Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы качества и конкурентоспособности зерноуборочных комбайнов 11
1.1 Оценка качества зерноуборочных комбайнов 11
1.2 Оценка качества соломотрясов 19
1.3 Статистические данные по отказам соломотрясов 30
1.4 Усилия, возникающие в клавишах соломотряса 32
1.5 Обзор существующих работ, посвященных повышению надежности соломотрясов 34
1.6 Обзор патентного фонда 34
1.7 Формирование цели и задач и исследования 35
Задачи исследований 44
Глава 2. Теоретическое обоснование схемы соломотряса, Моделирование работы соломотряса 45
2.1 Формирование конструкций без избыточных связей 45
2.2 Формирование динамической и математической моделей соломотряса..49
2.2.1 Обоснование моделирования соломотряса 49
2.2.2 Компонентные уравнения элементов соломотряса 50
2.2.3 Топологические уравнения механической системы 53
2.2.4 Метод координатных систем с деформирующимися связями 53
2.2.5 Динамическая модель соломотряса 58
2.2.6 Эквивалентная схема и ориентированный граф соломотряса 59
2.2.7 Матричная форма представления математической модели 65
2.2.8 Структурно-матричный метод моделирования 70
2.2.9 Полная математическая модель соломотряса 72
2.3 Динамика соломотряса 72
2.3.1 Расход энергии на удар клавиш по соломе 73
2.3.2 Расход энергии на сопротивление трения в подшипниках скольжения и коренных подшипниках 76
2.4 Результаты расчетов по математической модели 81
Глава 3. Методика проведения экспериментальных исследований соломотрясов 88
3.1 Планирование экспериментальных исследований 88
3.1.1 Схема экспериментальных исследований 88
3.1.2 Общее построение и предпосылки экспериментальных исследований.88
3.2 Испытание серийных соломотрясов 89
3.3 Испытания соломотряса с новыми подшипниковыми узлами 92
3.4 Испытание стенда соломотряса с принципиально новой кинематической схемой 88
3.5 Тензометрические измерения усилия на клавишах и крутящих моментов ведущего вала соломотрясов 97
3.6 Измерение геометрических отклонений коленчатых валов 100
3.7 Методика математического планирования экспериментов 104
3.8 Вероятностно - статистические методы обработки результатов механических испытаний и измерений 105
3.9 Построение размерных цепей ПО
3.10 Статистическая обработка отклонений геометрии коленчатых валов,.115
3.11 Выводы по тензометрическим исследованиям и механическим
испытаниям 120
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований соломотрясов 122
4.1 Установление зависимостей функциональных параметров от геометрических отклонений размеров коленчатых валов 122
4.2 Установление зависимости крутящих моментов на валах от функциональных параметров 128
4.3 Построение экспериментальной факторной математической модели 130
4.4 Анализ факторных зависимостей и динамики соломотряса 135
4.5 Разработка рекомендаций ремонтным предприятиям 139
Глава 5. Реализация системы КТОК соломотрясов. Технико-экономическая оценка 147
5.1 Анализ зависимостей показателей назначения от элементов кинематических режимов 147
5.2 Реализация КТОК соломотрясов 151
5.3 Технико-экономическая оценка предлагаемой разработки 160
Общие научные выводы и практические результаты работы 170
Список использованной литературы
- Оценка качества зерноуборочных комбайнов
- Формирование конструкций без избыточных связей
- Планирование экспериментальных исследований
- Установление зависимостей функциональных параметров от геометрических отклонений размеров коленчатых валов
Введение к работе
Актуальность темы. Обеспечение высокого качества машин, узлов и агрегатов (показателей назначения, технологичности и надежности), их конкурентоспособности при сравнительно небольших затратах является главной задачей современного отечественного машиностроения. В комбайностроении в настоящее время качество не соответствует показателям, предусмотренным техническими условиями и требованиям международных стандартов ISO серии 9000 [20].
