Содержание к диссертации
Введение
1 Классификация способов передачи мощности и постановка задачи исследований 13
1.1 Перспективы развития уборочных машин 13
1.2 Влияние скоростных режимов работы шпинделя на его захватывающую способность 17
1.3 Влияние коэффициента опережения шпиндельных барабанов на технологический процесс сбора хлопка 20
1.4 Обоснование коэффициента опережения шпиндельных барабанов с учетом агропоказателей хлопкоуборочной машины 24
1.5 Обзор исследований привода рабочих органов хлопкоуборочных машин 26
1.6 Анализ различных систем привода рабочих органов хлопкоуборочной машины 32
1.7 Анализ методов исследования надежности работы сложных систем применительно к уборочным машинам 46
1.8 Постановка задачи исследований 57
Выводы по 1 главе 59
2 Разработка и экспериментальные исследования регулируемого привода уборочного аппарата 60
2.1 Система управления режимами работы уборочного аппарата 60
2.2 Обоснование электромеханических параметров привода 62
2.2.1 Разработка принципиальной электрической схемы 62
2.2.2 Выбор параметров электрооборудования 65
2.3 Методика проведения экспериментальных исследований 70
2.4 Разработка стенда 74
2.5 Разработка силовой и измерительной схемы стенда 79
2.6 Лабораторные исследования 82
2.7 Разработка макетного образца хлопкоуборочной машины с регулируемым приводом рабочих органов 88
2.8 Полевые исследования 94
Выводы по 2 главе 100
3 Теоретические исследования экспериментальных характеристик агропоказателей при различных режимах работы уборочных машин 101
3.1 Анализ методов моделирования скоростных параметров уборочного аппарата 101
3.2 Выбор и обоснование методы моделирования 103
3.3 Алгоритм получения интерполяционных моделей 105
3.4 Формирование уровней общего вида исследуемых поверхностей технологического процесса 108
3.5 Методика исследований характеристики уборочного аппарата 113
3.6 Исследование агротехнических показателей уборочных машин 117
3.7 Определение экстремума коэффициента опережения шпиндельных барабанов для различных условий работы 121
3.7.1 Анализ работы уборочного аппарата по критерию опадения хлопка на землю 121
3.7.2 Анализ работы уборочного аппарата по критерию засоренности и оставления на кустах хлопка-сырца 123
Выводы по 3 главе 129
4 Теория оценки надежности технологического процесса уборки с учетом вероятностного состояния элементов конструкции 130
4.1 Модернизация элементов уборочных машин и определение параметров их надежности 130
4.2 Исследование структуры уборочных машин и формирование ее модели 133
4.3 Исследование структурно-функциональных моделей 138
4.3.1 Классификация элементов системы, принятые допущения 138
4.3.2 Методика формирования структурных схем и аналитических моделей 143
4.4 Оценка надежности технологического процесса работы рабочих органов уборочных машин 144
Выводы по 4 главе 159
5 Разработка методов повышения надежности технологического процесса уборки в период эксплуатации уборочнбіх машин 160
5.1 Задачи и методы вибродиагностики в обкатке и испытании 160
5.2 Анализ факторов, влияющих на качество работы механической системы 164
5.3 Информационные свойства изменения вибрации в процессе обкатки и испытания машин 167
5.4 Измерение вибрации 168
5.5 Область использования прибора для определения остаточного ресурса подвижных сопряжений 170
5.6 Тарировочные исследования прибора 179
5.7 Повышение технологической надежности уборочных машин на стадии их эксплуатации за счет восстановления физико-механических свойств изношенных деталей 186
5.8 Накатка поверхностей сложного профиля 189
5.9 Проведение лабораторных и тарировочных исследований 198
Выводы по 5 главе 204
6 Экономическая эффективность новой системы регулирования привода уборочного аппарата хлопкоуборочной машины 205
6.1 Расчет экономической эффективности от повышения технологической надежности хлопкоуборочных машин 205
6.2 Расчет экономической эффективности от повышения технологической надежности кормоуборочных машин 217
Общие выводы и рекомендации 223
Литература 226
Приложения 247
- Влияние коэффициента опережения шпиндельных барабанов на технологический процесс сбора хлопка
- Разработка макетного образца хлопкоуборочной машины с регулируемым приводом рабочих органов
- Формирование уровней общего вида исследуемых поверхностей технологического процесса
- Область использования прибора для определения остаточного ресурса подвижных сопряжений
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время перед агропромышленным комплексом страны стоит важная проблема повышения эффективности использования сельскохозяйственной техники за счет повышения надежности функционирования ее агрегатов и узлов, а также за счет снижения потерь продукции в процессе уборки урожая. Повышение надежности функционирования сельскохозяйственных машин возможно за счет использования новых элементов и принципиальных схем реализации конструктивных решений на стадии проектирования, а также своевременного и качественного диагностирования состояния агрегатов и узлов этих сельхозмашин на стадии эксплуатации. Снижение потерь при проведении уборочных работ возможно за счет изменения скорост-^Ьых режимов работы рабочих органов уборочных машин в зависимости от со-^ггояния агрофона поля (для кормоуборочных машин - урожайность, густота стояния; для хлопкоуборочных машин - урожайность, густота стояния, процент раскрытия). На существующих уборочных машинах скоростные режимы рабочих органов выбраны с учетом определенного агрофона поля. При этом считается, что этот агрофон поля имеет одинаковые характеристики по всему участку. Но из-за влияния различных факторов состояние агрофона поля на конкретных участках может меняться довольно таки в широких диапазонах, что существенно влияет на технологическую надежность уборочных машин.
