сотрудник
Казань, Республика Татарстан, Россия
сотрудник
Россия
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
ГРНТИ 55.01 Общие вопросы машиностроения
Исследования проводили с целью разработки математической модели и диагностического комплекса для определения остаточного ресурса подшипников ротора молотковых дробилок. Информация об остаточном ресурсе необходима для превентивного технического обслуживания и предотвращения аварийных остановок оборудования. Для достижения поставленной цели в Казанском ГАУ (Республика Татарстан) осуществляли тарировочные исследования зависимости диагностических параметров вибрации от величины радиальных зазоров подшипников. На ротор молотковой дробилки КД-2, со стороны приводного шкива и со стороны вентилятора, поочередно устанавливали подшипники 3610 с различными радиальными зазорами (0,02 мм, 0,08 мм, 0,13 мм, 0,2 мм, 0,27 мм) и фиксировали параметры вибрации. Съем информации осуществляли пьезоэлектрическим датчиком. Обработку сигнала выполняли с использованием виброметра ВВМ-201. Результаты математической обработки этих данных представлены в более ранних публикациях. Для определения изменения величины радиального зазора от наработки в часах проведены ретроспективные исследования непосредственно в сельскохозяйственных предприятиях Республики Татарстан: ОАО «Шаймурзинское СХП им. А.Ш. Абдреева» Дрожжановского района, ОАО «Киятское» Буинского района, СХПК «Урал» Кукморского района и др. Средняя наработка подшипников ротора кормодробилки КД-2 молоткового типа до наступления предотказного состояния со стороны привода составила 1900…2000 ч, со стороны вентилятора – 2000…2100 ч. По результатам исследований экспериментально установлены величины радиальных зазоров и параметров вибрации подшипников качения роторов молотковых дробилок, выявлены закономерности изменения радиального зазора подшипников качения ротора молотковых дробилок в зависимости от наработки. Разработанные математические модели определения радиального зазора в подшипниках ротора молотковой дробилки кормов по параметрам вибрации и расчета остаточного ресурса реализованы в диагностическом комплексе, состоящем из серийно выпускаемого виброметра ВВМ-201 и приставки остаточного ресурса
внезапный отказ, подшипник качения, радиальный зазор, вибродиагностика, остаточный ресурс, превентивное техническое обслуживание
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. Определение рабочей площади торцевых решет дробилки зерна с увеличенной сепарирующей поверхностью / Б. Г. Зиганшин, С. Ю. Булатов, К. Е. Миронов и др. // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2020. Т. 15. № 2 (58). С. 87-91.
2. Адигамов Н. Р., Гималтдинов И. Х. Теория и практика определения остаточного ресурса подшипниковых узлов дробилок кормов // Техника и оборудование для села. 2015. № 10. С. 44 - 48.
3. Адигамов Н. Р., Гималтдинов И. Х. Лабораторно-эксплуатационные испытания установки безразборного диагностирования оборудования животноводческих ферм // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2011. Т. 6. № 2 (20). С. 89-90.
4. Анализ технических решений в оптимизации условий содержания молочного скота при строительстве и реконструкции животноводческих ферм / Б. Г. Зиганшин, Р. Р. Шайдуллин, А. Р. Валиев и др. // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2018. Т. 13. № 2 (49). С. 138-143.
5. Галиев, И.Г. Результаты определения оптимальных значений межремонтных наработок тракторов в аграрном производстве с учетом уровня их эксплуатации / И.Г. Галиев, Р.К. Хусаинов //Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2016. Т. 11. № 2 (40). С. 87-90.
6. Галиев, И.Г. Влияние уровня эксплуатации техники на показатели использования тракторов в аграрном производстве / И.Г. Галиев, Р.К. Хусаинов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2015. Т. 10. № 4 (38). С. 38-40.
7. Галиев И. Г., Мухаметшин А. А. Результаты по обоснованию влияния остаточного ресурса на надежность агрегатов и систем трактора // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2010. № 2 (17). С. 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, et al.//19th International Scientific Conference Engineering for rural development Proceedings, Volume 18 May 22-24, 2020 Р. 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. Р. 1182-1187.
10. Виброакустический контроль газораспределительного механизма ДВС / А. В. Гриценко, Н. Машрабов, С. А. Барышников и др. // АПК России. 2019. Т. 26. № 2. С. 203-215.
11. Зябиров И. М., Мачнев В. А., Зябиров А. И. Дистанционный контроль параметров технического состояния рабочих агрегатов зерноуборочных комбайнов /Нива Поволжья. 2016. № 4 (41). С. 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.
