автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Разработка метода и средства диагностирования подшипниковых узлов электрооборудования тракторов, агрегатируемых с хлопкоуборочными машинами

¡2'3 0 3 9 2

ТАШКЕНТСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ИРРИГАЦИИ И МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

На правах рукописи

КАРИМОВ Тулкун Кушназаровнч

РАЗРАБОТКА МЕТОДА И СРЕДСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ТРАКТОРОВ, АГРЕГАТИРУЕМЫХ С ХЛОПКОУБОРОЧНЫМИ

МАШИНАМИ

Специальность 05. 20. 03 — Эксплуатация, ремонт и восстановление сельскохозяйственной техники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент — 1992

Работа выполнена в Ташкентском ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства (ТИИИМСХ).

Научные руководители: Доктор технических наук,

профессор Р. Г. ИДИЯТУЛЛИН;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Н. Р. АДИГАМОВ;

Официальные оппоненты: Академик академии сельскохозяйственных наук Республики Узбекистан, доктор технических наук, профессор , Н. Р. РАШИДОВ;

кандидат технических наук, доцент А. М. МУХАММАДИЕВ

Ведущая организация: Среднеазиатская зональная Государственная машинно-испытательная станция (САМИС)

Защита диссертации состоится » ОПрб^ЛЯ_1992 г.

в 14.00 час на заседании специализированного совета К 120. 06. 02 по присуждению ученой степени кандидата тех нических наук в Ташкентском ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства (ТИИИМСХ).

Адрес: 700000, Ташкент, ГСП, ул. Кары-Ннязова, 39, ТИИИМСХ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТИИИМСХ.

Автореферат разослан МОр>ГУО___1992 г-

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

А. С. ПУЛАТОВ

'СГ-ЙО' 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Система электрооборудования в условиях Средней Азии на современных хлопкоуборочных машинах выполняет ряд ванных функций: обеспечивает надежный запуск и работу двигателя, создает микроклимат в кабине, обеспечивает работу машины в ночное время.

Опыт работы совхозов Джизакскои и Ташкентской областей показывает, что до 25 % общих эксплуатационных неисправностей хлопкоуборочных машин приходится на систему электрооборудования. Часто выходят из строя стартеры, генераторы, аккумуляторы, элементы системы автоматического регулирования и управления.

Поэтому повышение надежности и эффективности работы электрооборудования хлопкоуборочной мавины путем своевременного диагностирования его технического состояния и упре:кдешш отказов является актуальной задачей, решение которой позволит снизить число и время простоев машин, связанных с техническим неисправностями электрооборудования, повысить производительность труда и уменьшить затраты.

Исследования проводились согласно плана НИР и ОКР TíliílüvIUX в 1989-19^1 гг., по теме: "Повышение надежности элементов электрооборудования хлопкоу борочных машин ну тем 'внедрения системы технического обслуживания и средств диагностирования".

Цель и задачи исследования. Целы» настоящей работы является разработка метода и'устройства для определения остзгочиого ресурса яолдапшшовых умов оликтрооборудотная тракторов, arpera-тируемых о хлопкоуоорачшлш машплпп, а та;с.;е граилд назначения вида, срока ТО и ремонта по рчзультапа их ресурсного диагностирования, позволь с,па nouu'HtTt индл-лиить с <ш.мíhí./П ал>!;«роо<Я>йГ-

дования, уменьшить затраты от простоев машины по техническим причинам в наиболее ответственный период уборки урожая хлопка.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:

- исследовать существующие методы и средства диагностирования;

- обосновать структурно-функциональные модели и методы вероятностно-статистических расчетов элементов электрооборудования;

- разработать метод диагностирования и устройство для определения остаточного ресурса подшипниковых узлов;

- разработать рекомендации по техническому обслуживанию элементов электрооборудования тракторов хлопковой модификации;

- дать оценку экономической эффективности результатов дис^ сертационной работы и предусмотреть возможность их реализации.

