Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Удосконалення способів та засобів діагностування гідравлічних приводів комбайнів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В структурі технологій вирощування сільськогосподарських культур одним з найбільш відповідальних етапів стосовно отримання якісної продукції з мінімальними втратами є процес збирання врожаю в строки, які встановлені агротехнічними вимогами. Відхилення від оптимальних строків збирання врожаю призводить до погіршення якості продукції і збільшення втрат, які можуть досягати 30% вирощеного врожаю. Однією з причин збільшення тривалості виконання робіт зі збирання врожаю є простої комбайнів, що пов'язані з пошуком та усуненням відмов, які є наслідком не досить високої надійності комбайнів. Про невисоку надійність більшості комбайнів, які експлуатуються в сільському господарстві, свідчить той факт, що майже половина робочого часу, в період збирання врожаю, витрачається на роботи з пошуку і усунення відмов, внаслідок чого наробіток на відмову не перевищує 50 мотогодин.

Сучасні комбайни мають досить високий рівень гідрофікації механізмів рульового керування, ходової системи та основного технологічного обладнання. Відмови складових частин гідроприводів складають від 12,6% до 36,2% від загальної кількості відмов по комбайну, а тривалість простою комбайна на пошук та усунення однієї відмови може скласти від кількох годин до кількох днів.

На етапі експлуатації комбайнів гарантом їх надійності стає технічне діагностування, яке забезпечує своєчасною інформацією стосовно настання відмов і оперативний їх пошук та усунення, а також щодо фактичного технічного стану об'єкту та прогнозування його подальшого експлуатування. Тому наукові дослідження з удосконалення способів і засобів діагностування гідроприводів комбайнів є актуальними та своєчасними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась в лабораторії діагностування та технічного обслуговування Національного наукового центру “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” згідно з планом науково-дослідних робіт, які є складовими НТП НААН України “Механізація та електрифікація АПК”: “Розробити технологічні процеси та універсальні засоби для технічного обслуговування, діагностування і ремонту гідроагрегатів, відновлення циліндрів двигунів” (№ держреєстрації 0196U018930); “Дослідити робочі процеси дизелів і гідроприводів нових моделей машин, обґрунтувати методи та розробити технічні засоби для технічного обслуговування і діагностування” (№ держреєстрації 0102U000234); “Розробити наукові засади діагностування паливної апаратури і гідроприводів за параметрами, що відображають робочі процеси, змоделювати та дослідити вплив технічного стану структурних елементів цих агрегатів на діагностичні параметри та показники працездатності сільськогосподарських машин” (№ держреєстрації 0107U012388); “Обґрунтувати параметри, розробити технічні засоби для діагностування дизелів, паливної апаратури і гідроприводів сільськогосподарської техніки” (№ держреєстрації 0107U012389), а також госпдоговірних тем: “Розробити комплект засобів для діагностування дизельних двигунів, тракторів і комбайнів” (№ держреєстрації 0103U006702); “Науково-методичні обґрунтування для комплектації та використання пересувних ремонтно-діагностичних майстерень (№ держреєстрації 0104U006619); “Розроблення СОУ. Техніка сільськогосподарська. Діагностичне забезпечення гідравлічних приводів. Загальні технічні вимоги” (№ держреєстрації 0106U007224); “Розроблення СОУ. Технічна діагностика. Комбайни зернозбиральні. Параметри та якісні ознаки технічного стану (№ держреєстрації 0106U007225).

Мета та задачі дослідження. Метою дослідження є підвищення технічної готовності комбайнів та зменшення витрат на технічне обслуговування і ремонт шляхом зменшення трудомісткості пошуку та усунення відмов, а також більш повного використання ресурсу гідроагрегатів.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

- проаналізувати існуючі способи та засоби діагностування гідравлічних приводів, дати оцінку можливості їх застосування стосовно комбайнів та намітити напрямки проведення досліджень з їх удосконалення;

- обґрунтувати діагностичні параметри для визначення технічного стану гідроприводів в цілому і їх складових частин та встановити вимоги на способи і засоби їх вимірювання;

- встановити характер змін структурних параметрів технічного стану гідроагрегатів і визначити вплив цих змін на діагностичні параметри та показники працездатності гідрофікованих механізмів;

- виконати комплекс взаємоузгоджених досліджень з удосконалення правил, способів, засобів і алгоритмів технічного діагностування гідроприводів комбайнів;

- провести лабораторні та виробничі випробування розробки і на підставі отриманих результатів дати оцінку стосовно досягнення поставленої мети дослідження.

Об'єкт дослідження. Процес функціонування гідравлічних приводів як сукупність взаємоузгоджених зв'язків між параметрами їх складових частин.

Предмет дослідження. Характеристики зміни структурних параметрів складових частин гідроагрегатів і їх співвідношення з діагностичними параметрами і показниками працездатності гідроприводів комбайнів.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проведено на основі аналізу структурно-функціональних зв'язків взаємодії внутрішніх, вхідних та вихідних параметрів технічного стану гідроагрегатів. Обґрунтування діагностичних параметрів виконано на основі розроблених діагностичних моделей та графо-аналітичного моделювання. Експериментальні дослідження з визначення характеру зміни структурних параметрів деталей гідроагрегатів, перевірка способів та засобів діагностування проводились на підставі використання методів планування експериментів, що проводились на основі натурних спостережень та експертних оцінок, а обробка та аналіз результатів експериментальних досліджень проводились з застосуванням сучасних методів математичної статистики та ПЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше теоретично та експериментально обґрунтований комплекс взаємоузгоджених правил, способів і засобів для ведення технічного діагностування гідроприводів комбайнів, в разі реалізації якого потреба в проведенні операцій технічного обслуговування чи ремонту гідроагрегатів визначається за їх фактичним технічним станом;

- дістало подальшого розвитку удосконалення способів діагностування гідроприводів на динамічних перехідних режимах за характеристиками тривалості та інтенсивності зміни тиску робочої рідини в гідропроводах, для яких експериментально встановлено закономірності впливу параметрів технічного стану гідроагрегатів на діагностичні параметри;

- встановлено закономірності зміни структурних параметрів технічного стану гідроагрегатів та їх вплив на показники працездатності гідрофікованих механізмів комбайнів і на їх основі обґрунтовано діагностичні параметри, а також способи та засоби вимірювання;

- теоретично обґрунтовано та підтверджено експериментально достовірність визначення технічного стану гідроприводів і їх складових частин за нормативними значеннями діагностичних параметрів, визначених з урахуванням динаміки зміни структурних параметрів гідроагрегатів в процесі експлуатації комбайнів.

