II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

РАЗРАБОТКА МЕТОДА И ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ УНИФИЦИРОВАННОГО УСТРОЙСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ ЗЕРНОУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ И МАШИН ПО ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО СЫРЬЯ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Бунаков Н.С. 1

---

1ГБПОУ КО "Губернаторский аграрный колледж

Годунов Б.А. 1

---

1ГБПОУ КО "Губернаторский аграрный колледж"

Работа в формате PDF

5.5 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

 Реферат

Научно-исследовательская работа 23 стр., 5 рисунков, 4 таблицы, 7 литературных источников.

Зерноуборочные комбайны, оборудование переработки сельскохозяйственного сырья, отказы, средства диагностирования, методы.

Объектом исследования являются сборочные единицы зерноуборочных комбайнов и оборудование переработки сельскохозяйственного сырья.

Цель исследования – разработка метода и технических требований на проектирование устройства диагностирования сборочных единиц комбайнов и машин переработки сельскохозяйственного сырья.

Исследования выполнялись с использованием теории надежности, теории вероятности.

Методикой предусматривалось проведение экспериментальных работ с целью получения достоверной информации показателей надежности работы сборочных единиц комбайнов, машин переработки и обоснование параметров их диагностирования.

В результате исследований установлена наработка на отказ различных сборочных единиц от 0,01 до 0,32 при наработке на отказ 35…138 часа.

Установлена вероятность появления отказа в различных сборочных единицах, что позволило составить перечень диагностических устройств, необходимых для предупреждения отказов. Необходимо разработать 4 устройства.

Разработаны технические требования на проектирование устройства для проверки ременных передач с большим межцентровым расстоянием.

Технические требования исследуются для составления технического задания на проектирование средств диагностирования.

Ожидаемый экономический эффект от разработки устройства составит 2 130 руб. на один комбайн или машину по переработки сельскохозяйственного сырья.

ВВЕДЕНИЕ

Характерной особенностью поступающих в сельскохозяйственное производство машин, в частности, зерноуборочных, кормоуборочных, по переработки сельскохозяйственного сырья, является их конструктивная сложность, энергонасыщенность, высокая стоимость. Эти обстоятельства предопределяют дальнейшее совершенствование системы технического обслуживания, направление в первую очередь на сокращение непроизводственных простоев машин по техническим причинам за счет выполнения работ по проверке фактического состояния сборочных единиц комбайнов, оборудования цехов переработки сельскохозяйственного сырья с целью выявления реальной потребности в ремонтно-обслуживающих воздействиях.

Для осуществления проверки технического состояния комбайнов, машин переработки в последнее время создан ряд диагностических приборов и устройств. Так, например, серийно выпускается только приспособление КИ-13918-ГОСНИТИ. Оно предназначено для проверки натяжения ремней вентилятора, генератора и компрессора тракторных двигателей [6].

Однако, их практическое внедрение в производство показало, с одной стороны, конструктивное несовершенство отдельных частей устройства, с другой стороны невозможность проверки ряда параметров, определяющих техническое состояние агрегатов отдельных машин.

В связи с этим возникла необходимость разработки дополнительных устройств на основе изучения и анализа, возникающих отказов комбайнов, машин по переработки сельскохозяйственных продуктов в процессе их эксплуатации.

Работа выполнена ГБПОУ КО «Губернаторский аграрный колледж» в лаборатории «Автоматизация технологических процессов» с дальнейшей разработкой технического задания на данное устройство.

1 ПРОГРАММА И ОБЩАЯ МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Цель и задачи исследования

Одной из важных направлений научно-технического прогресса в сфере технической эксплуатации зерноуборочных комбайнов и машин переработки сельскохозяйственного сырья в сельском хозяйстве – использование технической диагностики, которая позволяет применять прогрессивные методы технического обслуживания, основанные на том, что в обязательном порядке выполняются только заправочные и смазочные операции, а все остальное – регулировочные, контрольные, крепежные выполняются по потребности. При этом диагностические средства используются во всех периодических технических обслуживающих, перед и после ремонта, а также перед постановкой машин на хранение.

Основная задача диагностирования – распознавание состояния технической системы в условиях ограниченной информации, осуществляемой преимущественно без разборными методами, либо с частичной под разборкой узла, агрегата, с целью повышения эффективности использования и надежности машин.

