Підвищення безвідказності кормодробарок конструкторсько-технологічними методами

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

НОВИЦЬКИЙ АНДРІЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ

УДК 631. 363: 62 - 192

ПІДВИЩЕННЯ БЕЗВІДКАЗНОСТІ КОРМОДРОБАРОК

КОНСТРУКТОРСЬКО-ТЕХНОЛОГІЧНИМИ МЕТОДАМИ

НА ОСНОВІ СТРУКТУРНОГО АНАЛІЗУ ЇХ НАДІЙНОСТІ

05. 05. 11 - Машини і засоби механізації

сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ-2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі надійності і ремонту машин Національного аграрного університету Кабінету Міністрів України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Бойко Анатолій Іванович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри надійності і ремонту машин.

Офіційні опоненти : доктор технічних наук, професор Сичов Іван Петрович Харківський державний технічний університет сільського господарства, професор кафедри технічної експлуатації машин та обладнання;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Пилипенко Олександр Миколайович, Національний аграрний університет, доцент кафедри механізації виробничих процесів у тваринництві.

Провідна установа: Кіровоградський державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра експлуатації та ремонту машин (м.Кіровоград).

Захист відбудеться “27 ” червня 2001 р. о 16⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.06 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ 41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, аудиторія 65.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: м. Київ 41, вул. Героїв оборони, 11, навчальний корпус 10.

Автореферат розісланий “25” травня 2001 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Войтюк Д.Г.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Подрібнення зерна - одна з найважливіших операцій в кормоприготуванні. Для подрібнення існує багато конструкцій кормодробарок, найпоширенішими серед яких є молоткові. На сьогодні парк цих машин, що знаходяться в експлуатації складає біля 20 тисяч штук.

Суттєвим недоліком кормодробарок є недостатня їх надійність, яка обумовлена, насамперед, низькою безвідказністю механізмів, різницею в наробітках на відкази окремих вузлів і деталей. Проблема забезпечення необхідної надійності пов'язана з особливостями і складністю конструкцій дробарок, а також умовами їх експлуатації: високими швидкостями подрібнення зерна, наявністю вібрації, впливом абразивного середовища, тощо.

Нові перспективи у вирішенні проблеми підвищення безвідказності кормодробарок відкриває комплексний підхід на основі структурного аналізу причин і класифікації пошкоджень з урахуванням структури і особливостей конструкцій машин.

Зв'язок роботи з науковими програмами та темами. Дисертація є складовою частиною науково-дослідної роботи кафедри надійності і ремонту машин Національного аграрного університету, що пов'язана з підвищенням надійності сільськогосподарської техніки. Робота виконувалась в рамках тематики “Підвищення технічного ресурсу сільськогосподарської техніки” затвердженої Міністерством сільського господарства і продовольства України (1995 рік).

Мета роботи: підвищення надійності кормодробарок на основі структурного аналізу конструкцій, виявлення причин виникнення пошкоджень та усунення їх наслідків конструкторсько-технологічними методами.

Об'єктами досліджень є кормодробарки, їх окремі механізми та деталі.

Предмет дослідження: параметри роботи кормодробарок, закономірності процесів їх втрати та відновлення; залежності динаміки спрацювання основних деталей та вузлів.

Задачі досліджень:

Провести структурний аналіз надійності кормодробарок та їх підсистем.

Проаналізувати та встановити ймовірнісні закономірності переходів механізмів із робочого в неробочий стан і навпаки.

Дослідити динаміку спрацювання деталей, що лімітують роботоздатність.

Встановити основні закономірності розподілу відказів механізмів та часу на їх усунення.

Визначити одиничні та комплексні показники надійності кормодробарок та їх механізмів.

Розробити організаційно-технічні рекомендації по підвищенню надійності кормодробарок, провести техніко-економічні розрахунки ефективності впровадження розробок у виробництво.

Основними методами дослідження, які використовувались в роботі, були:

- аналітичні, на основі яких створені математичні моделі зміни технічного стану дробарок та їх основних механізмів;

- логіко-імітаційного моделювання функціональної надійності підсистем та дробарки в цілому як складної системи;

- статистичний аналіз для визначення показників надійності дробарок в реальних умовах експлуатації.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у:

Встановленні аналітичних залежностей для визначення ймовірностей безвідказної роботи систем і підсистем дробарок на основі розробки структурних схем їх надійності.

Визначенні впливу кожного виду пошкоджень на загальну надійність кормодробарок і розробці відповідних конструкторсько-технологічних заходів спрямованих на підвищення безвідказності.

Обґрунтуванні граничних значень наробітку на відказ деталей подрібнювальної камери з уточненням раціональної зони термічної обробки молотків і норм витрат дек та інших деталей у запасні частини.