Практичне значення одержаних результатів

За результатами проведених досліджень удосконалено діагностичне забезпечення гідроприводів, що позитивно впливає на технічну готовність комбайнів. Реалізація розроблених способів та засобів дозволяє в 2...3 рази зменшити трудомісткість діагностування, на 20-30% збільшити тривалість роботи гідроагрегатів до повного використання їх ресурсу і на 15-20% зменшити витрати на технічне обслуговування і ремонт гідроагрегатів.

На основі проведених досліджень розроблені технології (алгоритми) діагностування гідравлічних приводів комбайнів та діагностичні засоби, які пройшли приймальні випробування в Міністерстві аграрної політики України і рекомендовані до впровадження.

Результати проведених досліджень послужили базою при розробці стандартів Мінагрополітики України стосовно визначення параметрів та якісних ознак технічного стану зернозбиральних комбайнів (СОУ 29.3-37-437:2006) та діагностичного забезпечення гідравлічних приводів сільськогосподарської техніки (СОУ 29.3-37-438:2006).

Обґрунтовані діагностичні параметри та способи їх вимірювання можуть бути застосованими в процесі розробки та використання нових діагностичних засобів, в тому числі вмонтованих та комп'ютеризованих.

Особистий внесок здобувача полягає у встановленні характеру зміни структурних параметрів гідроагрегатів та їх вплив на показники працездатності гідроприводів і гідрофікованих механізмів комбайнів. Автором розроблено структурно-функціональні діагностичні моделі гідроприводів і проведено математичне моделювання стосовно встановлення зв'язків між параметрами технічного стану гідроагрегатів і відповідними діагностичними параметрами. Проведено аналіз зміни гідродинамічного тиску робочої рідини на перехідних процесах в разі зміни швидкості переміщення рухомих елементів гідрофікованих механізмів і швидкості потоку робочої рідини та запропоновано використання характеристик зміни тиску в якості діагностичних параметрів для оцінки технічного стану гідропривода в цілому і його складових частин зокрема. Розроблено та виготовлено експериментальне обладнання для дослідження динамічних характеристик зміни тиску робочої рідини на перехідних процесах. Розроблена нова методика, підібрано вимірювальне обладнання та засоби при проведенні експериментальних досліджень. Обґрунтовано діагностичні параметри та способи їх вимірювання. Розроблено нові діагностичні засоби та алгоритми (технології) діагностування гідроприводів в цілому та їх складових частин.

Апробація результатів роботи. Основні положення наукових досліджень, що містяться в дисертації, доповідались і отримали позитивну оцінку на: щорічних Міжнародних науково-технічних конференціях “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” ННЦ “ІМЕСГ” (смт. Глеваха, 2003-2010 рр.); на міжнародній науково-технічній конференції, присвяченій 80-річчю механіко-технологічного факультету НУБіПУ (2009 р.); ХІ міжнародній науковій конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” присвяченій 110-річниці від дня народження академіка П.М. Василенка (2010 р.); Міжнародних виставках-ярмарках “Агро” (смт. Чубинський, 2003-2005 рр.), (м. Київ, 2006-2009 рр.); Міжнародній виставці “Промисловий тиждень-2009”, а також на щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу та аспірантів Національного аграрного університету (Національного університету біоресурсів і природокористування України (2008-2011 рр.). Дисертаційна робота в повному обсязі була заслухана на розширеному засіданні кафедри механіки і теорії механізмів і машин НУБІП України (м. Київ, 2010 р.) та на розширеному засіданні відділів ремонту і технічного обслуговування ННЦ “ІМЕСГ” (смт. Глеваха, 2010 р.).

Пристрій для діагностування гідроагрегатів який демонструвався на виставці “Промисловий тиждень-2009”, отримав диплом виставки.

Публікації. Основні положення та результати дисертаційних досліджень опубліковано у 15-ти наукових працях, з яких 9 статей у фахових наукових виданнях.

Основний зміст роботи

комбайн гідроагрегат технічний

У вступі розкрито сутність і стан наукової проблеми та обґрунтовано актуальність і доцільність розробки дисертаційної теми, сформовано напрямок дослідження. Визначено мету і задачі дослідження, наведена наукова новизна та практичне значення отриманих результатів, подано відомості про апробацію, публікації та структуру дисертації.

У першому розділі “Стан питання і вибір напрямку дослідження” розглянуто структуру, кількісний склад та рівень гідрофікації комбайнів. Наведено переваги застосування гідроприводів за результатами наукових праць Башти А.Т, Прокоф'єва В.М., Гаминіна М.С., Хаймовича Е.М., Кальбуса Г.Л. та ін. Встановлено структурно-функціональні зв'язки взаємодії різних типів гідроприводів в процесі їх функціонування, а також техніко-економічні показники працездатності гідроагрегатів.