Условия работы зерноуборочных комбайнов разнообразны и отличаются специфическими особенностями. Работа в абразивной среде, неоднородность обрабатываемого продукта, перепады температур, сложный рельеф местности выдвигают при эксплуатации сложные задачи по совершенствованию конструкторско-эксплуатационных свойств комбайнов и повышению их надежности.
Парк зерноуборочных комбайнов Сибирского федерального округа (СФО): Омской, Томской, Новосибирской, Кемеровской областей, Красноярского и Алтайского краев насчитывает более 30 тысяч комбайнов, изношенность которых составляет от 50 до 90%. Таким образом, отложенный спрос на комбайны (при минимальной цене машины более 1 миллиона рублей) достигает как минимум 14 миллиардов рублей.
Основу парка составляет отечественная продукция. В большинстве областей СФО самой массовой маркой является «Енисей». В Новосибирской области зерноуборочные комбайны семейства «Енисей» составляют 53,8 % от общего количества комбайнов; в Алтайском крае 38 %; в Томской области примерно 20 %; в Омской области 52 %; в Кемеровской области 34,4 %; в Красноярском крае 97,4%.
В нашей стране и за рубежом выполнено большое число исследовательских работ по повышению надежности сельскохозяйственных машин и, в частности, зерноуборочных комбайнов и его узлов. Значительный научный и инженерный вклад в разработку и совершенствование конструкций внесли Летошнев М.Н., Жалнин Э.В., Листопад Г.Е., Карпенко А.Н., Василенко И.В., Русанов А.Н., Лурье А.Б., Кленин Н.И., Русанов А.И., Чепурин Г.Е., Ульман И.Е., Кряжков В.М., Немцев А.Е., Кузнецов А.В., Воробьев В.И,, Дунай Н.Ф., Курчаткин В.В., Некрасов С.С., Телыюв Н.Ф., Базров Б.М., Гольтя-пин В.Я., а также зарубежные специалисты Burr J.T. Robertson A.G. Taguchi G., Glaubitz F. и др.
Анализ существующих работ показал, что в них решен ряд принципиально важных проблем и задач по повышению технического уровня и надежности сельскохозяйственных машин. Тем не менее, несмотря на большое количество исследовательских работ, активную изобретательскую деятельность не созданы научные предпосылки комплексного повышения надежности сельскохозяйственных машин, которая позволила бы наряду с конструкторскими решениями, осуществлять технологическое обеспечение качества машин, что позволит на этапах изготовления и эксплуатации оценивать параметры качества и прогнозировать их состояние.
Значимый вклад в создание научных основ конструкторско-технологического обеспечения качества (КТОК) изделий внесли Некрасов С.С, Никифоров А.Д., Ульман И.Е., Кряжков В.М., Солод Г.И., Телыюв Н.Ф. Коган Б. И., Радкевич ЯМ. и др.
Цель диссертационной работы: создание системы комплексного конструкторе ко-технол о гичес ко го обеспечения и прогнозирования надежности функциональных узлов сельскохозяйственных машин на примере клавишного соломотряса зерноуборочных комбайнов "Енисей".
Научная гипотеза: надежность клавишных соломотрясов в значительной мере определяется функциональными параметрами, которые формируются избыточными связями и эксплуатационными геометрическими отклонениями.
Объект исследования: процесс изменения технического состояния узлов и деталей клавишного соломотряса зерноуборочных комбайнов семейст- ва "Енисей".
Методы исследований. структурное исследование кинематических схем; динамическое и математическое моделирование соломотряса в нагруженном рабочем состоянии; статистическое исследование геометрии основных деталей; сравнительные стендовые испытания серийных и новых соломотрясов, имитирующие рядовые условия эксплуатации; экспериментальное факторное моделирование с целью прогнозирования наработки на отказ соломотрясов.