Практичне значення отриманих результатів. Запропоновано організаційно-технологічні заходи забезпечення надійності кормодробарок. Внесено зміни в схему термічної обробки молотків, що підвищує їх довговічність. Розроблено та виготовлено прилад для дослідження динаміки спрацювання профілів молотків, а також пристосування для контролю висоти рифів дек. Обґрунтовано періодичність технічного обслуговування окремих механізмів і дробарок в цілому. Надано пропозиції щодо комплекту запасних частин.

Особистий внесок дисертанта полягає в розробці теоретичних основ дослідження структурної надійності дробарок як складних багатофункціональних систем. Автором встановлені закономірності розподілу відказів і відновлень механізмів дробарок. Безпосередньо йому належить проведення експериментальних досліджень.

Реалізація результатів досліджень. Результати досліджень впроваджені на ВАТ “Новоград-Волинський завод сільськогосподарських машин” в технологію виробництва молотків кормодробарок ДБ-5, КДУ-2, КДМ-2 підвищеної довговічності.

Заходи по підвищенню надійності кормодробарок у формі організаційно-технічних рекомендацій впроваджені в управлінні АПК Лугинської райдержадміністрації (Житомирська область) та на Мар'янівському свинокомплексі Черкаської м'ясної компанії.

Окремі положення дисертаційної роботи використано в навчальному процесі у вигляді лекцій, лабораторно-практичних занять, курсовому і дипломному проектуванні.

Апробація результатів. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися і були схвалені на міжнародній науково-технічній конференції “Перспективи розвитку механізації, електрифікації, автоматизації та технічного сервісу сільськогосподарського виробництва” (Глеваха, жовтень 1996); на II-й міжнародній науково-практичній конференції “Перспективи технології вирощування та збирання цукрових буряків” (Київ, травень 1997); міжнародній науковій конференції “Прогрес в сільськогосподарському виробництві” (Глеваха, листопад 1997); 2-й міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми конструювання, виробництва і експлуатації сільськогосподарської техніки” (Кіровоград, 1999), та щорічних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу Національного аграрного університету (1994-2000 рр..).

Публікації. Результати наукових досліджень опубліковано в 7 наукових статтях, в тому числі 3-одноосібно.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг дисертації становить 190 стор. З них основна частина дисертації містить 155 сторінок машинописного тексту, 45 рисунків та 19 таблиць. Бібліографічний список складається із 157 літературних джерел, із них 3 - іноземною мовою. До роботи включено 4 додатки.

кормодробарка надійність відказ

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі і загальній характеристиці роботи визначена актуальність вибраної теми, сформульовані мета і задачі досліджень, вказана наукова новизна та практична цінність, а також апробація дисертації і публікації по ній.

У першому розділі “Сучасний стан проблеми забезпечення надійності кормодробарок” проведено аналіз робіт, присвячених вивченню їх надійності, та підвищенню довговічності основних робочих органів. Відмічається, що значний вклад в удосконалення конструкцій машин, їх вузлів і деталей внесли такі видатні вчені, як Фабрикант М.Б., Мельников С.В., Ревенко І.І., Ялпачик Г.С., Золотарьов С.В., Філіппова А.Г. та інші.

Дослідженню процесів спрацювання та підвищенню довговічності робочих органів присвячено наукові праці Бойка А.І., Пилипенка О.М., Сідашенка О.І., Глебова В., Кодєнєва А.Г. та інших.

В результаті проведених досліджень закладені основи забезпечення надійності машин, але багато важливих питань ще не отримали свого остаточного вирішення. В науковій літературі практично відсутні публікації по дослідженню надійності кормодробарок в цілому як деяких функціонально закінчених, самостійних систем. Недостатньо висвітлена методологія оцінки надійності цих машин в реальних умовах експлуатації.

В той же час, тенденція розвитку техніки показує, що вирішення питань надійності не можливе без системного, комплексного підходу. До сьогодні, знаходяться в стадії розробки розрахункові методи визначення основних показників надійності кормодробарок, дослідження фізики відказів, їх характеру і розподілу. Постає необхідність у проведенні дослідження динаміки спрацювання деталей, що лімітують надійність.

За матеріалами першого розділу сформульовані задачі дослідження.

У другому розділі “Аналітичні дослідження впливу структури конструкцій дробарок на безвідказність їх роботи” проведені відповідні аналітичні дослідження по забезпеченню надійності.

На основі аналізу конструкцій досліджено вплив структурної будови дробарок на формування комплексних показників надійності.

З позиції надійності, спрощена загальна структурна схеми кормодробарки може бути представлена у вигляді послідовно з'єднаних слідуючих типових складових підсистем: завантажувального шнека, зернового бункера, подрібнювальної камери, роздільної камери, шнека роздільної камери, вивантажувального шнека. Таке представлення правомірне, виходячи з того, що відказ будь-якої з підсистем, призводить до відказу машини в цілому.