Проведений аналіз робіт з надійності комбайнів, в т.ч. гідроприводів, засвідчив, що їх технічна готовність до виконання збиральних робіт часто не перевищує 50%, а тривалість робіт з пошуку та усунення відмов може досягати майже половини робочого часу. В наукових роботах Войтюка В.Д., Рубльова В.І., Міхліна В.М. та ін., присвячених ролі техсервісу в підвищенні надійності с-г. техніки, відмічається, що раціональне застосування служб техсервісу забезпечує в 1,2 -3 рази зменшення тривалості простоїв комбайнів по причині усунення відмов та до 46% зниження витрат на технічне обслуговування та ремонт. При цьому акцентується увага на тому, що технічний сервіс в системі управління надійністю техніки слід розглядати як життєвий цикл продукції, який забезпечує впевненість споживачів в якості техніки і результативності її експлуатації.

В наукових працях Харазова А.М., Макарова Р.О., Лебедєва А.Т., Дідура В.А. та інших розглядаються органолептичні, часові, статопараметричні та теплові способи діагностування гідроприводів. Реалізація цих способів здійснюється в основному механічними діагностичними засобами. Враховуючи низький рівень пристосованості гідроагрегатів до діагностування, це потребує значної трудомісткості виконання монтажно-демонтажних робіт. Стосовно гідроприводів комбайнів відсутній комплексний підхід до створення і сама система їх технічного діагностування.

За результатами проведеного аналізу літературних джерел поставлена мета дослідження, вибрано його напрямок, намічено об'єкт та предмет, а також основні задачі дослідження.

У другому розділі “Теоретичні дослідження робочих процесів гідроприводів комбайнів з метою обґрунтування діагностичних параметрів” проведено аналіз структурно-функціональних зв'язків взаємодії складових частин гідроприводів у разі статичних і динамічних робочих процесів та розроблено діагностичні моделі. Для гідропривода рульового керування, який відноситься до замкненої активної динамічної системи стеження (теоретичні основи функціонування яких розглянуто в наукових працях Льюіса Е., Стерна Х., Гаминіна М.С., Хаймовича Е.М. та інших), точність та швидкодіючість керування комбайном оцінюється його чутливістю, яка описується такою передаточною функцією:

(1)

де  приріст кута повертання напрямних коліс, рад; приріст кута повертання рульового колеса, рад; коефіцієнт підсилення гідропривода по швидкості, (см/с)/рад; коефіцієнт підсилення гідропривода по тяговій силі, МПа/(рад•см²); коефіцієнт в'язкого тертя навантаження і поршня гідроциліндра, Н/(см/с); комплексний оператор диференціювання; ефективний об'єм робочої рідини в лінії нагнітання, см³; маса на штокові гідроциліндра та поршня, кг•с²/см; об'ємний модуль пружності робочої рідини і гідропроводів, Н/см²; площа поршня гідроциліндра, см².

Витратна та перепадна характеристика представлена в передаточній функції. Для конкретного гідропривода в процесі експлуатації частина параметрів залишаються незмінними або змінюються в незначних межах, а такі параметри як коефіцієнти підсилення гідропривода по швидкості (С₁) та тяговій силі (С₂) змінюються пропорційно зміні структурних параметрів гідроагрегатів.

Для гідроагрегатів, які були в експлуатації, коефіцієнти підсилення гідропривода по швидкості та тяговій силі змінюються пропорційно зношенню деталей, а тому параметр чутливості гідропривода рульового керування прийнято в якості діагностичного параметра для оцінки його загального технічного стану.

Для гідроприводів комбайнів характерним є їх функціонування на несталих динамічних перехідних режимах, які супроводжуються зміною швидкості та напрямку переміщення рухомих частин гідрофікованих механізмів і потоку робочої рідини, внаслідок чого змінюється тиск робочої рідини.

В разі швидкого зупинення рухомих частин механізмів гідрофікованих агрегатів та потоку робочої рідини, кінетична енергія переміщення рухомих частин і робочої рідини трансформується в потенційну енергію пружної деформації робочої рідини і деталей гідропривода, що призводить до різкого збільшення тиску робочої рідини, тобто відбувається гідравлічний удар. Максимальне значення та приріст тиску робочої рідини в режимі гідравлічного удару знаходяться в разі рішення системи диференційних рівнянь (Жуковський М.Є.):

 (2)

де - середнє значення тиску робочої рідини в трубопроводі (гідроагрегаті), МПа; -середнє значення швидкості потоку робочої рідини, м/с; - час, с; швидкість розповсюдження звуку в рідині, що тече в трубопроводі, м/с; щільність робочої рідини, кг/м³; коефіцієнт, який залежить від форми перерізу та товщини трубопроводу; приведений модуль об'ємного стискання трубопровода, кг/см²; х - швидкість робочої рідини в конкретному перерізі трубопровода.

Приріст тиску робочої рідини в гідроприводі на перехідних динамічних режимах визначається за формулою, яка отримана в результаті розв'язку системи рівнянь (2) (Чарний І.А.):

(3)

де - приріст тиску робочої рідини, МПа; - довжина трубопроводів та гідроциліндрів в лінії подачі робочої рідини, м; - швидкість перетікання робочої рідини в порожнині гідроциліндра до моменту зупинки поршня, м/с; коефіцієнти, які розраховують згідно характеристик робочої рідини та трубопроводів.

Наведені залежності (2, 3) було використано для обґрунтування діагностичних параметрів оцінки технічного стану гідропривода комбайна, але цього не достатньо для комплексного діагностування його гідропривода. Тому нами запропоновано використання в якості діагностичних інші параметри, характеристик зміни тиску робочої рідини на перехідних режимах функціонування гідроприводів згідно отриманих осцилограм, і на яких зображені перепади тиску (ДР). Вказані значення перепадів тиску, за допомогою комп'ютерної програми для розрахунків, у подальшому дозволили розробити електронні діагностичні засоби комбайнів.