Объект исследования. Элементы электрооборудования серийных тракторов хлопковой модификации Т28Х4М и MT38QX, arperaтируемых соответственно с хлопкоуборочными машинами I4XB-2.4A и ХНП-1,8.

Методика исследования. Для решения поставленных задач нами быта разработаны общая и частная методики, которые предусматривали проводешш теоретических и экспериментальных исследований.

Разработана методика построения структурно-функциональных моделей и методов вероятностно-статистичоских расчетов элементов электрооборудования.

Разработана ыв?-и:ка проведения экспериментальных исследований, позволяющая идикьатно оценить техническое состояние подшипниковых узлов электрооборудования в зависимости от наработки.

При обработке результатов экспериментальных исследований использованы методы математической статистики и теории вероятностей.

Научная понизил. Разработаны схрукту Р>»°-1Уикдаовалчй» схо-

мы и аналитические модели надежности элементов электрооборудования, позволяющие определить рациональные уровни надежности этих 'элементов при различных законах их распределения.

Разработан метод диагностирования и устройство для определения остаточного ресурса подиишшкових узлов электрооборудования (Решение ВШМГПЭ о выдача а.с. по заявке № 4846575/28 от 3.0-1.91.)

Практическая ценность. Разработано устройство для определения остаточного ресурса подшипниковых узлов электрооборудования.

Разработана методика..построения структурно-функциональных схем и аналитических модадой надежности элементов электрооборудования.

Разработаны рекомендации по техническому обслуживанию элементов электрооборудовашш тракторов хлопковой модификации.

Реализация результатов исследовании. Разработали рекоценда-ции по техническому обс.т^живашш элементов электрооборудования тракторов хлопковой модификации, которш приняты к внедрению в НЛО Средазагророммаш.

Внедрено устройство для определения остаточного ресурса подшипниковых узлов электрооборудования и совхозах имени "Пятилетия УзССР" Ташкентской ой/гасги и."Ралаба" Джизлкской области.

Апробация. Осношше положения длссартащснноп работы дсисла--' дывались и обсуждались -на Республиканской конференции "Техническая диагностика и повышенио надежности средств транспорта" (Ташкент, 1988); Всесоюзной межвузовской научно-практической конференции "Вклад молодых ученых к специалистов в научно-технически!', прогресс н сельскоходайствннном производстве" (круизе, 1990); Республиканской научно-практической копферошиа ¡«олсдих учаних л иПвдаалиотоа (Семипалатинск, 1991); научно-нропзводзтв; -шцх конференциях пра^ессороко-лроиодавательского сос-.^'П^^ ТилГЛОХ (199111991).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 науных работ, получено положительное решение на выдачу авторского свидетельства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков и 7 таблиц. Список использованной литературы включает IOS наименования, из них Б - на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введв!ии обоснована актуальность проблемы и необходимость ее разработки, определена цель исследования.

В первой главе приведен анализ условия работы элементов электрооборудования хлопкоуборочных машин, arpera тируемых с тракторами хлопковой модификации классификация существующих методов и средств диагностирования.

В результате сбора и обработки статистических данных отказов элементов электрооборудования хлопкоуборочных машин в условиях Джизакской и Ташкентской областях, получены зависимости надежности от наработки (рис.1), показывающие, что одним из важнейших узлов, обеспечивающих надежность электрооборудования, являются подшипниковые узлы генераторов и стартеров.

В настоящее время годовые издержи на ремонт и устранения отказов элементов электрооборудования составляют в среднем 230 рублей на одну машину. При этом ресурс элементов электрооборудования используется неполностью. Так как диагностика подшипниковых узлов электрооборудования в процессе эксплуатации не производится, то около 43 генераторов и стартеров отправляется на заводской ремонт преждевременно, с недоиспользовакшш ресурсапп, что

рад«

£

■х. о!

