employee
Kazan, Kazan, Russian Federation
employee
Russian Federation
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
UDK 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
GRNTI 55.01 Общие вопросы машиностроения
The research was carried out in order to develop a mathematical model and a diagnostic complex to determine the residual life of the rotor bearings of hammer crushers. Residual life information is essential for proactive maintenance and to prevent equipment crashes. To achieve this goal, Kazan State Agrarian University (Republic of Tatarstan) carried out calibration studies of the dependence of the diagnostic parameters of vibration on the value of the radial clearances of the bearings. 3610 bearings with different radial clearances (0.02 mm, 0.08 mm, 0.13 mm, 0.2 mm, 0.27 mm) were alternately installed on the rotor of the KD-2 hammer mill, from the drive pulley side and from the fan side) and recorded the vibration parameters. The information was read using a piezoelectric sensor. Signal processing was performed using a VVM-201 vibrometer. The results of mathematical processing of these data are presented in earlier publications. To determine the change in the value of the radial clearance from the operating time in hours, retrospective studies were carried out directly in the agricultural enterprises of the Republic of Tatarstan: “Shaimurzinskoe agricultural enterprise named after A.Sh. Abdreev” of Drozhzhanovskiy region, JSC “Kiyatskoe”of Buinskiy region, the agricultural production complex “Ural”of Kukmorskiy region, etc. The average operating time of the bearings of the rotor of the hammer-type KD-2 forage grinder before the onset of a pre-failure state on the drive side was 1900 ... 2000 hours, on the fan side - 2000 ... 2100 h. Based on the results of the research, the values of the radial clearances and vibration parameters of the rolling bearings of the rotor of hammer crushers were experimentally established, the regularities of the change in the radial clearance of the rolling bearings of the rotor of hammer crushers were revealed depending on the operating time. The developed mathematical models for determining the radial clearance in the rotor bearings of the hammer crusher by vibration parameters and calculating the residual life are implemented in a diagnostic complex consisting of a commercially available VVM-201 vibrometer and a residual life attachment
sudden failure, rolling bearing, radial clearance, vibration diagnostics, residual life, preventive maintenance
В сельскохозяйственном производстве довольно широко используют оборудование для измельчения кормов, ведутся работы по улучшению их конструкций [1]. Это объясняется технологической надежностью, простотой конструкции и ремонтопригодностью таких устройств. Однако практика эксплуатации молотковых дробилок показала низкую безотказность подшипников ротора. Интенсивность их отказов в 2…5 раз выше, чем у других механизмов и узлов [2]. Одновременно работы по замене и ремонту подшипников ротора дробилок кормов требуют наличия специализированного инструмента и участие квалифицированного персонала.
Подшипники ротора дробилок кормов подвержены интенсивному износу из-за дисбаланса, ударных нагрузок и других агрессивных условий эксплуатации [3]. В основном оборудование для дробления кормов эксплуатируют до предельного состояния. При этом в случае его внезапного выхода из строя нарушается рацион кормления животных, возникают затраты на незапланированные ремонты, возрастает расход запасных частей при устранении аварии и, как следствие, происходит увеличение себестоимости продукции с соответствующим снижением прибыли.
Сегодня для увеличения объемов производства и качества продукции с одновременным снижением ее себестоимости необходимо осваивать современные технологии [4]. Дальнейшее увеличение ресурса и повышение надежности машин и оборудования предполагают переход на превентивную стратегию обслуживания по фактическому техническому состоянию, а это возможно только при наличии эффективных, современных технологий и средств технической диагностики [5, 6, 7, 8]. При эксплуатации машин и оборудования, важное значение имеет своевременное и точное определение технического состояния подвижных сопряжений, а также прогнозирование остаточного ресурса [9, 10, 11]. В этих работах представлена методика определения зависимости величин зазоров в сопряжениях и диагностических параметров.
При проведении диагностики как в России, так и за рубежом широко используют параметры вибрации [12]. От того, насколько часто и глубоко проводится спектральный анализ параметров вибрации, зависит стоимость и сложность диагностического оборудования, сама процедура определения технического состояния и уровень квалификации диагноста. При эксплуатации дробилок кормов достаточно предотвращать внезапные отказы своевременной заменой подшипников ротора.