, (4)

де ДN - загальна втрата потужності в насосі та гідромоторі, кВт;

Р_Н - номінальне значення тиску робочої рідини в системі високого тиску гідропривода, Па; з_Г.М - гідромеханічний коефіцієнт корисної дії насоса та гідромотора; d_П - діаметр плунжера, м; ДР_П, ДР_Р, ДР_Д - перепад тиску робочої рідини відповідно в спряженнях втулка - плунжер, дно приставне -розподільник, п'ята плунжера - диск опорний, Па; м - коефіцієнт динамічної в'язкості, пз; д_П, д_Р, д_Д - зазор відповідно в спряженнях втулка-плунжер, дно приставне-розподільник, п'ята плунжера-диск опорний, м; L_П, L_Р - довжина щілини (зазору) в напрямку перетікання робочої рідини, м; Z - кількість деталей (плунжерів, п'ят, ущільнюючих поверхонь між вікнами приставного дна); е - ексцентриситет; Н - ширина щілини в напрямку, перпендикулярному до перетікання робочої рідини, м; g - прискорення вільного падіння, м/с²;

г - коефіцієнт кінематичної в'язкості робочої рідини, м²/с; У - об'ємна вага, кг/м³; R - радіус зовнішньої поверхні п'яти, м; R₀ - радіус внутрішньої поверхні п'яти, м, , , - швидкості переміщення відповідно дна приставного, п'яти плунжера, плунжера, м/с.

Таким чином, вираз (4) дав можливість оцінити втрату потужності гідропривода ходової системи комбайнів в разі зміни основних параметрів гідроагрегатів і режимів їх функціонуваня.

За результатами проведених досліджень побудована залежність втрат потужності гідропривода ходової системи ГСТ112 від загального (сумарного) зазору в спряженнях втулка - плунжер, дно приставне - розподільник, п'ята плунжера - диск опорний на номінальних частотних та навантажувальних режимах функціонування.

Як бачимо, втрата потужності гідропривода ходової системи в значній мірі залежить від загального зазору в спряженнях основних деталей, через які збільшуються втрати робочої рідини.

В третьому розділі “Методика експериментальних досліджень” згідно з вибраним напрямком та результатами теоретичних досліджень розроблено програму та методику експериментальних досліджень.

Характер зміни параметрів деталей (зношення поверхонь) гідравлічних агрегатів визначено на підставі результатів проведеного нами мікрометражу. Для цього на деталі гідроагрегатів розроблено мікрометражні карти, в які заносились результати вимірювання розмірів поверхонь деталей гідроагрегатів, що відпрацювали певний термін. Гідроагрегати випробовувались перед розбиранням і після складання на режимах і за параметрами згідно з паспортними даними. Вимірювальні засоби перед їх застосуванням проходили повірку в відповідних метрологічних службах, а їх точність забезпечувала вимірювання параметра з відносною похибкою не більше ± 5%.

Випробування гідроприводів проводили на спеціальному експериментальному обладнанні: модернізованому стенді випробування гідроагрегатів; монтажно-демонтажній приставці з гідравлічним та фрикційним імітаторами навантаження на штоки гідроциліндрів; контрольно-регулюючій гідроапаратурі створення та вимірювання тиску, температури та витрат робочої рідини; вимірювальній та реєструючій апаратурі для запису осцилограм робочого процесу гідроприводів на динамічних перехідних режимах.

Результати експериментальних досліджень оброблялись за методами математичної статистики на ПЕОМ. Оцінку відповідності емпіричної залежності вибраному теоретичному закону проведено за критеріями погодженості Пірсона та Колмогорова.

У четвертому розділі “Результати експериментальних досліджень” представлено характеристики зміни структурних параметрів деталей гідроагрегатів і їх вплив на параметри технічного стану гідроприводів та показники працездатності рульового керування, ходової системи та основних технологічних механізмів комбайнів.

Так, за результатами проведеного мікрометражу який було проведено у спеціалізованих ремонтних підприємствах, величина зношення деталей насоса НШ10 гідропривода рульового керування комбайна в залежності від наробітку було таким: для головок зубців шестерень - від 0,030 мм до 0,214 мм; зубців шестерень по довжині - від 0,008 мм до 0,578 мм; валів шестерень - від 0,020 мм до 0,280 мм; отвору корпуса під зубці шестерні - від 0,210 мм до 1,160 мм; підшипників по довжині - від 0,310 мм до 0,810 мм; отвору підшипника під вал шестерні - від 0,030 мм до 0,582 мм; підшипника по зовнішньому діаметру від - 0,016 мм до 0,148 мм; отвору корпуса під підшипник від - 0,012 мм до 0,164 мм.

Було також експериментально встановлено, що внаслідок зношення поверхонь деталей, значно збільшуються зазори в спряженнях, через які перетікає робоча рідина і було встановлено такі їх значення: збільшення зазорів у спряженні корпус - головки зубців шестерень від 0,168 мм до 0,530 мм спричиняє збільшення втрат робочої рідини від 6,8 см³/с до 37,2 см³/с; збільшення зазорів в спряженнях торець зубців шестерень - підшипник від 0,108 мм до 1,203 мм спричиняє збільшення втрат робочої рідини від 1,9 см³/с до 35,4 см³/с; збільшення зазорів в спряженнях корпус - підшипник від 0,056 мм до 0,416 мм спричиняє збільшення втрат робочої рідини від 0,16 см³/с до 7,8 см³/с; збільшення зазорів в спряженнях підшипник - вал шестерні від 0,098 мм до 0,439 мм спричиняє збільшення втрат робочої рідини від 0,19 см³/с до 3,1 см³/с. Отримані експериментально значення зміни параметрів відображені на узагальнюючому Рис. 5.

Отримана залежність характеризує зміну технічного стану насоса за параметром об'ємного К.К.Д. від наробітку, що забезпечує можливість визначати його фактичний ресурс на момент діагностування і давати прогноз терміну його подальшого експлуатування.