Э

т»

о. л •с

а-

о о 3 н ос о а

ш СО

О,в

0,6

ОД

о,г

г

]

____.1 с ■ ^—1 7

1 / и < / / >

/ У / >

—< >—— I"

л

1а *

-2 о

л •г о а о

о

Ю5мото-ч

Рис Л. Надежность элементов электрооборудования хлопкоуборочной машины: Л- разрушение магнитной система; - разрушение подшипниковых узлов генератора и стартера

в значительной мере повышает эксплуатационные затраты. Поддеркяни^ высокого уровня надежности элементов электрооборудования в условиях небольшого сезонного срока эксплуатации хлопкоуборочных машин, требует своевременного предупреждения, обнаружения и устранения розмонных неисправностей.

В результате проведенного анализа литературных данных и'ве-роятностатистических исследований была выдвш!ута рабочая гипотезу о целесообразности использования виброакустических методов диагностирования подшипниковых уалов электрооборудования тракторов .хлопковой модификации, дающая возможность определить остаточный ресурс в полевых условиях.

Из анализа состояния вопроса, общей цели и рабочей гипотезы были сформулированы задачи исследования.

Во второй главе дан анализ конструкции элементной базы электрооборудования как объекта исследования. Разработаны структурно-функциональные схемы и аналитические модели надежности для наиболее ответственных узлов. На основе классификации элементной базы приняты следующие обозначения: Д^ - деталь; С^ - их сое-г динония в узлы; Гк - установочные допуски узлов.

Принятые допущения позволяют производить построение сложных моделей путем использования специальных алгоритмов, учитывающих их структуры и свойства.

11а рис.2 приведена разработанная структурно-функциональная схема, в которой показаны основные детали якоря генератора трактора, соединения и гоомотричоские параметра, налонешшо связи между подсистемами. Особенностью деталой якоря является то, что они имеют неодинаковое нагружешш как но числу факторов, а также и по величине их. параметров.

В структуре данной подсистемы выделены следующие наиболее вакпыо элементы: вал якоря Аи , листы Л,1 й , и изоляция между

НИМИ А^-ь, ИЗОЛЯЦИЯ Корпусная Д14.| ВИТКИ ПРОВОДНИКОВ А 1,5.

нитковая изоляция А16 , текстолитовые клинья 7 ■ бандаяи Д^е , подшипник передний Д19 , подшипник задний А щ, пе-родняя наетшная иаЦба Д 1 ^, задняя нажимная шаКба А 1.1г. из0_ ляция корпусная Д 1, изоляция витковая урашштелей А 1.14» витки уравнителей Д,115, изоляция мэ.зд уравнителем и катушками якоря • Д^ 16- Приведены соединения между элементами С^д до ■ С« 1,10 , а также геометрические параметры Г^ 1 до ^ 1.6 по структурно-функицональной схеме. Получены аналитические выражения вероятности отказа для подсистемы. Предварительно выразим вероят-

К X

_^р.9_

- ЛйГ~ А —-- - --^гг-А

-1-Г-1- Г"----{Г

М.З с,, Ц.5 М.1

<.6

Г -1 ч.з »»л V

^Чг--'-^

_;

Iй' Л,— ЛА- —&—1

с,

15 ^,.5

С,7 ---:-

Л ____

Т"6 "Т-Т- -т- г

9»в "N.6 I 1-6 «|Ч6

I I л

9<Л 18

^-^.7— — «кг-4"

-1-—

Рис.2. Структурно-функциональная схема якоря

Ности отказа узлов подсистемы.

Для подшипниковых узлов введем обозначения:

А«.Г ~ ^ЫО- А-МСГ Г, £

Вероятность отказа эломентоь подтип ник си их у:ыси судах р'.л-

ка:

Для якоря будем иметь следующие узлы:

А: V с,9- б,- с,,- в,- Агс,*-Vе,.*-

Вероятность отказа подсистемы связывающего все элементы якоря сбудет равна:

Полученные математические модели характеризуют вероятность отказа системы в функции от наработки. Эти модели позволяют прогнозировать отказы деталей исследуемого узла.

Важным в проведенных исследованиях является то,.что результаты диагностирования вносятся поэлементно в расчетные формулы, что дает возможность получать адекватные оценки надежности подшипниковых узлов, прогнозировать их остаточный ресурс и отказы в эксплуатации.