стороны вентилятора) было установлено, что увеличение радиального зазора в подшипниках приводит к увеличению уровня виброскорости и носит линейный характер (табл. 1).
Заводом изготовителем установлен предельный радиальный зазор в подшипниках 3610 равный 0,2 мм, при котором дальнейшая его эксплуатация запрещена. Анализ результатов эксплуатационных исследований зависимости радиального зазора подшипников дробилок кормов от наработки на сельскохозяйственных предприятиях Республики Татарстан показал, что средняя наработка подшипников ротора дробилки кормов КД-2 молоткового типа до наступления предотказного состояния со стороны привода составляет от 1900…2000 ч, со стороны вентилятора 2000…2100 ч (рисунок 4).
Подшипник со стороны привода дробилки №2 (рисунок 3 а) показал нетипичную для остальных дробилок большую скорость износа, что можно объяснить дефектом изготовления данного подшипника и его данные были исключены при построении кривой регрессии
Предполагая экспоненциальный характер зависимостей радиальных зазоров подшипников от наработки, кривые регрессии были расчитаны по следующим формулам:
(1)
(2)
где z0 – радиальный зазор в новом подшипнике, мм (на ротор наиболее распространенных дробилок кормов КД-2, КДУ-2, ДБ-5 устанавливают подшипники 3610 с номинальным радиальным зазором z0 = 0,03 мм).
Коэффициенты C1, C2, β1 и β2 можно определить с использованием функции сглаживания экспериментальных данных в MATLAB методом наименьших квадратов. После обработки результатов испытаний были получены следующие числовые значения:
C1 = 0,039 мм, β1 = 8,84∙10−4 1/час,
C2 = 0,031 мм, β2 = 9,42∙10−4 1/час.
Применяя зависимости (1) и (2), на основе информации о величине радиального зазора можно найти фактическое время наработки дробилок кормов по выражениям:
где Т1факт – фактический ресурс подшипника ротора молотковой дробилки, установленный со стороны привода;
(4)
где Т2факт – фактический ресурс подшипника ротора молотковой дробилки, установленный со стороны вентилятора.
Суммарную наработку до достижения предельного радиального зазора конкретного подшипника можно вычислить по формулам:
(5)
где Т1полн – полный ресурс подшипника ротора молотковой дробилки, установленный со стороны привода.
где Т2полн – полный ресурс подшипника ротора молотковой дробилки, установленный со стороны привода.
Остаточный ресурс подшипника определяется как разность полного и фактического ресурса:
Т1ост = Т1полн – Т1факт, (7)
Т2ост = Т2полн – Т2факт, (8)
Текущие значения радиальных зазоров можно определить исходя из измеренных значений параметров виброскорости по выражениям которые были выведены ранее [3]:
(9)
(10)
где V1 и V2 – параметр виброскорости подшипника со стороны привода и вентилятора, мм/с;
z1 и z2 – зазоры подшипников привода и вентилятора, мм.
С использованием формул (8) и (9) были рассчитаны величины, которые отражают связь структурного параметра – радиальный зазор в подшипниках ротора молотковой дробилки с диагностическим параметром – виброскорость (табл. 2). При этом было установлено, что поскольку между вибропараметрами привода и вентилятора существует корреляционная зависимость, возможны не все сочетания их значений. Это проявляется в том, что рассчитанные величины зазоров оказываются меньше z0 = 0,03 мм.
Для настройки диагностического комплекса необходимо знать величины остаточного и фактического ресурса в зависимости от радиального зазора, которые мы рассчитали
(табл. 3) по формулам (3), (4), (7), (8).
1. Determination of the working area of the end screens of the grain crusher with an increased separating surface. [Opredelenie rabochey ploschadi tortsevykh reshet drobilki zerna s uvelichennoy separiruyuschey poverkhnostyu]. / B.G. Ziganshin, S.Yu. Bulatov, K.E. Mironov and others. // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - The Herald of Kazan State Agrarian University. 2020. Vol. 15. № 2 (58). P. 87-91.