Научные результаты, выносимые па защиту. методика комплексной оценки качества клавишных соломотрясов зерноуборочных комбайнов, позволяющая определять качество соломотрясов исходя из конструктивных особенностей и с учетом уровня эксплуатации; методика структурного исследования сложной пространственной конструкции соломотряса с целью исключения избыточных связей; зависимость функциональных параметров от эксплуатационных геометрических отклонений; динамическая и математическая модели, имитирующие соломотряс в нагруженном состоянии, которые позволяют представить истинное взаимодействие между деталями и сборочными единицами, составляющими соломотряс; экспериментальная факторная модель, позволяющая прогнозировать наработку на отказ соломотряса с учетом его конструктивных параметров.
Практическое значение работы состоит в: - разработке и реализации системы конструктореко- технологического обеспечения качества клавишных соломотрясов зерноубо рочных комбайнов семейства "Енисей"; разработке принципиально новых конструкций соломотрясов повышенной надежности, являющихся результатом применения КТОК, прошедших регистрацию в Российском агентстве по патентам и товарным знакам; разработке и реализации мероприятий по повышению надежности коленчатых валов и клавиш соломотрясов на ремонтные предприятия; возможность широкого применения разработанной системы КТОК для повышения уровня качества сельскохозяйственных машин.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и одобрены: на международной научно-технической конференции "Инженерия поверхности и реновация изделий" (г. Феодосия. — Киев, 2001 г.); на третьей Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов" (Красноярск, 2001 г.); на научной конференции, посвященной 300-летию инженерного образования России (Юрга, 2001 г.); на научно - практической конференции "Внедрение ресурсосберегающих технологий в сельскохозяйственном производстве" (Новокузнецк, 2001 г.); на научно - практической конференции "Механизация сельскохозяйственного производства в начале XXI века" (Новосибирск, 2001 г.); на региональной научной конференции " Красноярский край: освоение, развитие, перспективы" (Красноярск, 2003 г.); на региональной научной конференции молодых ученых аграрных вузов Сибирского федерального округа "Аграрная наука России в новом тысячелетии" (Омск, 2003 г.); на межрегиональной научно-практической конференции "Повышение устойчивости и эффективности агропромышленного производства в Сибири: наука, техника, практика" (Кемерово, 2003 г.); на всероссийской научно-практической конференции "Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении" (Томск, 2003 г.); на конференции молодых ученых Сибирского федерального округа "Научное обеспечение устойчивого развития АПК в Сибири" (Улан-Удэ, 2004 г.); на всероссийской научно-практической конференции молодых ученых Северо-Западного Федерально- го округа "Молодые ученые в научном обеспечении сельского хозяйства на современном этапе" (Санкт-Петербург-Пушкин, 2003 г.); на международной научно-практической конференции "Повышение устойчивости и эффективности агропромышленного производства в Сибири: наука, техника, практика" (Кемерово, 2004 г.); на 3-ей международной научно-технической Интернет-конференции "Новые материалы и технологии в машиностроении" (Брянск, 2004 г.); на пятнадцатой юбилейной научно-практической конференции по проблемам механики и машиностроения (Новокузнецк, 2005 г.).
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций.
Научные положения, выводы и рекомендации обеспечиваются: в теоретических исследованиях - использованием апробированных методов математической статистики, динамической и математической теории моделирования механических систем, метода планирования экспериментов; теории механизмов и машин по структурному исследованию механизмов; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований по разработанным моделям с данными, полученными в экспериментальных испытаниях с доверительной вероятностью не ниже 95%; в экспериментальных исследованиях - использованием высокоточных измерительных приборов; статистической обработкой результатов по методикам Госстандарта РФ; приемлемой точностью результатов экспериментальных исследований клавишных соломотрясов.
Реализация результатов работы.
Результаты научных исследований апробированы на заводе-изготовителе зерноуборочных комбайнов семейства "Енисей" ПО ОАО "Красноярский завод комбайнов" в виде ресурсного исследования экспериментальных подшипниковых узлов клавишного соломотряса, технологических процессов изготовления основных деталей соломотрясов, сборки.