Пути решения указанных проблем и технических вопросов в предлагаемой работе рассматривается на примере совершенствования конструкции проектируемых хлопкоуборочных и кормоуборочных машин с целью улучшения их эксплуатационных и агротехнических показателей за счет повышения надежности технологического процесса уборки при работе этих машин на полях с различными характеристиками агрофона поля.
В настоящий момент Россия ощущает острый дефицит в продукции хлопководства. На 85% легкая промышленность России зависит от импортного хлопка. Наряду с увеличением поставок по импорту хлопка с ближнего и дальнего зарубежья Россия активно занимается вопросами развития хлопководства в своих южных регионах Астраханской области и Краснодарского края. В дельте нижней Волги хлопок начал активно возделываться со второй половины 90-х Ардов. В виду высокого стабильного спроса текстильной промышленности РФ ^Иа хлопок его производство в регионе нижнего Поволжья успешно развивается. Урожайность возделывания хлопчатника с 17-19 ц с гектара в середине 90-х годов возросла с 21 -24 ц с гектара, что является довольно таки высоким показателем. К 2007 г. запланировано расширение посевов хлопка в Ставрополье, Дагестане и Калмыкии.
Качество функционирования кормоуборочных машин характеризуется производительностью, потерями, измельчением кормовых культур. Значения этих показателей зависят от факторов, таких как кинематический режим работы агрегата, энергозатраты и др. В настоящее время на большинстве кормоуборочных машинах выбор рациональных технологических режимов осуществляется путём изменения скорости движения машины, что не всегда является эффек-
тивным. Задача регулирования привода рабочих органов уборочных машин сводится к обеспечению равномерной загрузки рабочих органов при изменении агрофона поля. Эту задачу можно решить путем варьирования скорости вращения рабочих органов кормоуборочных машин. Это позволит улучшить качество технологического процесса, повысить производительность, уменьшить энергозатраты при эксплуатации уборочных машин.
Таким образом, для повышения качества собираемого урожая и снижения потерь в процессе уборки необходимо: повысить надежность работы рабочих органов уборочных машин, путем подбора рациональных скоростных режимов их работы в зависимости от состояния агрофона поля. На существующих уборочных машинах решение этой задачи затруднено. Они имеют невысокие эксплуатационные показатели из-за частых функциональных отказов системы ig нарушения стабильности работы рабочих органов, которые могут быть вызваны" несоответствием их технологических параметров и характеристик агрофона поля.
Одним из способов решения этой проблемы может быть использование регулируемого способа передачи мощности от силовой установки к рабочим органам уборочных машин, а также разработка системы прогнозирования остаточного ресурса элементов конструкции этих машин.
Повышение технологической надежности уборочных машин за счет подбора рациональных скоростных параметров их рабочих органов позволит улучшить агротехнические показатели этих машин. Это может быть достигнуто разработкой регулируемой системы привода рабочих органов, позволяющего плавно изменять свои скоростные режимы согласно характеристикам агрофона поля. Решение этой проблемы позволяет повысить агротехнические показатели, производительность и надежность работы уборочной машины.
Объею- исследований. Сельскохозяйственные уборочные машины на примере хлопкоуборочных и кормоуборочных машин.
Предмет исследований. Технологическая надежность уборочных машин при работе их на неоднородных агрофонах поля.
Цель исследования. Повышение технологической надежности убороч
ных машин на стадии проектирования и их эксплуатации путем разработки ре
гулируемого привода рабочих органов и системы оценки вероятностного cog
стояния элементов конструкции в заданный период наработки.