Полученные математические модели подсистем дают возможность аналитически описать надежность системы. На основании ранее принятого допущояия, откаэ jao6oii из подсистем, вызывает отказ узлов электрооборудования. Тогда модель вероятности отказа

ад. а{Е"\т)}+£ ftс, - й{Е(,\т)}т{Еа\т)}.

где Q.-j^^H'O^' ~ вероятность отказа j. -oil подсистемы.

Данная методика, в отличие от существующей; позволяет анализировать надежность не только узлов, но и любых звеньев структуры.

Это важное свойство дает возможность исследовать и опреде-

дцть техническое состояние элементов электрооборудования в условиях эксплуатации и вводить необходимые коррективы в сроки и объемы технического обслуживания.

В третьей главе приведены этапы разработки устройства для определения остаточного ресурса подшипниковых узлов электрооборудования и проведение эксперш,читальных исследований. ' Разработаны блок-схема (рис.3) и принципиальная электрическая схема регистратора остаточного ресурса. (Решение ВШПГГПЭ о выдаче а.с. по заявке № -18466575/28 от 3.04.91г.).

Рис.3

И;юк-схами устройства

Устройство содержит вибропреобразователь I с измерительным блоком 2 и снабжено коммутационным блоком 3, вход которого соединен с выходом измерительного блока 2, а первый выход коымутацион-г ного блока 3 соединен с входом блока формирования сигнала 4, состоящим из последовательного соединения детектора 5, делителя 6 и усилителя 7, далее подключенный к первому входу суммирующий усилитель 8, в'Ьход которого соеданен к входа регистратора-указателя 9, второй выход коммутационного блока 3 соединен с входом блока задающего напряжений 10, состоящим из последовательно соединенных стабилизатора опорного напряжения II и делителя 12, выходом подключении ко второму входу суммирующего усилителя 8, а также компаратор 13, включенный меяду выходом суммирующего усилителя 8 и выходом компаратора 13 связан с входом звукового преобразователя 14.

■ Устройство работает в четырех режимах: первый и второй - задание технической характеристики исследуемого подшипникового узла скоростью износа (мм/час) и полнил ресурсом Тл (час); ,

третий и четвертый - рабочий режим определения фактического ресурса Т<р (час) и остаточного ресурса Т0 (час) исследуемого нодпишшкового узла.

При разработке принципиальной схемы были согласованы параметры по рабочей полосе частот вибропреобразоватпля и регистратора. Характеристики входных цепей определены по следующей формуле

I - ОЛЭ^+К-и)

где Сп,~ электрическая ешсостъ вибролреобоазоватзля, ф ;

- входная емкость предусплптоля напряжения, ф ;

- сопротивление изоляции вибропраобразоватяля, Ом ; ^ - входное согроу-имзиав прадаоиллтола, Ом.

-Эксплуатационные испытания устройства бшш проведены в лабораторных условиях и непосредственно в полевых условиях при работе хлопкоуборочной машины.

Результаты экспериментальных исследований обрабатывались вероятностно-статистическими методами, были подучены заксяш распределения, характеризующие достоверность полученных данных приведенных в таблица I.

Таблица I

Вероятностно-статистические характеристики наработки

электрооборудования'

Вероятно с тно-статис-тичес-кие характеристики Г е я е р а т о Р С тар тор

отработанный ! 1 остаточный I отработанный остаточный

П 3 т ! П ! 3 I П Ш I 1 п ! ш !

т. ,ЮЭ МОТО-Ч 3,8 3,6 2,2 2,4 2,4 2,2 2,0 3,6 3,8 4,0

$ 4,2 4,3 3,8 4,0 3,9 3,7 3,3 4,2 4,3 4,7

ъ 17,6 18,5 14,44 16 12,25 13,69 10,89 17,6 ' 18,5 22,05

Обозначения подшипников: И - передний; 3 - задний;

I- со сторони привода; !1- со сторон!' коллектора; :'!- прп:.;е-утсчиыП.