В насосі-дозаторі, який виконує функції регулювання швидкісними та навантажувальними параметрами потоку робочої рідини, в результаті зношення поверхонь деталей збільшуються зазори в спряженнях: отвір корпуса розподільника - золотник від 0,026 мм до 0,066 мм; отвір блока циліндрів - поршень (кулька) від 0,016 мм до 0,032 мм; отвір фланця - вал приводний від 0,106 мм до 0,540 мм. Зношення поверхонь отвору фланця та вала приводного призводить до руйнування ущільнювача і, як наслідок, до витоку робочої рідини назовні, що є недопустимим при експлуатації комбайнів. Збільшення зазорів в спряженнях деталей призводить до збільшення втрат робочої рідини в спряженнях корпус - золотник від 20 см³/с до 340 см³/с, а в спряженнях блок циліндрів - поршні, від 2,5 см³/с до 11,2 см³/с.

Втрати робочої рідини в насосі-дозаторі зменшують його робочий об'єм, в разі збільшення загального зазору в спряженнях корпус - золотник та блок циліндрів - поршні від 0,008 мм до 0,052 мм, з 80 см³ до 20 см³, в результаті чого стає неможливим забезпечити максимальну швидкість (частоту) повертання рульового колеса, яка регламентується стандартами в діапазоні від 1,0 с^-1 до 1,7 с^-1, що робить непрацездатним як насос-дозатор, так і рульове керування в цілому.

За результатами витратних і перепадних (навантажувальних) характеристик побудована залежність швидкості (приросту) повертання керованих коліс від швидкості (приросту) повертання рульового колеса, за якою оцінюється чутливість рульового керування. Загальний технічний стан гідропривода рульового керування слід оцінювати за діагностичними параметрами швидкості обертання рульового колеса на номінальних режимах опору повертанню керованих коліс, а насоса-дозатора - за швидкістю сковзання рульового колеса.

Далі було досліджено гідропривод трансмісії комбайна, який представляє собою систему низького тиску робочої рідини (систему керування подачею насоса високого тиску) і систему високого тиску (привод ведучих коліс). До системи низького тиску відносяться: шестеренний насос підживлення НП18, розподільник, сервопривод, запобіжні, перепускні та запірні клапани.

До системи високого тиску відносяться: аксіально-поршневі насос регульованої подачі та гідромотор; клапанна коробка з запобіжними клапанами високого тиску, шунтувальним та переливним клапанами. Дослідженнями встановлено зміни структурних параметрів і їх вплив на технічний стан складових частин гідропривода та працездатність трансмісії комбайна. Внаслідок зношення поверхонь деталей змінюються зазори в спряженнях деталей системи високого тиску: розподільник - приставне дно від 0,014 мм до 0,085 мм, що спричиняє втрату робочої рідини від 0,87 см³/с до 148,61 см³/с; втулка - плунжер насоса та гідромотора від 0,030 мм до 0,067 мм, через які втрачається від 78,66 см³/с до 462,48 см³/с робочої рідини; корпус - золотник клапанної коробки гідромотора від 0,021 мм до 0,048 мм, через які втрачається від 4,09 см³/с до 60,21 см³/с робочої рідини; загальні втрати робочої рідини в спряженнях деталей складових частин системи високого тиску на номінальних швидкісних і навантажувальних режимах функціонування змінюються від 148 см³/с до 3210 см³/с, що призводить до зменшення створюваної на валу гідромотора потужності від 81 кВт до 10 кВт.

Зазори в спряженнях деталей складових частин системи керування змінюються таким чином: корпус - головки зубців шестерень насоса підживлення від 0,126 мм до 0,198 мм, через які втрачається від 18 см³/с до 180 см³/с робочої рідини; кришка - торці зубців шестерень насоса підживлення від 0,098 мм до 0,147 мм, через які втрачається від 2,9 см³/с до 23,2 см³/с робочої рідини; корпус - золотник розподільника системи керування від 0,031 мм до 0,058 мм, що спричиняє втрату робочої рідини від 8,2 см³/с до 66,1 см³/с.

Експериментальні дослідження з встановлення зміни структурних параметрів деталей та їх вплив на технічний стан основного гідропривода комбайна проведено з такими гідроагрегатами: шестеренними насосами типу НШ 32У; гідророзподільниками з механічним керуванням типу ГА 34000Г, з електромагнітним керуванням типу З РЭ50-2; поршневими та плунжерними гідроциліндрами різного типу. Зношення поверхонь деталей насоса НШ 32У призводить до збільшення зазорів в спряженнях: корпус - головки зубців шестерень від 0,171 мм до 0,724 мм, що спричиняє втрати робочої рідини від 48 см³/с до 360 см³/с; втулка - торці зубців шестерень від 0,131 мм до 0,554 мм, що спричиняє втрати робочої рідини від 26 см³/с до 320 см³/с; корпус - втулка від 0,05 мм до 0,175 мм, що спричиняє втрати робочої рідини від 12 см³/с до 260 см³/с; втулка - вал шестерні від 0,053 мм до 0,172 мм, що спричиняє втрати робочої рідини від 14 см³/с до 340 см³/с. Зношення поверхонь деталей призводить до збільшення загального зазору в зазначених спряженнях від 0,25 мм до 0,96 мм, що спричиняє зменшення об'ємного К.К.Д. насоса від 0,98 до 0,20 (рис. 9). В 16% розподільників з електромагнітним керуванням зафіксовано заклинення якоря в котушці, а в 21% - обрив дротів в клемовій коробці електромагніта. Майже 80% розподільників мали відхилення від номінального регулювальні значення тиску робочої рідини. Зношення поверхонь корпусів та золотників розподільників збільшують зазори в спряженнях цих деталей від 0,006 мм до 0,077 мм, що спричиняє втрату робочої рідини від 1,2 см³/с до 165 см³/с, коли золотник встановлено в робочу позицію “Піднімання” і від 0,2 см³/с до 40 см³/с, коли золотник встановлено в “Нейтральну” позицію.