Задачи исследований:
Обосновать необходимость определения технологической надежности сельскохозяйственных уборочных машин с учетом состояния агрофона поля.
Определить необходимые диапазоны регулируемого привода рабочих органов уборочных машин при работе их на неоднородных агрофонах поля.
Разработать математические модели, адекватно отражающие взаимосвязь варьируемых входных факторов (скоростные параметры рабочих органов уборочных машин, состояние агрофона поля) и функции отклика (агропоказа-тели уборочных машин).
Предложить структурно-функциональные схемы элементов и сопряжений рабочих органов уборочных машин во взаимосвязи конструктивной и тех-
нологической надежности работы этих машин на неоднородных агрофонах поля для использования их на стадии проектирования.
Разработать средства технического обеспечения, направленные на повышение технологической надежности уборочных машин в период их эксплуатации.
Результаты научных исследований внедрить на предприятиях агропромышленного комплекса и в учебный процесс преподавания технических дисциплин в среднеспециальных и высших учебных заведениях.
Методика исследования. В теоретических исследованиях и разработанных методах расчета использованы основные положения теории надежности, математической статистики, теории вероятностей и регрессионного анализа.
эй анализе конструктивной и технологической надежности уборочного аппа-та использованы научные предпосылки и методы, разработанные МВ.Сабликовым, М.ИЛандсманом, С.С.Чечелем, Р.Г.Идиятуллиным, Д.М.Шполянским, Е.А.Пучиным, A.M. Мухаммадиевым, В.К. Ильиным.
Экспериментальные исследования по определению агротехнических показателей машин проводились согласно разработанной методике. Данные, полученные в результате этих исследований, обрабатывались методами математической статистики. Обобщение результатов экспериментальных исследований проводились при помощи интерполяционных полиномов Лагранжа, в результате чего были получены экспериментальные характеристики агротехнических и технологических параметров уборочного аппарата, позволившие оценить их рациональные уровни.
Предложена методика математического моделирования, позволяющая оценить надежность технологического процесса работы уборочных машин с учетом технического состояния элементов конструкции и состояния агрофона поля.
Научная новизна:
- Разработаны теоретические основы для определения функциональной
зависимости между технологическими параметрами уборочных машин (скоро
стные режимы рабочих органов, поступательная скорость машины), состоянием,
агрофона поля и функции отклика, исследуемого агропоказателя, позволяющие
екомендовать рациональные уровни скоростных режимов работы уборочных 'ашин на неоднородных агрофонах поля.
Разработаны новый регулируемый привод рабочих органов уборочных машин и система управления им, позволяющие на стадии проектирования повысить технологическую надежность уборочных машин при работе их на изменяющихся агрофонах поля (А.с. №1505464, решение о выдаче патента на полезную модель по заявке №2006110749).
Предложены обобщающие математические модели, позволяющие оценить технологическую надежность работы уборочных машин на неоднородных агрофонах поля, с учетом технического состояния элементов их конструкции на стадии проектирования.
Предложены мероприятия по повышению технологической надежности уборочных машин на стадии их эксплуатации путем разработки системы без-
разборного диагностирования технического состояния подвижных сопряжений элементов конструкций уборочных машин (А.с. №1749722, патент на полезную модель № 57904) и устройства, позволяющего восстанавливать физико-механические свойства изношенных деталей рабочих органов уборочных машин (Патент на изобретение № 2280549). Практическая ценность.
Рекомендована схема регулируемого привода уборочного аппарата, которая позволяет обеспечить необходимые скоростные режимы нагружения уборочного аппарата и повысить надежность технологического процесса уборки урожая.
Использование регулируемой системы привода уборочного аппарата хлопкоуборочной машины позволяет увеличить полноту сбора хлопка-сырца на. 7% по сравнению с серийной хлопкоуборочной машиной. Результаты прив^Ц денных исследований дали возможность рекомендовать Головному специализированному конструкторскому бюро по машинам для хлопководства (ГСКБ) рациональные уровни технологических параметров уборочного аппарата, которые могут быть использованы в перспективных разработках.