Теоретические предпосылки и научные аспекты разработанной системы конструкторско-технологического обеспечения качества сельскохозяйст- венных машин вошли в учебное пособие для студентов, обучающихся по специальности 311300 "Механизация сельского хозяйства" и читаются в курсах "Надежность и ремонт машин" и "Технология сельскохозяйственного машиностроения".
Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 работы, в том числе 28 статей, 1 монография, 4 патента на изобретения, зарегистрированные в Российском агентстве по патентам и товарным знакам.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 5 глав, списка использованной литературы из 136 наименований и 11 приложений.
Диссертация содержит 217 страниц, в том числе 185 страниц основного текста, 80 рисунков, 48 таблиц и приложений на 30 страницах.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР Кемеровского государственного сельскохозяйственного института по теме «Повышение надежности и долговечности деталей и узлов сельскохозяйственных машин (Кон-структорско-технологическое обеспечение качества клавишных соломотрясов зерноуборочных комбайнов)», номер государственной регистрации 01.2.00.1 04939, код ВНТИЦ 02 0 322 2/3 0336.
Оценка качества зерноуборочных комбайнов
Под качеством зерноуборочных комбайнов понимается комплекс свойств, характеризуемых функциональными параметрами и обусловливающих способность выполнять определенные функции в детерминированных условиях эксплуатации.
Парк зерноуборочных комбайнов Сибирского федерального округа: Омской, Томской, Новосибирской, Кемеровской областей, Красноярского и Алтайского краев насчитывает более 30 тысяч комбайнов, изношенность которых составляет от 50 до 90%. Таким образом, отложенный спрос на комбайны (при минимальной цене машины более 1 миллиона рублей) достигает как минимум 500 миллионов долларов.
Основу парка составляет отечественная продукция. В большинстве областей СФО (см. рисунок 1.1) самой массовой маркой является «Енисей». В Новосибирской области всего насчитывается 6,935 тысяч комбайнов, из них «Нивы» составляют 53,8 %, «Енисей» - 42,8 %, «Доны» и зарубежные комбайны — 3,4%. В Алтайском крае комбайновый парк составляет 10851 комбайн, из них 50 % - «Нива», 38 % - «Енисей», 12 % - «Дон» и зарубежные. В Томской области из примерно 1 тысячи комбайнов 65 % составляют «Нивы», примерно 20 % - «Енисей», 15% - «Доны» и Topliner. Из 7,5 тысячи комбайнов Омской области 52 % - «Енисей», 45 % - «Нивы», около 3 % - «Доны» и импортные комбайны. В Кемеровской области насчитывается 2318 единиц зерноуборочной техники, из них 34,4 % «Енисей», 44,3 "Нивы" и 21,3 % "Доны" и зарубежные комбайны. В Красноярском крае из 4838 комбайнов 97,4% - различные модификации "Енисея", остальные 2,6 % - «Дон» и "Нива".
Требования к качеству комбайнов определяются сложными условиями эксплуатации (сезонность работы, большие динамические нагрузки, взаимодействие с агрессивной, а главное, абразивной средой) и формируются в про цессе проектирования, изготовления и эксплуатации.
Применительно к зерноуборочным комбайнам, упомянутый ранее в определении качества комплекс свойств включает три группы основных показателей качества: назначения, технологичности и надежности. Уровень качества комбайнов, как машин одного функционального назначения - это степень соответствия фактических свойств (параметров) - базовым показателям качества, которыми обладает выбранная для сравнения базовая машина. Примем гипотетическую модель эталонной машины с совокупностью перспективных базовых параметров, взятых из наилучших результатов испытаний существующих отечественных комбайнов ("Дон-1200", "Енисей-1200", СК-5 "Нива"). За период с 1997 по 2002 г. включительно прошли оценку 22 комбайна "Енисей 1200-ЇМ" с хедерами и валковыми жатками.