У процесі експлуатації, кормодробарка може знаходитись в різних станах, обумовлених можливістю її роботи або необхідністю технічного обслуговування та ремонту. З точки зору надійності, найбільший інтерес представляє перехід машини із роботоздатного стану в нероботоздатний і навпаки. Час знаходження об'єкта дослідження в роботоздатному стані і час відновлення після відказу носять випадковий характер.

Для оцінки надійності кормодробарок прийняті одиничні показники довговічності, безвідказності, ремонтоздатності та комплексний показник - коефіцієнт готовності. Найбільш суттєвими для кормодробарок є показники безвідказності, оскільки під час приготування кормів необхідно забезпечити роботоздатність машини на протязі певного інтервалу часу без перебоїв у годівлі тварин. Крім цього, важливо мати характеристики ремонтоздатності, так як роботи по підтриманню роботоздатного стану машини бажано проводити в стислі строки, в періоди між змінами по приготуванню кормів.

Ймовірність безвідказної роботи кормодробарки визначається шляхом дослідження графа її станів та переходів в різні можливі стани. Для цього дробарка представляється у вигляді взаємозв'язаних типових підсистем

Згідно побудованого графа, на основі рівнянь Колмогорова, ймовірності переходів підсистем дробарки і її, як складної системи в цілому, у різні стани можна записати у вигляді слідуючої системи диференціальних рівнянь:

(1)

де P₀ - ймовірність безвідказної роботи кормодробарки;

P_i - ймовірність відказу, будь якої з і-їх підсистем;

_i - параметр потоку відказів і-ої підсистеми;

_i - параметр потоку відновлень і-ої підсистеми;

a_i - параметр перетворень потоків відказів і-ої підсистеми.

Практичний інтерес для аналізу роботоздатності дробарки з позиції надійності в період тривалої експлуатації після припрацювання до списання, представляє сталий, стаціонарний режим, для якого . Тоді система диференціальних рівнянь (1) переходить в алгебраїчну , вирішення якої відносно невідомих, після відповідних математичних перетворень дає:

(2)

де n - кількість підсистем дробарки.

Аналіз першого рівняння системи (2) показує, що ймовірність безвідказної роботи дробарки, як цілої системи може тільки асимптотично спрямуватись до максимального свого граничного значення і завжди менше його, оскільки до одиниці додаються ще складові обумовлені конкретними величинами параметрів потоків відказів і відновлень.

З другого рівняння (2) видно, що на ймовірність відказу будь якої з підсистем впливає тільки другий множник, який і враховує особливості їх ймовірнісних характеристик пов'язаних з розподілом відказів і відновлень.

Оскільки отримане значення ймовірності безвідказної роботи кормодробарки P₀ характерне для моменту часу значно віддаленого від початку експлуатації, а до складу рівнянь входять параметри відказів і відновлень механізмів, то ця ймовірність дорівнює коефіцієнту готовності К_г, тобто

. (3)

В результаті проведених досліджень визначені найменш надійні підсистеми дробарок на які першочергово цілеспрямовуються дії по підвищенню довговічності та безвідказності. Однією з таких підсистем є подрібнювальна камера, для якої можна виділити п'ять основних елементів, які лімітують її ресурс: молотки, деки, решета, підшипники вала подрібнювального ротора та привідні паси. Відкази цих елементів визначають стан підсистеми, в якому вона може перебувати.

Розглядаючи потоки відказів і відновлень подрібнювальної камери, як марківські з безперервним часом, по аналогії з попереднім можна записати граничні ймовірності P_Пi перебування цього механізму в одному зі станів S_i в залежності від того, який елемент відказав:

(4)

де P_П1 - ймовірність безвідказної роботи підсистеми (подрібнювальної камери);

P_Пi - ймовірність відказів окремих елементів підсистеми (молотків, дек, решіт,...);

_1і - інтенсивність відказу і-го елементу підсистеми;

_і1 - інтенсивність відновлень і-го елементу підсистеми.

Як видно з першого рівняння (4) ймовірність безвідказної роботи підсистеми суттєво залежить від суми відношень інтенсивностей відказів до інтенсивностей відновлень елементів. Безвідказність підсистеми буде тим більша, чим менше значення приймає вказана сума. Тобто коли зменшується інтенсивність відказів і збільшується інтенсивність відновлень, або збільшується середній наробіток на відказ і зменшується середній час відновлень і-х елементів.