Разработаны прибор для диагностирования технического состояния подвижных сопряжений элементов конструкции уборочных машин и устройство для восстановления физико-механических свойств изношенных деталей рабочих органов этих машин, что позволит повысить их технологическую надежность до 12% в период эксплуатации.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований переданы ГСКБ по машинам для хлопководства в виде научно-технических отчетов. По результатам исследований разработана система безразборного определения остаточного ресурса подвижных сопряжений, используемая на предприятиях АПК. Результаты исследований и практические рекомендации внедрены в хозяйствах агропромышленного комплекса Республики Татарстан. Устройство для вибродиагностирования коробок переменных передач тракторов и автомобилей при обкатке, устройство для восстановления упругости пружин сложных и простых сельскохозяйственных машин переданы в производство на НПО «Агросервис». Прибор для безразборного диагностирования состояния подвижных сопряжений элементов механических конструкций принят к внедре^ нию в ЗАО «Институт аэрокосмического приборостроения». Результаты иссле^ дований по повышению технологической надежности сельскохозяйственных машин переданы в отдел механизации МСХ и П Республики Татарстан. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс Казанского ГАУ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном научно-методическом совещании (Челябинск, 1983 г.), на научно-технической конференции (Челябинск, 1985 г.), на научно-производственной конференции молодых ученых Узбекистана (Ташкент, 1985 г.), на научно-производственных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ТИИИМСХ (Ташкент, 1985-1988гг.), на Всесоюзной научно-практической конференции (Новосибирск, 1989 г.), на Вузовских конференциях (Казань, 1999-2001 гг.), на Международных научно-
практических конференциях (Алма-Ата 1997 г., Акмола 1997 г., Ташкент 1997 г., Казань 2004-2005 гг., Липецк 2005 г., Москва 2005-2006 гг.).
Основные положения диссертации, представляемые к защите заключаются в следующем:
аналитические зависимости для определения рациональных значений скоростных параметров технологического процесса уборки;
аналитические зависимости, позволяющие оценить вероятностное состояние элементов конструкции уборочных машин, повышающие надежность технологического процесса уборки на стадии проектирования уборочных машин;
- система плавного регулирования скоростных параметров рабочих орга-
^Ьв уборочных машин в зависимости от состояния агрофона поля;
1 - система безразборного прогнозирования остаточного ресурса подвижных сопряжений рабочих органов уборочных машин, повышающая надежность технологического процесса уборки на стадии эксплуатации.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 56 научных работ, в том числе 6 статей в реферативных журналах, входящих в перечень ВАК, два авторских свидетельства, один патент на изобретение, два патента на полезную модель.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Изложена на 282 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков, 29 таблиц, содержит библиографию из 202 наименований.
Влияние коэффициента опережения шпиндельных барабанов на технологический процесс сбора хлопка
В настоящее время важным вопросом практики конструирования является повышение производительности уборочных машин. Пути решения этой задачи различны. Они реализуются на вновь разрабатываемых машинах за счет увеличения скорости, ширины захвата, повышения надежности работы и стабильности технологического процесса сбора урожая.
Повышение производительности машины за счет увеличения скорости движения возможно до определенных пределов. Другие же пути достижения этого в значительной мере сдерживаются отсутствием гибкого регулируемого привода рабочих органов машины.
Вопросы, связанные с разработкой регулируемого привода рабочих органов уборочных машин, оценкой влияния состояния агрофона поля, рассматривались на примере хлопкоуборочной и кормоуборочной машин.
Решение задач, связанных с регулированием загрузки кормоуборочных комбайнов типа КСК-100 с целью обеспечения равномерной подачи растительной массы на рабочие органы при работе кормоуборочного комбайна на неоднородных фонах поля занимался В.И. Славкин [180]. По его предложению наиболее рационален способ решения этой задачи, который заключается в варьировании поступательной скорости движения комбайна, что позволит улучшить качество технологического процесса, повысит производительность и уменьшит расход топлива. Система регулирования подачи растительной массы автором была выражена в виде структурной схемы, приведенной на рисунке 1.1. Регулирование загрузки рабочих органов кормоуборочных машин за счет их поступательной скорости не в полной мере отвечает вопросам качества измельчения растительной массы.
На наш взгляд наиболее лучшие результаты по технологической надежности кормоуборочных машин может быть достигнуты не за счет регулирования поступательной скорости комбайна, а за счет изменения скоростных параметров рабочих органов комбайна в зависимости от изменения состояния агрофона поля.
Задача регулирования привода рабочих органов уборочных машин сводится к обеспечению равномерной загрузки рабочих органов при изменении агрофона поля. Эту задачу можно решить путем варьирования скорости вращения рабочих органов уборочных машин.