Определяющими параметрами машин являются параметры, изменение которых оказывает существенное влияние на изменение уровня качества этих машин [111]. Для зерноуборочных комбайнов это производительность, общие потери зерна, дробление зерна и содержание сорной примеси в зерне.
Ниже приведены основные показатели качества. 1. Показатели назначения - характеризуют свойства объекта, определяющие основные функции, для выполнения которых он предназначен [99]. Сравнительные свойства приведены в таблице 1.1. 2. Показатели технологичности - характеризуют экономичность и приспособленность конструкции к ее изготовлению и эксплуатации. Так как оценку технологичности конструкции выполняем для комбайнов одного функционального назначения, но разных модификаций, то частные показатели выражаем в виде удельных величин (см. таблицу 1.2): показатели качества, выраженные в абсолютных величинах соответственно для i-ых машин и базовых; hijj hoi - j_e показатели в относительных величинах соответственно для i-ых машин и базовых; Цір Цбі — j_e показатели в удельных величинах соответственно для i-ых машин и базовых; kjj - j-ый единичный показатель соответственно при абсолютных, относительных и удельных показателях качества.
Для параметра, с уменьшением значений которого машина ухудшается, должны быть взяты их обратные величины.
Весомость уровней качества по каждому единичному показателю рассматриваемой машины а.у в их общей сумме при j-x параметрах определяется по формуле: Ч = 1 - (1-4) 1к Весомость уровней качества по каждому единичному показателю для модели эталонной машины а$ в их общей сумме (т) при j-x параметрах по формуле: ач = - - = - (1.5)
Весомость yij уровней качества по каждому единичному показателю в значении уровня качества по комплексному показателю модели имеющейся машины: 1-а.. Уу=: (1-6) Весомость Уу модели эталонной машины: Убі = - (1.7) Суммарное значение уровней качества по единичным показателям І-й машины с учетом их коэффициентов участия:
Формирование конструкций без избыточных связей
Моделирование соломотряса [114] представляет собой процесс его замещения некоторой моделью и проведение исследований на ней с целью получения необходимой информации.
Математическое моделирование позволит посредством математических символов и зависимостей составить описание функционирования соломотряса в окружающей внешней среде, определить выходные параметры и характеристики, получить оценку показателей эффективности и качества, осуществить поиск оптимальной конструкции и параметров.
Модель соломотряса будет считаться адекватной, если отразит его исследуемые свойства с приемлемой точностью. Точность оценивается степенью совпадения предсказанных в процессе вычислительного эксперимента на модели значений выходных параметров с истинными их значениями.
В исследовании соломотряса математическая модель будет представлена системой нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений, которая в нормальной форме Коши имеет вид: du/dt= F(w,t), (2.10) где ш — вектор фазовых координат; t - независимая переменная (время). Система, состоящая из уравнений (2.10), будет описывать динамические режимы функционирования соломотряса.
Компонентные уравнения элементов соломотряса
Состояние простого элемента характеризуется одной фазовой переменной типа потока и одной переменной типа потенциала. Математическая модель, описывающая физическое свойство элемента, должна выражать зависимость между этими фазовыми переменными. Это выражение называется компонентным уравнением.
Вращательное движение деталей соломотряса характеризуется угловой скоростью ш и вращающим моментом М. Они принимаются в качестве фазовых переменных механической системы: - фазовые переменные типа потока - скорость о, рад/с; - фазовые переменные типа потенциала - вращающие моменты М, Н-м.
Параметром инерционного элемента при вращательном движении является момент инерции J, кг-м2.
Диссипативные элементы отображают свойства диссипации (рассеивания) энергии конструктивными элементами технического объекта, обусловленные силами внутреннего трения, пропорциональными относительной скорости перемещения взаимодействующих сосредоточенных масс.
Параметр диссипативного элемента - коэффициент сопротивления ц. При вращательном движении он измеряется Н-м-с/рад.
Упругие элементы отображают упругие свойства динамической системы. Параметр упругого элемента - коэффициент жесткости с. При вращательном движении в качестве единицы измерения с используется — Н-м/рад.