Важливим для забезпечення надійності кормодробарки є вивчення впливу окремих видів пошкоджень з визначенням ймовірності їх появи. Для проведення таких досліджень використано логіко-імітаційне моделювання процесу формування відказів за допомогою побудови відповідних структурних схем (дерев відказів). Із загальної структури формування відказів по видах виділена модель формування найбільш суттєвого виду відказів від зношування деталей , як основного характерного для кормодробарок (рис.2). Основа цієї моделі полягає у знаходженні всіх подій, що являються причинами виникнення відказу.

У відповідності до положень булевої алгебри рівняння для визначення ймовірностей відказів по причині зношування деталей можуть бути представлені у наступному вигляді:

;

;

; (5)

;

.

Складовими рівнянь (5) є ймовірності виникнення основних подій. Базовими подіями моделі є зношування молотків р₁₀, дек та решіт р₁₂, зношування підшипників р₁₄ та валів р₁₃, привідних пасів р₁₇ та ланцюгів р₁₆, зношування трубопроводів р₁₈ , витків шнеків р₁₁ та їх корпусів р₁₉. Ймовірність їх виникнення знаходиться як відношення:

(6)

де n_i - кількість відказу і-го виду;

N - загальна кількість відказів.

Отримані ймовірності основних складових подій (5), які обумовлюють втрату роботоздатності кормодробарки, дають можливість визначити ймовірність відказу від зносу р₂. Відповідно, ймовірність безвідказної роботи буде дорівнювати:

Аналогічно визначаються ймовірності відказів і безвідказність дробарок від інших видів пошкоджень деталей, які представлені в дисертації.

У третьому розділі “Програма і методика експериментальних досліджень” описані методи дослідження, вимірювальні прилади та пристосування, вказані параметри, що вимірюються, та методики за якими обробляються результати.

Збір та обробка інформації про роботу і відкази кормодробарок виконується на основі експертної оцінки у відповідності з ГОСТ 27502 - 83 та ОСТ 70.2.6 - 77. Експертна оцінка проводиться за допомогою спеціально розроблених опитувальних листів, які включають в себе інформацію про наробіток на відказ окремих деталей та вузлів, а також час на відновлення їх роботоздатності. При цьому хронометражні спостереження, опитування спеціалістів та аналіз первинних документів ведуться безпосередньо у господарствах.

Всі зафіксовані в опитувальних листах відкази класифікуються по підсистемах кормодробарки в яких вони виникли, по групах складності, а також по видах, в залежності від причин їх походження. За отриманими значеннями наробітку на відказ та часу на усунення відказу складаються статистичні ряди, проводиться оцінка достовірності первинної інформації, визначаються теоретичні закони розподілу. Ступінь розходження між емпіричними і теоретичними даними розподілу проводиться за критеріями згоди.

Основними показниками надійності, які визначаються, як результат досліджень є наробіток на відказ t₀, середній час відновлення роботоздатності t_B, ймовірність безвідказної роботи - Р (t₀), коефіцієнт готовності - К_Г.

Методикою експериментальних досліджень передбачається вивчення динаміки спрацювання серійних та експериментальних молотків. Величини спрацювання визначаються графоаналітичним методом, суть якого полягає в реєстрації форми профілю робочої частини молотків через деякі встановлені інтервали наробітку. Для зняття форм профілів використовується спеціально розроблений пристрій. Отримані профілі накладаються на загальне зображення молотка, що дає змогу прослідити динаміку їх зміни в процесі зношування. Кількісна оцінка величини спрацювання знаходиться по втраті площі молотка порівняно з новим.

Для оцінки впливу форми молотка на ефективність його роботи при подрібненні зерна профілі розділяються на три характерні ділянки. Перша з них - Н₁, (рис. 3а) - представляє собою зону прямого удару, коли кут атаки _А=90⁰. Друга - Н₂ є зоною косого удару в межах відсутності ковзання частинки по робочій поверхні (90⁰- _А 90⁰ , ц - кут тертя ) . Третя - Н₃ це зона неефективного удару з ковзанням частинки по поверхні (0⁰ _А 90⁰-).

За отриманими даними зміни профілів молотків будуються графічні залежності динаміки спрацювання.

Дослідження динаміки спрацювання дек здійснюється шляхом встановлення закономірності зміни висоти рифів в залежності від величини наробітку. Величини спрацювань рифів визначаються за допомогою спеціально розробленого приладу. Схема вимірювання представлена на рис.3б. Вимірювання проводяться в п'яти характерних перерізах по довжині деки. Для досягнення необхідної точності і достовірності отриманих даних проводяться попередні пробні експерименти, де визначаються необхідні кількості повторностей проведення дослідів.

В четвертому розділі “Експериментальні дослідження відказів механізмів і деталей кормодробарок” викладені результати проведених експериментів.