Зменшення об'ємного К.К.Д. від 0,92 до 0,20 призводить до збільшення тривалості піднімання жниварки з 3,1 с до 14,6 с, що негативно впливає на продуктивність роботи комбайна. За результатами проведених досліджень запропоновано загальний технічний стан основного гідропривода комбайна визначати: в статичному режимі за діагностичним параметром, що характеризує тривалість (час) виконання технологічних операцій максимально навантажених гідрофікованих механізмів; в динамічному перехідному режимі за діагностичним параметром, який характеризує тривалість росту (збільшення) тиску робочої рідини, що фіксується і обробляється відповідними вимірювальними засобами.

У п'ятому розділі “Розроблення з удосконалення системи діагностичного забезпечення гідроприводів комбайнів” розглянуто комплекс взаємнопогоджених правил, методів, алгоритмів і засобів для здійснення пошуку відмов та визначення технічного стану об'єктів діагностування. Оцінку технічного стану об'єктів проводили за результатами порівняння значень заміряного діагностичного параметра з нормативним, на підставі чого давали заключення (діагноз) щодо несправності, залишкового ресурсу або потребу в регулювальних і ремонтних роботах. Для кожного з прийнятих видів діагностування (експрес, оперативне, періодичне) обґрунтовано способи (методи) діагностування, які оптимізовано за критеріями мінімальних трудомісткості та вартості з забезпеченням потрібної достовірності діагнозу. Експрес-діагностування проводиться за обмеженою кількістю діагностичних параметрів для визначення загального технічного стану гідропривода. Оперативне діагностування проводиться з метою пошуку та усунення відмов в разі їх виникнення. Періодичним діагностуванням передбачається встановлення залишкового ресурсу, прогнозування терміну подальшого експлуатування або визначення потреби в ремонті. Процес діагностування проводиться за розробленими алгоритмами (технологіями), якими задано сукупність елементарних перевірок і послідовність їх виконання, а також правила оброблення результатів елементарних перевірок та встановлення діагнозу. Реалізація алгоритмів здійснюється за допомогою розроблених діагностичних засобів та стандартних, промислового виготовлення приладів, якими забезпечується контроль та вимірювання таких діагностичних параметрів: витрату та втрату робочої рідини від 83 см³/с (5 л/хв.) до 3666 см³/с (220 л/хв.) з створенням перепаду тиску від 1,0 Мпа до 25,0 Мпа; тиск робочої рідини від 0,5 Мпа до 40,0 Мпа; вакуум від 10 кПа до 60 кПа; температуру робочої рідини від 10 єС до 100 єС; частоту обертання рульового колеса та приводних валів гідроагрегатів від 0,02 с^-1 до 34 с^-1; час виконання операцій від 1 с до 300 с; об'єм робочої рідини від 1 см³ до 2000 см³; силу прикладання від 10 Н до 600 Н. За результатами проведених досліджень розроблено комплекти діагностичних засобів з витратомірами постійного та змінного перепаду тиску робочої рідини.

На діагностичні засоби розроблена документація, виготовлено дослідні зразки, проведено лабораторні та виробничі випробування, а комплект ПДГ-9036 пройшов приймальні випробування. За результатами дослідно-виробничої перевірки розроблених способів та засобів діагностування гідроприводів встановлено такі їх переваги над аналогічними розробками: середня оперативна трудомісткість діагностування для різних типів комбайнів в середньому зменшується на 89%; середня вартість виконання робіт з діагностування гідроприводів одного комбайна зменшується на 95%; трудомісткість визначення загального технічного стану гідроприводів на динамічних перехідних режимах за параметрами зміни тиску робочої рідини, в разі застосування електронних засобів, зменшується в два-три рази; середній приріст коефіцієнта готовності комбайнів, в разі реалізації розробки, складає 0,09.

Очікуваний економічний ефект від застосування розробленої системи технічного діагностування гідроприводів комбайнів розраховано за стандартними методиками з використанням наступної залежності:

(5)

де річний економічний ефект від застосування розробки, грн.; середня вартість діагностування гідроприводів одного комбайна за базовою розробкою, грн.; середня вартість діагностування гідроприводів одного комбайна за новою розробкою, грн.; річний обсяг діагностування, одиниць; річний економічний ефект, одержаний за рахунок зменшення збитків від простоїв комбайнів, грн.; річний економічний ефект, одержаний за рахунок зменшення збитків від передчасного зняття гідроагрегатів, грн.

Проведеними розрахунками встановлено, що очікуваний річний економічний ефект від реалізації однієї розробки на парк у 20 зернозбиральних комбайнів типу “Дон” та “Славутич” складає 44,4 тис.грн.

Висновки

1. Аналіз відомих досліджень з надійності комбайнів показав, що зараз середній наробіток на відмову не перевищує 50 мото-годин, близько 25% відмов від загальної кількості по комбайну припадає на гідроприводи, тривалість пошуку та усунення відмов яких може досягати 50% робочого часу. В результаті чого порушуються оптимальні агростроки збирання врожаю і, як наслідок, значно збільшуються втрати врожаю сільськогосподарських культур (можуть досягати 30% вирощеного врожаю). Однією з причин такого стану є незадовільний рівень діагностичного забезпечення гідроприводів стосовно попередження про настання можливих відмов, оперативного пошуку та усунення відмов, визначення технічного стану об'єктів і прогнозування терміну їх подальшої безвідмовної експлуатації.