2. Adigamov N.R., Gimaltdinov I.Kh. Theory and practice of determining the residual life of the bearing units of feed crushers. [Teoriya i praktika opredeleniya ostatochnogo resursa podshipnikovykh uzlov drobilok kormov]. // Tekhnika i oborudovaniye dlya sela. - Technics and equipment for the village. 2015. № 10. P. 44 - 48.
3. Laboratory-operational tests of the installation of in-place diagnostics of equipment of livestock farms. [Laboratorno-ekspluatatsionnye ispytaniya ustanovki bezrazbornogo diagnostirovaniya oborudovaniya zhivotnovodcheskikh ferm]. // Adigamov N.R., Gimaltdinov I.Kh. // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - The Herald of Kazan State Agrarian University. 2011. Vol. 6. № 2 (20). P. 89-90.
4. Analysis of technical solutions in optimizing the conditions for keeping dairy cattle during the construction and reconstruction of livestock farms. [Analiz tekhnicheskikh resheniy v optimizatsii usloviy soderzhaniya molochnogo skota pri stroitelstve i rekonstruktsii zhivotnovodcheskikh ferm]. / B.G. Ziganshin, R.R. Shaydullin, A.R. Valiev and others. // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - The Herald of Kazan State Agrarian University. 2018. Vol. 13. № 2 (49). P. 138-143.
5. Galiev, I. G. Results of determining the optimal values of inter-repair workings of tractors in agricultural production, taking into account the level of their operation [Rezul'taty opredeleniya optimal'nyh znachenij mezhremontnyh narabotok traktorov v agrarnom proizvodstve s uchetom urovnya ih ekspluatacii] / I. G. Galiev, R. K. Khusainov // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - The Herald of Kazan State Agrarian University. 2016. Vol. 11. No. 2 (40). P. 87-90.
6. Galiev, I. G. Influence of the level of operation of equipment on indicators of the use of tractors in agricultural production [Vliyanie urovnya ekspluatacii tekhniki na pokazateli ispol'zovaniya traktorov v agrarnom proizvodstve] / I. G. Galiev, R. K. Khusainov // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - The Herald of Kazan State Agrarian University. 2015. Vol. 10. No. 4 (38). Pp. 38-40.
7. Galiev I.G., Mukhametshin A.A. Results on substantiation of the influence of the residual resource on the reliability of tractor units and systems. [Rezultaty po obosnovaniyu vliyaniya ostatochnogo resursa na nadezhnost agregatov i sistem traktora]. // Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. - Agrarian science of Euro-North-East. 2010. № 2 (17). P. 66-67.
8. Ensuring possibility of functioning of tractors in agricultural production taking into account residual resources of their units and systems. / I.G. Galiev, K.A. Khafizov, R.C. Khusainov and others. // 19th International Scientific Conference Engineering for rural development Proceedings, Volume 18 May 22-24, 2020 P. 48-53
9. Gritsenko A., Kukov S., Glemba K. Theoretical underpinning of diagnosing the cylinder group during motoring. // Procedia Engineering 2. Ser. “2nd International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2016”. 2016. P. 1182-1187.
10. Vibroacoustic control of the internal combustion engine gas distribution mechanism. [Vibroakusticheskiy kontrol gazoraspredelitelnogo mekhanizma DVS]. / A.V. Gritsenko, N. Mashrabov, S.A. Baryshnikov and others. // APK Rossii. - Agriculture of Russia. 2019. Vol. 26. № 2. P. 203-215.
11. Zyabirov I.M., Machnev V.A., Zyabirov A.I. Remote monitoring of the parameters of the technical condition of the working units of grain harvesters. [Distantsionnyy kontrol parametrov tekhnicheskogo sostoyaniya rabochikh agregatov zernouborochnykh kombaynov]. / Niva Povolzhya. - Niva Volga. 2016. № 4 (41). P. 75-79.
12. Zakhezin A. M., Malysheva T. V. Vibrational methods of the overhead gas- pipelines technological equipment diagnostics. // Proceedings of 2nd International Symposium on Mechanical Vibration (ISMV-2000), Islamabad, 2000. P. 567-572.