При вивченні розподілів відказів по механізмах на прикладі кормодробарки ДБ-5 встановлено, що найбільша їх кількість приходиться на подрібнювальну камеру - 33,6%, менше на завантажувальний шнек - 21,9% і зерновий бункер - 18,5%. В цілому, на подрібнювальну камеру і завантажувальний шнек припадає понад 50% відказів.

Відкази по групах складності розподілились наступним чином: I група складності - 13,7%, II група складності - 84,2%, III група складності - 2,1% від загальної їх кількості.

Встановлено, що самий низький середній наробіток на відказ мають подрібнювальна камера (174 год.) та завантажувальний шнек (175 год.). Ці підсистеми характеризуються найбільшою кількістю відказів і лімітують надійність кормодробарки. В цілому по машині можна констатувати, що статистичні характеристики розподілу наробітку на відказ механізмів змінюються в широких межах: 132…305 год., середні квадратичні відхилення від середнього складають 105...146 год., а коефіцієнти варіації 0,35…0,83.

Велику розбіжність мають і показники ремонтоздатності підсистем дробарки - середній час відновлення роботоздатності. Для різних механізмів середні значення часу знаходяться в межах 0,7…2,9 год. при середніх квадратичних відхиленнях 0,4…2,7 год. і коефіцієнтах варіації 0,5…1,0. Перевірка отриманих закономірностей розподілу часу на усунення відказів на адекватність відомим законам згідно критерія згоди Колмогорова, показала хорошу узгодженість із законом Вейбулла-Гнєденко. Найбільше середнє значення часу на усунення відказів має подрібнювальна камера (2,9 год.).Не набагато менше - вивантажувальний шнек (2,6 год.).

Розподіл відказів по їх видах, обумовлених фізикою процесів поверхневого або об'ємного руйнування деталей, носить достатньо нерівномірний характер. Найбільше відказів виникає по причині спрацювання деталей (32%). Причому, в основному, це деталі механізмів які безпосередньо в процесі роботи контактують із зерновою масою (завантажувальний шнек, зерновий бункер, подрібнювальна камера).

Сумарна кількість відказів по причині деформації і руйнування деталей складає 39,0%. Це в основному деталі механізмів приводів, рамних конструкцій, шнеків, дек. В цілому загальний рівень надійності кормодробарок суттєво залежить від довговічності деталей такої підсистеми як подрібнювальна камера. При цьому елементами, що лімітують наробіток на відказ є молотки, які безпосередньо наносять удари і подрібнюють частинки зернової маси.

Результати досліджень динаміки спрацювання дослідних молотків проведено при порівняльному аналізі їх роботи із серійними.

Експлуатаційні випробування виконані на 4 партіях молотків із сталі 65Г: серійних, шириною зони зміцнення 20 мм, та експериментальних, шириною зони зміцнення відповідно 15, 10 і 5 мм. При цьому встановлені графічні залежності зміни ширини окремих характерних ділянок робочих граней молотків від наробітку для величини зони гартування Н_ЗГ=15 мм.

Аналіз графічних залежностей показує, що в межах початкового наробітку від 0 до 40…60 т подрібненої маси відбувається інтенсивне зменшення ширини робочої ділянки прямого удару Н₁. В той же час ділянки менш ефективного удару і подрібнення маси збільшуються: Н₃ - більш, а Н₂ - менш інтенсивно.

Порівняльним аналізом впливу ширини зони зміцнення молотків на розподіл робочих ділянок при спрацюванні (рис.5) встановлено, що для всіх видів зміцнення характерне поступове зменшення сумарних зон ефективного удару (Н₁+Н₂), що приводить до погіршення показників якості роботи кормодробарки. Але в найменшій мірі ділянки ефективного удару зменшуються для молотків із зоною гартування 10 мм. Це підвищує їх довговічність на 16%.

Загальною умовою забезпечення роботоздатності молотків є збереження співвідношення ширини ділянок:

. (7)

Дослідженням спрацювання дек встановлено нерівномірність зменшення висоти рифів від наробітку (рис. 6, крива 1). Спостерігається затухаючий процес спрацювання, швидкість якого на початку експлуатації вище ніж в інші періоди роботи.

Залежність спрацювання від наробітку можна описати емпірично отриманою степеневою функцією виду:

(8)

де h - спрацювання висоти рифів;

Q - наробіток дробарки;

a,b - коефіцієнти, які залежать від умов спрацювання дек (чисельно а=0,06; b=0,6 для дробарки ДБ-5 при подрібненні зерна пшениці).

Важливе практичне значення має визначення величини граничного зношування дек на основі якого можна регламентувати їх наробіток на відказ і науково-обгрунтовано підійти до планування необхідної кількісті цих деталей в запасні частини.

Так як найважливішим показником роботи кормодробарки є якість помелу зерна, то проведеними дослідженнями встановлена залежність зміни модуля помелу від зменшення висоти рифів (рис. 6, крива 2).