2. На основі аналізу структурно-функціональних зв'язків взаємодії складових частин гідроагрегатів і можливих, в процесі експлуатації, змін параметрів їх технічного стану, а також впливу цих змін на показники працездатності гідромеханізмів, розроблено та формалізовано графоаналітичним описом нові діагностичні моделі. За цими моделями встановлено закономірності зміни обґрунтованих діагностичних параметрів в разі зміни загального технічного стану гідроприводів за значенням об'ємного коефіцієнта корисної дії від номінального 0,92 до граничного 0,54 та визначено такі способи діагностування: рульового керування за швидкістю повертання, рульового колеса від номінальної 10,8 рад/с до граничної 5,6 рад/с та керованих коліс від номінальної 0,14 рад/с до граничної 0,08 рад/с; основних технологічних механізмів за тривалістю виконання найбільш енергомісткої технологічної операції, від номінальної 3 с до граничної 6 с; ходової системи за загальними втратами робочої рідини в насосі та гідромоторі на номінальних частотному і навантажувальному режимах, які мають бути не більше 30% максимальної подачі насоса.

3. Теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено спосіб визначення технічного стану гідроприводів на динамічних перехідних режимах їх функціонування за параметрами зміни тиску робочої рідини. Встановлено закономірності зміни тривалості виконання робочих операцій від 0,045 с до 0,095 с, та інтенсивність зміни тиску, від 258,85 МПа/с до 136,16 МПа/с, тиску робочої рідини в напірному гідроприводі від зміни технічного стану гідропривода за значенням зміни О.К.К.Д. від 0,92 до 0,38. Втрати робочої рідини в спряженнях корпус-золотник розподільника та корпус-поршень-шток гідро циліндра від 0,08 см³/с до 2,0 см³/с, визначаються за інтенсивністю зміни тиску робочої рідини від 0,077 МПа/с до 1,625 МПа/с. Такі способи діагностування є основою для розробки і застосування умонтованих і переносних електронних засобів для ведення безрозбірного діагностування, що забезпечує зменшення в 2-3 рази трудомісткості і вартості робіт при достовірності діагнозу не менше 85% і допустимій похибці вимірювання не більше ± 4%.

4. Встановлено закономірності зміни параметрів технічного стану гідроагрегатів від наробітку, на основі яких визначено номінальні, допустимі та граничні значення діагностичних параметрів для визначення залишкового ресурсу і прогнозування терміну подальшого безвідмовного експлуатування гідроприводів. Встановлено, що загальний зазор в спряженнях деталей (корпус-головки зубців шестерень, підшипник-зубці шестерень, корпус - підшипник, підшипник-вал шестерні) насоса типу НШ10 гідропривода рульового керування від початку експлуатації до середнього значення наробітку в 3,2 тис. мотогодин змінюється від 0,13 мм до 1,11 мм, а насоса типу НШ32У до наробітку 1,8 тис. мотогодин змінюється від 0,12 мм до 0,52 мм, що характеризує зміни їх О.К.К.Д. від номінального значення 0,94 до граничного значення 0,54.

5. Визначено спосіб діагностування насоса-дозатора гідропривода рульового керування за швидкістю сковзання рульового колеса (вала насоса-дозатора) на номінальному навантажувальному режимі. Встановлено, що зміна фактичного робочого об'єму насоса-дозатора, при номінальному значенні перепаду тиску робочої рідини в основних спряженнях деталей, на 40% від теоретичного робочого об'єму характеризується зміною швидкості сковзання рульового колеса від номінальної 0,11 рад/с до граничної 0,31 рад/с.

6. Встановлено нові способи діагностування складових частин гідроприводів (насосів, гідромоторів, насос-дозаторів, гідророзподільників та клапанів) за характеристиками зміни подачі, витрати та втрати робочої рідини на номінальних частотних і навантажувальних режимах їх функціонування. Для реалізації встановлених способів діагностування розроблено вдосконалені витратоміри постійного та змінного перепаду тиску з діапазоном вимірювання витрати робочої рідини від 83 см³/с до 3667 см³/с, при перепаді тиску від 1 МПа до 27 МПа, з допустимою похибкою вимірювання не більше ±5%. Комплекти діагностичних засобів в складі витратомірів постійного та змінного перепаду тиску, дроселя, комутаторів потоку робочої рідини та приєднувальних пристроїв разом з технологіями діагностування пройшли приймальні випробування Мінагрополітики України і рекомендовані до виробництва і впровадження.

7. Визначено перелік і послідовність виконання елементарних перевірок та побудовано алгоритми пошуку відмов гідроприводів з урахуванням затрат на реалізацію перевірки; цінності для об'єкта вимірювального параметра, імовірності знаходження об'єкта в відповідному технічному стані та достовірності діагнозу. Встановлено, що найменша трудомісткість виконання однієї елементарної перевірки в середньому складає 0,03 людино-годин, а найбільша складає 0,31 людино-годин. Трудомісткість виконання всіх елементарних перевірок, передбачених розробленими алгоритмами, складає в середньому для одного гідропривода 1,76 людино-годин, що на 89% менше трудомісткості виконання перевірок за відомими алгоритмами.

8. Виробничими випробуваннями встановлено, що реалізація розробленого комплексу взаємоузгоджених правил, способів і засобів експрес, оперативного та періодичного діагностування гідроприводів рульового керування, основних технологічних механізмів і ходової системи комбайнів забезпечує в середньому зменшення на 89% трудомісткості та на 95% вартості діагностування, при достовірності діагнозу не менше 85%, а також на 9% підвищення коефіцієнта готовності комбайнів і до 40% збільшення тривалості експлуатації гідроагрегатів до повного використання їх ресурсу. Економічний ефект від застосування одного комплекту засобів з технологією діагностування гідроприводів 20 комбайнів складає 44,4 тис. грн. на рік. Загальна потреба в діагностичних засобах для обслуговування всього парку комбайнів АПК України орієнтовно складає 4,3 тис. комплектів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Яременко В.М. Діагностування гідроагрегатів / В.М. Яременко, В.В. Яременко // Механізація та електрифікація сільського господарства: Міжвідомчий тематичний науковий збірник. - Глеваха: ННЦ “ІМЕСГ”, 2000. - Вип. 83. - С. 244-246. (Особистий внесок - експериментальне дослідження стосовно впливу змін структурних параметрів деталей на показники працездатності гідрофікованих механізмів тракторів і комбайнів).