Компонентное уравнение инерционного элемента получим на основе второго закона Ньютона. Для вращательного движения твердого тела уравнение имеет вид: MH=Jd(oH/dt, (2.11) где Ми -момент сил инерции (или инерционный момент) элемента; о и - скорость инерционного элемента.
Скорость сои представляет собой абсолютную скорость сосредоточенных масс при вращательном движении.
Математическое описание диссипативного элемента основано на использовании закона Ньютона для вязкого трения. При вращательном движении компонентное уравнение имеет вид: Мд = цсод, (2.12) где Мд —момент вязкого трения; сод — скорость диссипативных элементов. Согласно закону Гука сила упругости деформируемого механического элемента пропорциональна величине деформации: Fy = cA, (2.13) где Д — деформация элемента: Д = xi — х2; хь х2 - перемещения узлов дискретизации 1 и 2 (или выделенных сосредоточенных масс). Выражая перемещения х через фазовую переменную со, получаем следующее компонентное уравнения упругих элементов при вращательном движении: My = cjtuydt, (2.14) где Му — момент упругих элементов; coy — скорости деформации упругих элементов.
Упругие и диссипативные элементы в динамической модели соединяют между собой сосредоточенные массы. В этой связи скорости этих элементов toy и сод представляют собой относительные скорости соединяемых ими сосредоточенных масс: toyj = to; - toj+]; (2.15) где coyj - скорость деформации j-ro упругого элемента; содк - скорость k-го диссипативного элемента; сої - соі+і - скорости і-й и (і+1)-й сосредоточенных масс (твердых тел), со единяемых j-м упругим и к-м диссипативным элементами.
Моменты Ми, Му, Мд инерционных, упругих и диссипативных элементов характеризуют их взаимодействия в динамической модели. Они представляют собой внутренние силы системы.
Планирование экспериментальных исследований
Задачей планирования исследований [21] является обоснование объема испытаний и выбор оптимальных режимов с целью определения необходимых характеристик с заданной степенью точности и надежности.
Схема экспериментальных исследований: 1. Формулировка системы предпосылок, призванных ограничить соломотряс в пространстве и времени; 2. Создание модели соломотряса (стенд, имитирующий реальные условия; дубликат соломотряса, уменьшенный по сравнению с натурным соломотрясом, созданный на основе применения теории подобия); 3. Исследование модели соломотряса на основе применения наиболее экономичных и эффективных методов планирования экспериментов, современных приборов и методик; 4. Анализ экспериментальных данных методами математической статистики, создание адекватных зависимостей и математической модели; 5. Использование полученных зависимостей и математической модели для исследования модели соломотряса с целью повышения его надежности; 6. Экспериментальная проверка разработанных новых соломотрясов повышенной надежности.
Задачи определения ресурса серийных и разработанных элементов конструкции соломотрясов: 1. Оценка ресурса серийного соломотряса и определение работоспособности соломотрясов с новыми элементами. 2. Оценка ресурса коленчатых валов и подшипников скольжения соломотрясов. Задачи определения нагруженности конструкции соломотряса: 1. Определение размеров знакопеременных усилий растяжения-сжатия на клавишах. 2. Определение крутящих моментов на валах. 3. Определение мощности на ведущем коленчатом валу. Задачи экспериментальных исследований надежности соломотряса: 1. Построение размерных цепей. 2. Статистическое исследование отклонений размеров деталей соломотряса. 3.2 Испытание серийных соломотрясов
В серийных соломотрясах коленчатые валы соединены с клавишами при помощи подшипников скольжения с алюминиевым корпусом и металло-керамическими вкладышами. Место испытания. Режимы испытания, характеристика особых узлов: 1. Лаборатория стендовых испытаний ПО ОАО "Красноярский завод комбайнов". 2. Частота вращения ведущего вала соломотряса п=195 ± 5 мин"1. 3 .Статическая нагрузка на клавиши соломотряса 15 кг на каждую. Стенды и аппаратура:
1. Испытания проводились на специальном стенде, воспроизводящем кинематические и геометрические параметры работы соломотрясов (см. рисунок ЗЛ).