Побудовою діаграми конструкційної зносостійкості встановлено, що максимальне зношування рифів не може перебільшувати 3,7 мм при приготуванні кормів для свиней, де модуль помелу регламентовано зоовимогами в межах 0,2 мм ? М ? 1,0 мм. Такій величині зношування рифів відповідає наробіток 1450 т.

Для великої рогатої худоби, де модуль, регламентований зоовимогами, знаходиться в межах 1 мм ? М ? 1,8 мм гранична величина зношування рифів збільшується до 4,2 мм, що відповідає наробітку деки 1900 т.

Накопичення та систематизація відказів підсистем дробарки дозволили оцінити її надійність в цілому. В результаті розрахунків встановлено, що середнє значення наробітку на відказ для кормодробарки ДБ-5 дорівнює t₀=188 год., а середнє квадратичне відхилення складає = 81 год. За критерієм згоди Колмогорова, який дорівнює 0,98, отримана хороша відповідність розподілу емпіричних даних закону Вейбулла-Гнєденко з параметрами: а=211 год., в=2,51, С_В=0,352.

Розподіл часу на відновлення роботоздатності дробарок найточніше описується також цим законом при середньому значенні часу t_в= 2,72 год. і середньому квадратичному відхиленні =1,36 год. з параметрами а=1,16 год., в=2,1, С_В=0,449.

Виходячи із встановленого закону розподілу, рівняння для визначення параметру потоку відказів після підстановки отриманих значень, на прикладі дробарки ДБ-5, прийме вигляд:

. (9)

Для середнього значення наробітку на відказ, який для дробарки в цілому становить 188 год, параметр потоку відказів дорівнює щ(t)=0,01 1/год.

Розрахунками, виконаними з урахуванням прийнятої структурної схеми надійності кормодробарки ДБ-5 встановлено, що коефіцієнт її готовності дорівнює К_г=0,92.

Отримані значення наробітку на відказ окремих механізмів (підсистем) дозволили, використовуючи методику оптимізації періодичності технічного обслуговування (ТО) обладнання кормоцехів. Результати розрахунків зведено в таблицю 1.

Розрахунки показують, що найменша періодичність ТО припадає на завантажувальний шнек, подрібнювальну камеру та шнек роздільної камери. Враховуючи те, що періодичності ТО цих підсистем близька до періодичності ТО кормодробарки і саме вони лімітують надійність машини, рекомендується встановити періодичність ТО-1 - 250 год.

Таблиця 1 - Результати розрахунку періодичності технічного обслуговування механізмів кормодробарки ДБ-5

Механізми кормодробарки	Середній наробіток на відказ, год.	Періодичність технічного обслуговування, год
Завантажувальний шнек Зерновий бункер Подрібнювальна камера Роздільна камера Шнек роздільної камери Вивантажувальний шнек	175 223 174 305 132 198	257 296 278 372 232 321
Дробарка в цілому	188	242

У п'ятому розділі “Техніко-економічна ефективність результатів досліджень”, проведено аналіз економічної ефективності впровадження результатів дослідження.

Розроблено ряд організаційно-технічних заходів, що включають: внесення змін в схему термічної обробки молотків та конструкцію кормопровода. Рекомендовано уточнення по номенклатурі запасних частин, за рахунок введення до їх складу дек, підшипників. Обґрунтовано періодичність технічного обслуговування для механізмів і кормодробарки в цілому.

На основі результатів наукової роботи встоновлено, що економічний ефект від впровадження експериментальних молотків на одну машину становить 182 грн., економічна ефективність від заходів по забезпеченню роботоздатності кормодробарок становить 16,5 грн. на одну машину.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ

Перспективним напрямком подальших досліджень в галузі підвищення надійності кормоподрібнювальної техніки слід вважати комплексний структурний аналіз надійності машин на основі системного підходу до їх конструктивних рішень. Надійність дробарок і їх підсистем залежить від параметрів потоків відказів щ_і(t) і відновлень _і(t), вплив яких встановлено на основі моделювання станів і процесів переходів структурних одиниць в різні стани (рівняння 1, 2, 4).

Встановлено, що основний вплив на пошкодження деталей і формування їх відказів (до 32%) чинить процес спрацювання, обумовлений контактною взаємодією робочих органів із зерновою масою.

Відкази по підсистемах молоткових дробарок розподіляються нерівномірно. Найбільша їх кількість припадає на подрібнювальну камеру - 33,6%, завантажувальний шнек - 21,9% та зерновий бункер - 18,5%. По групах складності відкази формуються наступним чином: 1 група складності -13,7% відказів, 2 група складності - 84,2% і 3 група складності - 2,1% відказів від загальної їх кількості.