Регулирование скорости вращения питающего аппарата и сменных рабочих органов производится в зависимости от состояния агрофона поля. Если при работе изменяется агрофон поля, а, следовательно, и нагрузка на рабочие органы, то производится регулирование скорости вращения питающих вальцов и сменных рабочих органов при помощи установленного вариатора. Привод вариатора осуществляется механическим путем. Пределы регулирования скорости вращения выходного вала коническо-цилиндрического редуктора находятся в диапазоне от 900 до 1100 с"1 при номинальной частоте вращения 954 с"1.
При таком способе регулирования скорости вращения питающего аппарата и сменных рабочих органов производительность увеличивается и составляет 48,3 т/ч, потери составляют 7%, расход топлива снижается на 4%. При этом скорость движения комбайна постоянна 12 км/ч. [44]
Также в работе были проведены исследования технологической надежности работы хлопкоуборочных машин на неоднородных агрофонах поля.
Надежность технологического процесса съема хлопка-сырца с куста и транспортирование его в накопитель в значительной мере зависит от состояния агрофона поля, в понятие которого входят следующие показатели: сорт хлопчатника, геометрические параметры куста, густота состояния растений, степень раскрытия коробочек, опадание листьев [153].
Под руководством Д.М. Шполянского сотрудниками САИМЭ проводились исследования влияния геометрических параметров куста хлопчатника на агротехнические показатели вертикально-шпиндельных машин [197, 198, 199]. В процессе исследования большое внимание уделялось изучению деформации куста хлопчатника в момент прохождения его через рабочую камеру уборочного аппарата при различных величинах рабочей щели и скоростных режимов. В результате исследований установлено, что на характер изменения прогиба растений, а значит и на полноту сбора, существенно влияют коэффициент опережения шпиндельных барабанов, величина рабочей щели, густота стояния кустов и высота потолка рабочей камеры.
Сотрудниками Ташкентского политехнического института проводилась работа по выбору оптимального размера рабочей щели для обеспечения наивысших агротехнических показателей уборочного аппарата в зависимости изменения характера кустов хлопчатника во время работы машины на поле [177]. В качестве входного параметра для регулирования величины рабочей щели ими были выбраны геометрические размеры куста. В виду того, что большинство исследователей рекомендуют выбирать величину рабочей щели по среднему диаметру раскрывшихся коробочек, авторами статьи была выделена зависимость между геометрическими размерами куста, его урожайность и диаметром раскрывшихся коробочек.
О неоднородности урожайности на конкретных хлопковых полях можно судить по данными НИИ селекции и семеноводства хлопчатника (ЦНИИССХ) и Среднеазиатского института механизации и электрификации сельского хозяйства (САИМЭ) [198]. Так например, на поле, оцененном 70%-ным раскрытием, обнаружено, что 5% растений вообще не имеют раскрытых коробочек; 5% -имеют 27,3% раскрытых коробочек; 7,5% - 45,4%; 7,6% - 63,6%; 17,5% - 72,8%; 12,5 - 81%; 20%о - 90,9%) и 25% растений имеют 100% -ное раскрытие коробочек. Аналогичные данные, полученные САИМЭ, показывают, что на поле, оцениваемом 70% -ным раскрытием коробочек, установлено также, что 2% растений вообще не имеют раскрытия коробочек, 8% - имеют 30,1% раскрытых коробочек; 9% - 40,7%; 20% - 65%; 25% - 76%; 14% - 82,5%; 12% - 90,4% и 10% растений имеют 100%-ное раскрытие коробочек.
На основании приведенных данных возникает вывод о необходимости регулирования технологических и скоростных параметров уборочного аппарата для повышения стабильности его работы при изменении состояния агрофона поля.
Для поддержания оптимальной формы куста в рабочей камере уборочного аппарата рекомендуется, как правило, выбирать большую максимальную рабочую щель, но без ущерба полного сбора. Уменьшение размеров рабочей щели вызывает усиление сжатия кустов, что приводит к увеличению прогиба и наклона растений. На существующих серийных хлопкоуборочных машинах величину рабочей щели устанавливают в зависимости от состояния агрофона поля перед заездом машины в рядки.
Разработка макетного образца хлопкоуборочной машины с регулируемым приводом рабочих органов
Использование щеточного съемника вызывает возрастание динамических нагрузок на элементы. Требуется периодически производить регулировку натяжения ремней. При работе или замене ремней требуется съем воздуховодов, т.е. они находятся внутри ремней. Следовательно, с точки зрения эксплуатационной надежности и ремонтопригодности данный тип привода не удовлетворяет необходимым требованиям.