Схема замеров шеек и вкладышей нового подшипникового узла Схема замеров: замеры проводились микрометрированием с помощью микрометра МК 0-25 с точностью измерения 0,01 мм (см. рисунок 3.2).
Шейки ведущего и ведомого валов измерялись в четырех сечениях во взаимно перпендикулярных плоскостях (рисунок 3.2), а вкладыши - в трех сечениях. Результаты: 1. Наработка за период испытаний составила 1624 часа, что соответствует заданному ресурсу за срок службы комбайна. 2. По окончанию испытаний подшипниковые узлы и клавиши находятся в работоспособном состоянии. 3. Результаты замеров поверхностей скольжения приведены в таблицах 1-4 приложения 5. 4. За период испытаний соломотряса отказов не установлено. Выводы:
1. Величина износа шеек валов за период испытания соломотрясов не превышают допустимых ремонтных размеров (29,6 мм).
2. С целью достоверности оценки ресурса соломотрясов они были испытаны в условиях рядовой эксплуатации (см. приложение 6), что показало соответствие лабораторным исследованиям.
3,3 Испытания соломотряса с новыми подшипниковыми узлами Соломотрясы укомплектованы опытными подшипниками со стальными корпусами и механизмом сбрасывания на базе серийных подшипников с алюминиевыми корпусами и металлокерамическими вкладышами.
Краткая характеристика и особенности испытываемых объектов: 1. Для исключения наиболее значимых избыточных связей, дающих самые негативные усилия сжатия и растяжения на клавишах предлагается новая конструкция подшипникового узла на базе имеющихся металлокерамических, применяющиеся на соломотрясах зерноуборочных комбайнах семейства «Енисей».
Устройство нового подшипникового узла представлено на рисунке 3.3. Подшипниковый узел состоит из двух полукорпусов 5, которые соединены с помощью болтов 1. Коленчатый вал соломотряса 2 установлен в чугунных (металлокерамических) вкладышах 6 (4 шт.). Вкладыши имеют возможность перемещаться вдоль полукорпусов 5 в направлении оси клавиши (на рисунке 3.2 клавиши не показаны). В каждую пару вкладышей 6 упирается упорная пластина 7, которая в свою очередь связана с помощью шпилек 11 и гаек 8 с наружной опорной пластиной 4, таким образом, составляя жесткую рамку. В пол у корпус подшипникового узла 5 ввернута шпилька 10, на которую надета пружина 9, поджатая гайкой 3. В результате чего второй конец пружины 9 упирается в наружную упорную пластину 4 жесткой рамки. Таким образом, пара вкладышей 6 вместе с коленчатым валом соломотряса 2 прижимаются к задней стенки полукорпуса 5 под действием усилия пружины 9.
Установление зависимостей функциональных параметров от геометрических отклонений размеров коленчатых валов
Функциональными параметрами для соломотряса (см. рисунок 4.1) являются усилие растяжения-сжатия на клавишах и зазоры-натяги в сопряжении "подшипник - коленчатый вал". Геометрические отклонения размеров коленчатых валов, обусловлены угловыми смещениями шеек и радиусов кривошипов.
Для изучения связей между рассматриваемыми параметрами определим корреляционную зависимость между случайными величинами [114]. При анализе результатов экспериментов решаем задачи в рамках линейной зависимости между нормально распределенными случайными величинами. В качестве количественной оценки тесноты связи между случайными величинами используем коэффициент корреляции:
Регрессионный анализ предусматривает оценку параметров уравнения линии регрессии с учетом скедастическои зависимости, а также проверку гипотезы о соответствии выбранной функции данным наблюдений.
