеханической коробки передач в лабораторных условиях, был использован стенд для диагностирования гидромеханических передач (рис. 3.1.). При исследовании использовалась коробка передач трактора «Кировец». Процесс испытаний подразделяется на следующие операции: подготовительные, основные и заключительные.
Подготовительные операции включают в себя ряд мероприятий. Установить коробку передач на диагностический стенд, предварительно выполнив операции по удалению загрязнений с поверхности коробки передач, внешнего осмотра на наличие трещин, следов механических повреждений, измерение параметров технического состояния.
Подготовка измерительной системы заключается в подключении датчиков к коробке передач, соединении их с измерительной системой и соединении их с блоком стабилизированного напряжения, и с компьютером, а также в настройке программного обеспечения.
С помощью карданной передачи к коробке передач присоединяют к электродвигателю. Далее устанавливают и закрепляют датчик давления и манометры. Испытания гидравлической системы гидромеханической передачи производится при вращении электродвигателя с частотой 1000 об/мин. На первом этапе испытывается исправная гидромеханическая передача с параметрами технического состояния рекомендуемым заводом – изготовителем. На втором этапе производят испытания с измененными параметрами технического состояния и неработоспособных элементов.
Затем файл сохраняется с расширением «xls». 3.7. Методика определения функциональных связей между диагностическими признаками и параметрами технического состояния
Определение функциональных связей между диагностическими признаками и параметрами технического состояния гидравлических систем можно провести двумя методами экспериментальным и теоретическим. Проведение экспериментальных исследований характеризуется большим числом испытаний. Необходимо последовательно варьировать значения параметров технического состояния с минимальным шагом при этом измерять диагностические признаки. Для большей объективности это необходимо выполнять с максимально малым шагом. Учитывая большой объем как ПТС так и ДП их характеризующих испытания будут продолжительными во времени и трудоёмкими. Теоретический метод подразумевает использование расчетных методов, что значительно облегчает работу исследователя. В связи с вышеизложенным наибольшее предпочтение отдается теоретическому методу.
Теоретический метод заключается в том, что на первом этапе определяются параметры технического состояния, значения которых варьируются в диапазоне от минимальных до максимальных значений. При этом для каждого i – го значения параметра технического состояния рассчитываются характеристики разряжения. Это выполняется при помощи разработанной математической модели процесса функционирования гидравлической системы тракторных трансмиссий (Гл.2). По полученным в результате расчетов массивам данных, в программной среде «Microsoft Exsel» с помощью опции «Мастер диаграмм» производилось построение графиков зависимостей диагностического признака от параметра технического состояния (рис. 3.8.).
Алгоритм метода дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий гидромеханических передач
Произведен расчет стоимости компьютерного - диагностического оборудования, включающий в себя расчет стоимости изготовления программы диагностирования ГМП и стоимости сборки измерительного оборудования, который составил 80 893,60 руб.
Годовой экономический эффект от внедрения расчет экономической эффективности метода дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий по результатам его внедрения на предприятии ООО «Автотракторные производственные мастерские плюс» г. Улан-Удэ Республики Бурятия в 2014 г. составил 174333,5 руб. в год, или 7263,9 руб. на 1 агрегат в год в ценах 2014 года.
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие выводы.
1. Повышение информативности и снижение трудоемкости дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий можно достичь на основе анализа изменения давления в гидросистеме при переключении передач, но для его реализации необходимо проведение дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.
2. Разработанные теоретические предпосылки метода дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий обеспечивают возможность снижения трудоемкости и повышения информативности процесса постановки диагноза за счет снижения роли в нем оператора-диагноста. Метод основан на измерении и анализе диагностических признаков, обладающих разной степенью значимости. В качестве диагностических признаков приняты физические величины, характеризующие изменения на областях локальных диагнозов временных характеристик изменения давления рабочей жидкости в гидросистеме при изменении параметров технического состояния.
3. Разработанная математическая модель гидравлической системы позволяет расчетными методами получать характеристики изменения давления рабочей жидкости в главной магистрали. Модель позволяет оценивать изменения в получаемых характеристиках при варьировании параметров технического состояния элементов гидравлической системы. Выполненная экспериментальная проверка подтвердила адекватность математической модели и расчетов на ней при уровне значимости 5%.
4. Разработанные методики определения диагностических признаков на участках локальных диагнозов временных характеристик изменения давления и их функциональных связей с параметрами технического состояния, совместно с реализующими их алгоритмами, позволяют использовать возможности современных ЭВМ, обеспечивая высокую оперативность и достоверность.
5. Разработанный компьютерный диагностический комплекс и алгоритм позволяют реализовать метод дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий в автоматическом режиме. Алгоритм диагностирования позволяет определять техническое состояние ГМП по принципу «исправен - неисправен», а также выявлять неисправности элементов гидравлической системы. Измерительное оборудование комплекса позволяет непрерывно измерять, сохранять и обрабатывать временные характеристики изменения давления рабочей жидкости в гидросистеме.
6. Производственной проверкой установлено, что разработанный метод дифференциального диагностирования гидравлической системы тракторных трансмиссий обеспечивает повышение эффективности и снижение трудоемкости при их поддержании и восстановлении. Годовой экономический эффект от внедрения метода на предприятии ООО «Автотракторные производственные мастерские плюс» г. Улан-Удэ Республики Бурятия составил 174333,5 руб. в год, или 7263,9 руб. на 1 агрегат в год в ценах 2014 года.