Б соответствии с ГОСТ 162СЗ-70 бчтд определен;; уровни погрешности измерен;:.; устройства. &ш1с.т.гссть показаний измерительного у'!тр<''-;:отпа от измерю.:сй лпичанн пхяладзш на р::с.4. Показание п.хюрктзлыюго углрсГ.отвя «р-зд.ст.-шладт собей «¡у.чкда-э

0.1

где б = 1,2,3,..., а

Теоретическое показать зависят: ^ ,

Требуемые точные показания: »^Д*) , где <Х - измеряемая величина;

теоретическое значение параметра; ЛС^- номер параметра; гс - число учитываемых параметров; р.' и Ь - нижний и верхний уровни измерений.

Рис.4. Зависимость показания измерительного устройства

от измеряемой ьолпчины: ^ - раальныи показания; Н'с-х ~ теоретические показания; Ц>0 - требуемые показания

-По результатам эксплуатационных исследований получены сравнительные характеристики надежности подшипниковых узлов плектро-оборудования тракторов хлопковой модификации при различных способах диагностирования. Эти зависимости приведены на рис.5.

Р1Ч7с

1.0

0,8

0,6

ОД

О,а

1

к

\

\ с

V -V ---- к;-< --—

; 1 С ----

—< ---С 1----

■Ь • »о3

МОТО-Ч

& - новая, система диагностирования; о - серийная система диагностирования; О - при отсутствии диагностирования. .

Рис.5. Сравнительные характеристики надежности подшипниковых узлов электрооборудования

Из этого графика видно, что предлагаемая система диагностирования позволяет повысить на 25 % надежность функционирования електрооборудовашш тракторов хлопковой модификации по сравнению с серийными системами диагностирования.

Данные экспериментальных исследований были использованы при разработке и внедрении рекомендаций по техническому обслуживанию элементов электрооборудования сельскохозяйственных машин для НПО Средазагроремыаш.

В четвертой главе обосновывается экономическая целесообразность применения разработанного устройства для определения остаточного ресурса подшипниковых узлов электрооборудования тракторов хлопковой модификации в условиях хозяйств Средней Азии. Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемой системы технического обслуживания элементов электрооборудования составляет НО руб на одну хлопкоуборочную машину.

ОБЩ 113 ВШОДи И РЕКОШЩАЩИ

•Д. В результате проведенных исследований установлена экономическая целесообразность диагностирования подшипниковых узлов электрооборудования тракторов хлопковой модификации нэлосрздстввн-нов эксплуатационных условиях,с использованием диагностических (¡роде ТЕ. ^

2. Разработанные структурно-функциональные модели элементов слэктрообоэудования тракторов хлопковой модификации позволили уо-

попить алляиан параметров соединений и гзометричеоких характе-раот.и «щ 1>к-урс подшипникового у ала.

3. Полученные обобщенные математические модели вероятности

отказа элементов электрооборудования дают возможность исследовать их надежность по всем звеньям системы с учетом вероятностно-статистических характеристик деталей соединений и допусков.

4. Установлено, что ошибка моделирования параметрических отказов однородных элементов системы возрастает, ксгда среднеквад-ратические отклонения превышают математическое ожидание в три и более раза. Доказана необходимость повышения адекватности моделей однородных элементов системы путем использования усеченно-нормального распределения параметров надежности.

5. Разработан метод диагностирования подшипниковых узлов электрооборудования тракторов хлопковой модификации, применение которого в эксплуатационных условиях обусловливает тесную связь диагностических параметров с техническим состоянием объекта исследования.

6. Остаточный рбсурс подшипникового узла электрооборудования целесообразно оценивать амплитудным параметрам виброударных импульсов, выделенных в области установочного резонанса вибропреобразователя. Оценку состояния подшипников и их ресурса необходимо проводить по действующему значении максимальных амплитуд. При этом вариация результатов измерений для среднего действующего значения максимальной амплитуды составляет - 4,3 %.