Уравнение теоретической линии регрессии имеет вид: M(Y/X) = а + р (х - х), (4.3) где а —уровень значимости; M(Y/X) - условное математическое ожидание величины при фиксированном значении X = х. Проведем регрессионный анализ зависимостей между геометрическими отклонениями и усилиями растяжения-сжатия на клавишах. Регрессионный анализ зависимостей проводился с использованием ПК в программном продукте Econometrics Views.
Используя результаты замеров и испытаний (таблица 1 приложения 7) была разработана методика и получены следующие результаты расчетов: 1. Для оценки влияния факторов рассчитана матрица парных коэффициентов корреляции (таблица 4.1). Для коэффициентов при геометрических отклонениях доверительный интервал составит: С, = -19,64652± t095(29)-9,038695 = -19,65±2,045-9,04 = -19,65± 18,5 С2 = 90,27061 ± t0i9S(29)-5,024276 = 90,27 + 2,045-5,02 = 90,27± 10,3
Доверительный интервал накрывает истинное значение параметра с заданной вероятностью. Доверительная вероятность составляет 95 %.
Для определения зависимости динамических параметров соломотряса от функциональных параметров и для решения обратной задачи составим корреляционную зависимость между случайными величинами и выразим корреляционными уравнениями.
По методике, изложенной выше, используя результаты замеров и испытаний (таблица 1 приложения 7), проведем регрессионный анализ зависимости между усилиями растяжения-сжатия на клавишах и средним крутящим моментом на ведущем валу.
Построение экспериментальной факторной математической модели Экспериментальные факторные модели, в отличие от теоретических, не используют физических законов, а представляет собой формальную зависимость выходных параметров от внутренних и внешних параметров объектов. Используя результаты замеров и испытаний (таблица 1 приложения 10) были получены следующие результаты расчетов.
Так, для соломотрясов выходным параметром был принят один из показателей надежности - средняя наработка на отказ, так как ресурс соломотрясов ограничен только этим показателем. В свою очередь параметрами, влияющими на наработку на отказ (внутренние параметры), приняты отклонения от параллельности группы шеек коленчатых валов и твердость закалочных зон коленчатых валов.
Для комплексной оценки влияния отклонения от параллельности группы шеек коленчатых валов и твердости закалочных зон коленчатых валов на наработку на отказ выразим зависимости множественными корреляционными уравнениями.
Анализ факторных зависимостей и динамики соломотряса На основании полученных зависимостей и закономерностей сделаны выводы: - между нормально распределенными случайными величинами геометрических отклонений коленчатых валов и усилиями растяжения-сжатия на клавишах наблюдается четко выраженная линейная зависимость с коэффициентом корреляции 0,96; - зависимость между усилиями растяжения-сжатия на клавишах и средним крутящим моментом на ведущем валу также является линейной с коэффициентом корреляции 0,82; - экспериментальная факторная модель показала, что внутренние переменные (отклонение от параллельности групп шеек коленчатых валов и твердость закалочных зон коленчатых валов) независимы между собой, а с внешним параметром (средняя наработка на отказ) они имеют достаточно высокую зависимость с высоким коэффициентом корреляции, причем наибольшее прямое влияние на внешний параметр оказывает непараллельность шеек, а наименьшее обратное - твердость закалочных зон; - на основании анализа прямой зависимости отклонений размеров коленчатых валов на показатель надежности соломотряса, необходимо разработать соответствующие мероприятия для повышения качества ремонта и восстановления коленчатых валов.
На основании данных исследования усилий растяжения-сжатия в клавише и полученных зависимостей рассчитаем значения крутящих моментов на ведущем валу в зависимости от угла его поворота (см. таблицу 1 приложения 11). По результатам вычислений построим график зависимости динамики крутящего момента на ведущем коленчатом валу от угла его поворота (см. рисунок 4.7).
Для проверки сходимости динамики, полученной расчетным путем по математической модели и динамики по экспериментальным исследованиям, наложим два графика (рисунок 2.14 и 4.7 ) друг на друга (рисунок 4.8 и 4.9).