Более рациональное решение привода вентилятора при сохранении конструктивного исполнения найдено А.А. Слободкиным. Он в качестве привода применил гибкий вал, который позволяет хорошо использовать свободное пространство машины.
Эксплуатационные исследования данной системы привода вала показали следующее. Длительная работа гибкого вала при больших оборотах (500 об/мин) связана с большими деформациями и знакопеременными нагрузками, что приводит к большим потерям чрезмерному нагреву, а следовательно, и снижению КПД передачи.
В САИМЭ разработали схему пневмотранспортной системы с нижней подачей воздуха в приемную камеру [197], позволяющая улучшить компоновку хлопкоуборочной машины. В разрабатываемой схеме вентилятор установлен непосредственно на уборочном аппарате на задней раме вверху. Привод вентилятора осуществляется от дополнительно установленного редуктора, уборочного аппарата ремнями.
Вентилятор соединен подводящим трубопроводом, проходящим под нижней панелью уборочного аппарата. Воздух в приемную камеру поступает через поворотное колено. Эта система загромождает уборочный аппарат воздуховодами, приводом вентиляторов и другими узлами. Требует постоянной регулировки натяжения ремня, т.к. в противном случае будет падать производительность вентилятора, что может вызвать забои хлопка.
Использование в качестве привода вентилятора ременной передачи снижают надежность работы передачи. Вместе с тем, из-за нарушения аэродинамических параметров могут быть забои хлопка в системе.
Перечисленные способы совместной компоновки системы пневмотранспорта, привода вентилятора и уборочного аппарата показывают, что в этом направлении достигнуты большие результаты. Это позволило снизить металлоемкость за счет упрощения конструкции хлопкоуборочной машины. Улучшить технологический процесс транспортировки хлопка. Снизить процесс разрушения семян при сохранении качества волокон.
Однако анализ показывает, что применение ременного привода в большинстве вариантов отрицательно сказывается на технологической надежности системы пневмотранспорта. Из-за частных ослаблений ремней и их проскальзывания нарушаются условия работы системы пневмотранспорта и аппарата. Предусмотренные инструкцией регулировки натяжения ремней является нежелательным, т.к. в процессе эксплуатации они не выполняются.
Поэтому назрела необходимость разработки такой системы привода, которая исключила бы эти недостатки, а именно; потерю оборотов вентилятора ниже предусмотренных технологическими параметрами [9].
Таким образом, имеющиеся недостатки сдерживают развитие механической передачи. Однако, положение не ограничивается только этим. Недостатки механической передачи сдерживают развитие агрегатов и узлов, применяемых на сельхозмашинах, т.е. в какой то мере являются тормозом на пути совершенствования и создания высокоэффективных сельскохозяйственных машин, которые удовлетворяли бы современным тенденциям.
В связи с этим возникает необходимость разработки принципиально новых способов передачи мощности от ВОМ трактора к рабочим органам. Имеются разработки, которые в основе используют гидравлические передачи мощности. Они позволяют осуществлять дистанционную передачу мощности, обладают гибкостью и имеют сравнительно высокий КПД. Гидравлический способ передачи мощности нашел широкое применение в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении. В частности ГСКБ по машинам для хлопководства провел большие поисковые научно-исследовательские работы по рациональному применению гидропривода на машинах для хлопководства [7], на основании которых были созданы опытные образцы машин с гидроприводом рабочих органов; ХН-3,6; ПХ-2,4;СКО-3,6; 4ХТ-4Б; КН-1,8; ХН-3,6.
Проведенные полевые исследования позволили сделать следующие выводы. Гидропривод вентиляторов имеет высокую температуру масла, поэтому не может быть представлен на полевые испытания. Необходимо увеличить диаметры маслопроводов. В целях устранения повышения температуры масла было сокращено до минимума количество угловых соединений, включен дополнительный бак емкостью 130 л, от которого осуществляется привод только вентиляторов, а привод рабочих аппаратов от основного бака.
При пробных заездах в поле имели место следующие явления. Через 15-3 с происходили забои всех 8 приемных камер. Анализ показал, что вентиляторы пневмосистемы не развивали полных оборотов. Причиной этого было пенооб-разование в масле гидросистемы.
Была также попытка использовать второй вариант гидропривода рабочих органов с применением понижающих зубчатых передач высокооборотных моторов 32К. В этом варианте предполагалось использовать те же насосы НШ32-2, но вследствие того, что моторы 32К не допускают создания в сливном патрубке, их нельзя соединять последовательно и использовать один насос для привода двух моторов. Испытание данной схемы на 17ХВ-1,8Б не дало ожидаемых результатов.