2. Булгаков В.М. Діагностування гідравлічних приводів - важливий напрямок в підвищенні технічної готовності комбайнів та скороченні затрат на техсервіс / Булгаков В.М., Яременко В.М., Яременко В.В. // Механизация производственных процессов рыбного хозяйства, промышленных и аграрных предприятий: Сборник научных трудов Керченского морского технологического института. - Керчь: КМТИ, 2003. - Вып. 5. С. 147-156. (Особистий внесок - аналіз сучасного стану технічної готовності комбайнів в процесі збирання врожаю та місце технічного діагностування гідроприводів в системі управління надійністю техніки; розроблення діагностичних моделей, встановлення закономірностей зношення деталей гідроагрегатів, обґрунтування діагностичних параметрів рульового керування комбайнів).

3. Кушлянський В.Л. Діагностування тракторів під час підготовки до весняних польових робіт / [Кушлянський В.Л., Яременко В.М., Яременко В.В., та інші] // Пропозиція. - 2004. - №3. - С. 92-96; № 4. - С. 92. (Особистий внесок - способи, засоби, нормативні значення діагностичних параметрів та технологія діагностування гідроприводів рульового керування).

4. Яременко В.М. Діагностування гідравлічних приводів зернозбиральних комбайнів під час підготовки до жнив і в процесі збирання врожаю/ В.М. Яременко, В.В. Яременко // Пропозиція. - 2004. - №6. - С. 98-103. (Особистий внесок - нормативні значення діагностичних параметрів, схеми під'єднання діагностичних засобів до гідроагрегатів, способи та технологія діагностування гідроприводів комбайнів).

5. Яременко В.В. Обґрунтування діагностичних парамерів гідравлічних приводів ходової системи комбайнів / Яременко В.В. // Науковий вісник Національного аграрного університету. - Київ: НАУ, 2005. - Вип. 80, частина 2. - С.351-358.

6. Яременко В.В. Визначення технічних характеристик засобів діагностування гідравлічних приводів комбайнів / Яременко В.В. // Механізація та електрифікація сільського господарства: Міжвідомчий тематичний науковий збірник. - Глеваха: ННЦ “ІМЕСГ”, 2006. - Вип. 90. - С.128-134.

7. СОУ 29.3-37-437: 2006. Технічна діагностика. Комбайни зернозбиральні. Параметри та якісні ознаки технічного стану / М.В. Молодик, В.М. Яременко, В.В. Яременко.- К.: Украгростандартсертифікація, 2006. - 16 с. (Особистимй внесок - обґрунтування параметрів та якісних ознак технічного стану складових частин гідроприводів зернозбиральних комбайнів).

8. СОУ 29.3 -37-438: 2006. Техніка сільськогосподарська. Діагностичне забезпечення гідравлічних приводів. Загальні технічні вимоги / М.В. Молодик, В.М. Яременко, В.В. Яременко. - К.: Украгростандартсертифікація, 2006. -48 с. (Особистий внесок - методика та розроблення системи технічного діагностування гідроприводів комбайнів; способи, засоби та алгоритми пошуку несправностей і визначення технічного стану гідроприводів комбайнів).

9. Яременко В.В. Обґрунтування діагностичних параметрів основного гідравлічного приводу зернозбиральних комбайнів / Яременко В.В. // Механізація та електрифікація сільського господарства: Міжвідомчий тематичний науковий збірник. - Глеваха: ННЦ “ІМЕСГ”, 2007. Вип. 91. - С. 319-331.

10. Яременко В.М. Оцінка пристосованості до діагностування гідравлічних приводів сільськогосподарської техніки / В.М. Яременко, В.В. Яременко // Механізація та електрифікація сільського господарства: Міжвідомчий тематичний науковий збірник. - Глеваха: ННЦ “ІМЕСГ”, 2008. Вип. 92. - С. 433-439. (Особистий внесок - оцінка пристосованості до діагностування гідроприводів комбайнів за показниками трудомісткості оперативного діагностування та підготовка пропозицій щодо підвищення рівня пристосованості об'єктів і засобів діагностування).

11. Яременко В.В. Обґрунтування важливості діагностування гідравлічних приводів на шляху до підвищення технічної готовності комбайнів/ Яременко В.В. // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. Петра Василенка, 2008. Вип. 75. Том 1. - С.375-381.

12. Яременко В.М. Діагностування гідроприводів на перехідних режимах їх функціонування / Яременко В.М., Яременко В.В., Одинцов Ю.В. // Механізація та електрифікація сільського господарства: Міжвідомчий тематичний науковий збірник. - Глеваха: ННЦ “ІМЕСГ”, 2009. Вип. 93. - С. 408-417. (Особистий внесок - аналіз методів діагностування гідроприводів на статичних режимах та формування нового напрямку діагностування гідроприводів за характеристиками зміни тиску робочої рідини на динамічних перехідних режимах).

13. Яременко В.М. Діагностування гідроприводів / В.М. Яременко, В.В. Яременко // Журнал FARMER, грудень 2009 року, C. 58-60. (Особистий внесок - експериментальне дослідження зміни структурних параметрів деталей на показники працездатності гідрофікованих механізмів комбайнів).

14. Яременко В.В. Діагностування рульового керування / Яременко В.В. // Журнал FARMER, січень 2010 року, С. 68-70.

Размещено на Allbest.ru