Встановлено, що найменші середні наробітки на відказ мають: шнек роздільної камери - 132 год., подрібнювальна камера - 174 год. та завантажувальний шнек - 175 год. Закономірності розподілу наробітку на відказ механізмів узгоджуються із законом Вейбулла-Гнєденко. Сумарні відкази подрібнювальної камери та завантажувального шнеку складають понад 50%. Найбільше середнє значення часу відновлення припадає на подрібнювальну камеру - 2,9 год. та вивантажувальний шнек - 2,6 год.

Наробіток серійних молотків із сталі 65Г з шириною зони гартування Н_зг=20 мм на подрібненні зерна пшениці складає не більше 250 т на одну грань. Зменшення зони гартування до 10 мм позитивно впливає на формування криволінійного профілю спрацювання молотків, збільшуючи ефективність їх дії, що сприяє підвищенню довговічності до 16%.

Довговічність дек регламентується якістю помелу зернової маси і для свиней не перебільшує 1450 т переробленого продукту. Для великої рогатої худоби, де допускається більш крупний помел, довговічність дек може досягати 1900 т.

Статистичним аналізом встановлено, що в умовах експлуатації основні показники надійності молоткової кормодробарки (на прикладі ДБ-5) складають: середній наробіток на відказ - 188 год, середній час відновлення роботоздатності - 2,72 год, коефіцієнт готовності - 0,92.

За результатами досліджень для підвищення надійності кормодробарок запропоновано ряд організаційно-технічних заходів, які включають:

внесення змін в схему термічної обробки молотків;

уточнення номенклатури запасних частин;

обґрунтування періодичності технічного обслуговування механізмів і машини в цілому.

Результати роботи впроваджені на ВАТ “Новоград-Волинський завод сільськогосподарських машин”, у Лугинському управлінні АПК районної держадміністрації та на Мар'янівському свинокомплексі Черкаської м'ясної компанії.

Економічний ефект від впровадження експериментальних молотків складає 182 грн. на одну машину. Економічна ефективність від заходів по забезпеченню роботоздатності кормодробарок становить 16,5 грн. на одну машину.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

Бойко А.І., Новицький А.В. Підвищення надійності кормодробарок та подрібнювачів // Механізація сільськогосподарського виробництва. - К.: НАУ. - 1997. - Т. ІІІ. - с. 6-8. (Особистий внесок - обгрунтування моделі та встановлення аналітичних залежностей для дослідження надійності кормоприготувальних машин).

Новицький А.В. Метод оцінки роботоздатності кормоподрібнюючих машин // Механізація сільськогосподарського виробництва. - К.: НАУ. - 1998. - Т. ІV. - с. 63-68.

Бойко А.І., Новицький А.В. Аналіз надійності кормодробарок методом дерева відказів // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. - Кіровоград: КДТУ. - 1999. - Вип. 28 - с. 46-54. (Особистий внесок - розробка структурних схем і встановлення залежностей для аналізу надійності кормодробарок).

Бойко А.І., Карабіньош С.С., Новицький А.В. Комп'ютерна голографія - новий перспективний напрямок досліджень фізичного стану і забезпечення надійності машин // Техніка АПК. - 1999. - №5. - с. 32-33. (Особистий внесок - проведення експериментальних досліджень по визначенню залишкових напружень деталей машин).

Новицький А.В. Модель формування поступового відмовлення молотків дробарок // Технічний прогрес у сільському виробництві. - Глеваха: ІМЕСГ УААН.- 1997. - с. 82-84.

Новицький А.В. Вивчення відмов кормодробарок з використанням теорії масового обслуговування // Технічний прогрес у сільському виробництві. - Глеваха: ІМЕСГ УААН. - 1997.- с. 25-27.

Бойко А.І., Новицький А.В. Структурний аналіз надійності подрібнювачів та кормодробарок // Тези доповідей міжнародної науково-технічної конференції “Перспективи розвитку механізації, електрифікації, автоматизації та технічного сервісу сільськогосподарського виробництва.” - Глеваха: ІМЕСГ, ІТС УААН. - 1996. - с. 59. (Особистий внесок - проведення структурного аналізу надійності кормодробарок).

Новицький А.В. Підвищення безвідказності кормодробарок конструкторсько-технологічними методами на основі структурного аналізу їх надійності. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11. - “Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва”. Національний аграрний університет, Київ, 2001.

Дисертація присвячена підвищенню надійності кормодробарок конструкторсько-технологічними методами. Проведено аналітичні дослідження надійності кормодробарок та їх підсистем на основі структурного аналізу. Встановлено основні закономірності розподілу відказів механізмів та часу на їх усунення. На основі теоретичних та експериментальних досліджень дана якісна та кількісна оцінка відказів кормодробарок, встановлено граничні значення наробітку на відказ деталей подрібнювальної камери з визначенням раціональної зони термічної обробки молотків, норм витрат дек та інших деталей у запасні частини. Обґрунтовано періодичність технічного обслуговування механізмів і дробарки в цілому.