Таким образом, на основании сказанного можно констатировать следующее; применение гидропривода на хлопкоуборочной машине для работы рабочих органов сопряжено с определенными трудностями и доработками, некоторые из которых имеют серьезный характер. В частности, изменение характеристик масла снижает надежность работы и увеличивает эксплуатационные затраты.
Формирование уровней общего вида исследуемых поверхностей технологического процесса
Анализ изложенных методов позволяет сделать следующее обобщающее заключение. Методы статистической оценки надежности технических систем не учитывают физику отказов, а также внутреннюю структуру и функциональные связи. Они имеют систематические погрешности, которые могут достигать значительных величин. При этом постулируемые модели надежности являются не адекватными, а их оценки смещенными и не состоятельными. Все это может вносить в результаты оцениваемых параметров значительные погрешности.
Физические методы исследования надежности устраняют недостатки, присущие статистическим методам. Однако, оценка параметров физической модели отказа только на основании физико-теоретического анализа невозможна, т.к. некоторые параметры физических моделей в настоящее время известны весьма приближенно, а сами модели неточны. Для повышения точности оцениваемых параметров моделей необходимо совместно использовать информацию о физике процессов отказа и статистических данных о работе элементов системы, т.е. широкого использования физико-статистического метода моделирования надежности. На этой основе в последние годы широкое развитие получили метода моделирования и прогнозирования надежности сложных систем, использующих математический аппарат многофакторного регрессионного анализа.
В настоящее время с целью повышения точности расчетов большое внимание уделяется вопросам разработки физико-статистических методов оценки надежности, т.е. совместного использования информации о физике процессов и статистических данных об отказах. Изучаются модели надежности систем и элементов, включающие отдельные механизмы отказа, физико-химические свойства, изменения, происходящие в них и другие, где текущие состояния и процессы описываются уравнениями, отображающими физические закономерности.
Отказ деталей и узлов происходит случайным образом, но причины их возникновения обусловлены различными физическими и физико-химическими процессами, происходящими в структуре используемых материалов. Для оценки вероятности разрушения системы разработана методика предложенная СВ. Серенсеном и Е.Г. Бугловым [183]. Она предусматривает влияние наработанного числа циклов случайного изменения амплитуд действующих напряжений. Методы планирования многофакторного регрессионного анализа использованы Э.К. Стрельбицким для математического моделирования коммутации с целью расчета допусков и надежности. Исследованию надежности узлов трения механизмов и приборов в зависимости от характеристик смазок посвящены работы Г.И. Фук. Он показал, что качество поверхностного слоя деталей определяет эксплуатационные свойства изделий и показатели надежности. Он установил время действия нормального и потенциального напряжений, как важного показателя антифрикционных свойств. Основы инженерного расчета машин на усталость в вероятностном аспекте заложены в работах СВ. Серенсана, В.П. Когаева, Л.В. Коновалова [183], в которых рекомендовано общее выражение для определения вероятности разрушения детали. Авторы приходят к следующему заключению. Независимо от формы, сечения, размеров, серийности и т.д. все ответственные высоконапряженные детали должны удовлетворять возросшим требованиям надежности и гарантийного ресурса. Для обеспечения этих требований уже на стадии проектирования необходима обоснованная универсальная методика статистической оценки ресурса деталей различной формы и масштаба.
В последние годы широко стали использовать в моделировании структурные методы анализа надежности технических систем. Они позволяют в полной мере учитывать в расчете элементную базу системы. Кроме того, ограниченность информации о разрабатываемой системе не позволяет на начальном этапе проектирования получать точные конечные результаты по надежности ее функционирования. Однако, имеется возможность определить достоверные количественные характеристики показателей надежности системы при различных вариантах ее построения. Этого удается достигнуть путем введения в общую методику оценки ожидаемой надежности структурных исследований. Эти исследования совместно с оценочными и расчетными формулами позволяют выработать рекомендации по обеспечению надежности системы, рациональному формированию ее структуры и распределения показателей надежности на элементы [151]. Избежать перехода к математической модели системы позволяет метод построения структуры системы с использованием функциональных характеристик элементов. Речь идет о принципиально новом методе исследования, который сводится к имитированию случайных изменений состояния структуры исследуемых систем. При этом каждый элемент исследуемой системы заменяется соответствующим физическим аналогом, имитирующим изменение показателя эффективности системы при отказах и восстановленных элементах [109, ПО].