.7. разработанный вибрационный метод диагностирования и устройства для определения остаточного ресурса подшипниковых узлов электрооборудования тракторов хлопковой модификации, обладает достаточной для практики точностью. В диапазоне частот 10-1000 Гц класс точности по ГОСТ 8.401.80 составляет для виброскорости 14 мм/с, неравномерность амплитудно-частотной характеристики -3 %, пределы погрешности регистратора остаточного ресурса.- 8

8. Годовой экономический аффект от внедрения системы техни-

веского обслуживания элементов электрооборудования составляет

110 руб на одну хлонкоуборучную машину.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Каримов Т.К., Идиятуллин Р.Г., Адигамов Н.Р. Внедрение системы Диагностики и оценки надежности узлов автомобиля на. предприятиях агропромышленного комплекса УзССР // Тезисы докл. респ. конференции "Техническая диагностика и повышение надежности средств транспорта".- Ташкент, 1988.- С, 75-76.

2. Каримов Т.К., Идиятуллин Р.Г., Адигамов Н.Р. Повышение надежности электрооборудования хлопкоуборочной машины // Сб. науч. тр. ШШСХ, Ташкент, 1990.- С. 27-32.

3. Каримов Т.К., Идиятуллин Р.Г., Адигамов Н.Р. Прибор для безразборного. диагностирования технического состояния и определения остаточного ресурса подшипниковых узлов машин // Информационный листок о передовом производственном опыте.- Ташкент, 1990.

4. Каримов .Т.К., Адигамов Н.Р. Диагностирование технического состояния стартеров и генераторов, используемых в сельскохозяйственных машинах // Тезисы докл. Межвузовской научно-практ. конф. "Вклад молодых ученых и специалистов в научно-технический прогресс в сельскохозяйственно^ производстве",- Фрунзе, 1990.-

С. 69-70. ''

6. Каримов Т.К. Повышение надежности электрооборудования машин, применяемых в сельскохозяйственном производстве путем внедрения прибора безразборного диагностирования // Тез. докл. Респ. научно-практ. конф. молодих ученых и специалистов "Научные достижения молодых ученых и специалистов - животноводству".-Семипалатинск, 1991,- С. 92-93.

6. Каримов Т.К., Адигамов II.Г., Еерттия А.М. Определение остаточного расурса подшипников сельхозмашин в эксплуатационных условиях // Механизация хлопководства, 1991.- № 3.- С. 11-12,

7. Каримов Т.К., Идиятуллин Р.Г. Внедрение прибора для безразборного диагностирования узлов хлопкоуборочной машнныл-Научно-технический отчет ТИИШСХ.- Ташкент, Рг. № 01890069218, Ин. № 02900029328.- ВНВЩентр, 1989.- 42 с.

8. Каримов Т.К., Идиятуллин Р.Г. Повышение ресурса элементов электрооборудования хлопкоуборочной машины путем внедрения прибора безразборпой диагностики,- Научно-технический отчет ТИИШСХ.- Ташкент, Рг. № 0190340439, Ип. й 02910018305.-ВНТИЦентр, 1990.- 44 с.

9. Каримов Т.К., Идиятуллин Р.Г., Адигамов Н.Р., Берштин А.М. Устройство дяя вибрационной диагностики подшипниковых узлов, /Решение ВНИИГПЭ о выдаче а.с. по заявке № 48465575/28 от 3.04.91 г. /.

10. Каримов Т.К.; Дадабаев Ф.К. Исследования влияния климатических и эксплуатационных факторов на надежность элементов электрооборудования сельскохозяйственных машин в условиях Средней Азии,- Научно-технический отчет ТИИШСХ.- Ташкент, Рг. № 0190019011.- ВНТПЦонтр, 1991.- 48 с.

Р Подписано к пгч.чг.г 3. О 3. & О, г .Формат бумаги 60л 84 У,»

Бумага писчая. Печать офсетная. Обы?м / п. л. Тираж {00 экл. Заказ Л"«

Отпечатано га типографии ТэшПИ Ташкент, ул. Я. Ю'иаса. 10