Ключові слова: кормодробарка, надійність, безвідказність, система, структурний аналіз, спрацювання, ймовірність, молоток.

Новицкий А. В. Повышение безотказности кормодробилок конструкторско-технологиче-скими методами на основании структурного анализа их надежности. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.011 - “Машины и средства механизации сельскохозяйствен- ного производства”. Национальный аграрный университет, Киев, 2001.

Робота состоит из вступления, пяти разделов, общих выводов и приложений.

В первом разделе проведен анализ работ, посвященных изучению надежности кормодробилок и повышению долговечности их рабочих органов. Исследованы системные методы расчёта надёжности машин и методы поддержания работоспособности кормоизмельчителей. Определены цель и задачи исследования.

Второй раздел посвящен аналитическим исследованиям обеспечения надежности кормодробилок. Установлено, что перспективным направлением дальнейших исследований в области повышения надёжности кормоизмельчительной техники является комплексный, структурный анализ надёжности машин на основании системного подхода к их конструктивным решениям. На основании структурного анализа кормодробилок, как сложных механических систем, получены зависимости для определения показателей безотказности и ремонтопригодности механизмов и машины в целом. Используя свойства логико-имитационного моделирования процессов формирования отказов, с помощью построения структурных схем, проведено изучение влияния отдельных повреждений деталей на общую надежность кормодробилок.

В третьем разделе представлена программа и методика экспериментальных исследований, методы исследования, измерительные приборы и приспособления, изложена методика обработки экспериментальных данных.

В четвертом - представлены результаты экспериментальных исследований. Проведены исследования причин возникновения отказов механизмов и деталей кормодробилок, проанализированы закономерности их распределения.Получена хорошая согласованность экспериментальных даных закону распределения Вейбулла-Гнеденко. Исследования безотказности и ремонтопригодности проводились для шести подсистем: загрузочный шнек, зерновой бункер, измельчительная камера, разделительная камера, шнек разделительной камеры и выгрузной шнек. Наибольшее количество отказов приходится на измельчительную камеру и загрузочный шнек. Установлено, что надежность дробилок и их подсистем зависит от параметров потоков отказов и восстановлений. Основное влияние на повреждения деталей и формирование отказов имеет процесс изнашивания, обусловленный контактным взаимодействием рабочих органов с зерновой массой.

Проведены исследования динамики изнашивания деталей измельчительной камеры, обоснованы их предельные значения наработки на отказ. Установлено, что уменьшение зоны закалки для молотков из стали 65Г до 10 мм положительно влияет на формирование криволинейного профиля износа молотков и повышает их долговечность на 16%. Экспериментальные исследования показали, что долговечность дек регламентируется качеством измельчения зерновой массы. На основании статистического анализа определены показатели надёжности кормодробилки ДБ-5: наработок на отказ-188 часов, среднее время устранения отказов-2,72 часа, коэффициент готовности-0,92.

В пятом разделе работы представлены организационно-технические рекомендации, направленные на повышение надежности кормодробилок. Проведено экономическое обоснование изменений в схему термической обработки молотков, периодичность технического обслуживания и количество запасных частей. Основные результаты диссертационной работы внедрены на ОАТ “Новоград-Волынский завод сельхозмашин” и в сельскохозяйственных предприятиях.

Ключевые слова: кормодробилка, надежность, безотказность, система, структурный анализ, изнашивание, вероятность, молоток.

A.V. Novitsky. The increasing of foodcrushers reliability by design-tehnological methods on the basis of the structural analysis of their dependability - Manuscript.

The thesis is submitted in fulfillment of the requirements for the Degree of Candidate of Technical Science in the specialty 05.05.11 - “Machines and means of mechanization for Agricultural Production.” National Agricultural University, Kiev, 2001.

The thesis is devoted to increasing of foodcrushers reliability by design-tehnological methods. The analytical researches on foodcrushers reliability and their subsystems were conducted on the basis of structural analysis. There is determined the main functions destribution: failunes of the machanizmes and the time for them restorations. According to the theoretical and - field researches the qualitative and quantitative estimation of foodcrushers failures was given. The limitation values of crushing chamber parts reliability were founded out. The rational zones of hammer's thermal processing, rates of bottoms and other exchange parts utilization were defined. The time rates for service maintenance of mechanisms and foodcrushers were proved.

Key words: foodcrushers, depedcrusher, reliability, system, structural analysis, were process, probability, hammer.

Размещено на Аllbest.ru

...