В последнее время интенсивно стали разрабатываться методы, учитывающие структурные отношения между системой и ее элементами, т.е. отношения которые не являются случайными. Разработаны методы анализа сложных систем с монотонными структурами [65, 66]. Они позволяют, используя лишь оценки для средних значений наработки на отказ и факт монотонности функции интенсивности отказов, получить ряд простых и в то же время вполне конструктивных оценок различных показателей надежности не только отдельных стареющих элементов, но и систем, состоящих из таких элементов.
Область использования прибора для определения остаточного ресурса подвижных сопряжений
Опыт проводимых исследований показывает, что отработка вновь разрабатываемых вариантов электрического привода рабочих органов затрудняется тем, что исследования работоспособности проводятся непосредственно при работе машины в поле. Учитывая это обстоятельство, в ТИИИМСХ спроектирован и изготовлен стенд для испытания различных вариантов привода уборочного аппарата и обоснования его электромеханических характеристик [5].
Это позволит выбрать наиболее рациональные варианты электрического привода, произвести более полное испытание с широким спектром нагрузок вплоть до экстремальных и сократить время полевых исследований. В процессе стендовых исследований предполагается провести испытание различных схем регулирования для выбора наиболее приемлемой схемы, обоснования электрических параметров системы управления с последующей установкой опробованной системы регулирования на макетный образец электрифицированной хлопкоуборочной машины.
Она содержит: источник питания, представляющий собой синхронный генератор Г или трех фазную силовую сеть LK380 В, f = 50 Гц; двигатель привода генератора соизмеримой мощности Д системы пуска СПІ двигателя генератора, представляющую собой магнитный пускатель, кнопки управления и прибора контроля; переключатель Ш для переключения питания стенда от сети или генератора; систему пуска СП2 асинхронного двигателя привода левой половины уборочного аппарата ДВІ; понижающий редуктор РІ. Далее - блок защиты БЗ, отключающий питание экспериментальной установки при неисправности одного из элементов; систему пуска и защиты СПЗ двигателя постоянного тока ДВ2; преобразующее устройство ПУ, представляющее собой диодный мост; систему управления СУ, содержащую блок и тиристорного управления ТУ и реостатного управления РУ; понижающий редуктор Р2 привода правой половины уборочного аппарата УА.
Работа блок-схемы заключается в следующем: питание экспериментального стенда осуществляется от сети или генератора Г в зависимости от положения переключения ПІ. После переключателя поток мощности разделяется и идет по двум направлениям. На регулируемый поток на трехфазном переменном токе (=50Гц, LK380 В), проходя через систему пуска СП2, поступает непосредственно на асинхронный двигатель ДВІ привода левой половины уборочного аппарата УА через понижающий редуктор РІ. регулируемый поток мощности проходит через систему СПЗ и преобразующее устройство ПУ, в котором переменный трехфазный ток выпрямляется и через систему управления СУ при помощи переключателя П2 позволяет производить тиристорное ТУ или реостатное управление РУ двигателем постоянного тока ДВ2 и через понижающий редуктор Р2 поступает к правой регулируемой половине уборочного аппарата УА.
Общий вид лабораторного стенда с осциллографом для измерения электромеханических характеристик регулируемого привода рабочих органов приведен на рисунке 2 5. Стенд для испытания регулируемого электрического привода уборочного аппарата (рисунок 2.6) является частью экспериментальной установки и включает в себя следующие узлы: раму (поз.4); уборочный аппарат (поз.2); двигатель постоянного тока (поз.11) привода правой половины уборочного аппарата; редуктор правой половины уборочного аппарата (поз.З); монтажную плиту (поз.Ю); поперечину (поз.5); асинхронный двигатель (поз.12) с короткозамкнутым ротором привода левой половины уборочного аппарата; редуктор левой половины уборочного аппарата (поз. 13); подающий механизм (поз.1); источник питания (поз.6); пульт управления (поз.9); стол (поз.8); осциллограф 7.
Конструкция стенда представляет собой раму хлопкоуборочной машины (поз.4), на которую навешен уборочный аппарат (поз.2), приводы левой и правой половины которого независимы. Привод левой половины аппарата осуществляется от регулируемого электродвигателя постоянного тока (поз.11), сочлененного непосредственно с серийным редуктором привода аппарата (поз.З). Двигатель установлен на монтажной плите (поз. 10), которая крепится к раме хлопкоуборочного аппарата при помощи поперечины (поз.5).
Работа правой половины уборочного аппарата совершается от нерегулируемого асинхронного двигателя (поз. 12) через понижающий цилиндрический редуктор (поз. 13) с передаточным числом i=10.