В наибольшей степени это зависит от правильного и обоснованного подбора контролируемых параметров и показателей.

Таким образом, для наших машин основными требованиями, обуславливающих выбор и назначение структурных параметров и необходимость разработки средств для их определения должны быть:

- в процессе эксплуатации диагностироваться должны при ТО-1 и ТО-2 в первую очередь элементы (узлы), технологическая регулировка которых нарушается наиболее часто и влечет за собой появление отказа либо нарушение ТП работы машины, для устранения которых требуются значительные затраты труда и средств;

- в конце сезона эксплуатации, те узлы и механизмы, имеющие высокую вероятность выхода из строя, и значительные издержки, связанные с устранением дефектов в процессе текущего ремонта.

Исходя из изложенного целью настоящей работы является снижение суммарных издержек на ремонт и ТО, затрат от простоев по техническим причинам на 5…10% за счет разработки и внедрения средств диагностирования.

В соответствии с поставленной целью задачами исследования являются:

1. Обосновать перечень недостающих средств для диагностирования сборочных единиц зерноуборочных комбайнов и машин переработки сельскохозяйственного сырья.

2. Разработать технические требования к техническому заданию на проектирование устройства диагностирования.

1.2 Методика проведения работы

Число наблюдений по сбору информации от отказах комбайнов, машин переработки сельскохозяйственного сырья устанавливается в соответствии с ГОСТом, согласно которого устанавливается коэффициент вариации, требуется точность получения среднего значения исследуемого показателя и коэффициент, характеризующий вероятность получения среднего значения показателя с заданной точностью.

После определения коэффициентов повторяемости отказов осуществляется анализ применяемости для диагностирования отдельных, сборочных единиц разработанных и выпускаемых серийно диагностических устройств.

На основании анализа устанавливается перечень необходимых средств, в том числе предназначенных для разработки.

Технические требования к проектированию унифицированных средств диагностирования должны в общем случае соответствовать требованиям раздела. Технические требования ГОСТа и содержать:

- состав продукции и требования к конструктивному устройству;

- показатели назначения;

- требования к надежности.

2 ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Разработка метода и технических требований унифицированного устройства диагностирования сборочных единиц комбайнов и машин по переработки сельскохозяйственного сырья

Анализ результатов исследований показывает, что зерноуборочные комбайны и оборудование по переработке сельскохозяйственного сырья имеют низкие показатели надежности и при этом значительные простои на устранение последствий отказов, что предопределяет необходимость разработки средств диагностирования для предупреждения отказов.

С целью выявления отдельных агрегатов зерноуборочных комбайнов, машин малой мощности по переработке сельскохозяйственного сырья, для которых необходимо определение их технического состояния выполнена систематизация отказов по сборочным единицам [7].

Анализ полученных материалов позволил выявить наименее надежные сборочные единицы зерноуборочных комбайнов, машин по переработке сельскохозяйственного сырья.

Результаты систематизации и анализа приведены в таблице 1.

Таблицы 1 – Вероятность появления отказов, наработка на отказ и время их восстановления сборочных единиц зерноуборочных комбайнов и машин по переработки сельскохозяйственного сырья

Как видно из таблицы 1, наименее надежными у зерноуборочных комбайнов являются ременные передачи (вероятность появления отказа 0,32), агрегаты электрооборудования и автоматики, агрегаты гидросистемы, валы и оси рабочих органов, пружины, соответственно, вероятность появления отказов которых составляет 0,07, 0,05, 0,04, 0,02. При этом трудоемкость устранения последствий отказов этих сборочных единиц составляет от 0,53 до 2,18 чел.ч. Наибольшая трудоемкость устранения отказа агрегата наблюдается при выходе из строя валов и осей рабочих органов – 3,56 чел.ч, при вероятности их появления 0,04. Наработка на отказ у перечисленных агрегатов колеблется в пределах 35…124 часа.

Несколько иное распределение отказов у машин по переработки сельскохозяйственного сырья. Здесь, как видно изтаблице 1, наибольшее количество отказов наблюдается в цепных передачах, чаще других нарушается работоспособность шкивов, звездочек, подшипников, агрегатов гидросистемы: вероятность, соответственно 0,13; 0,17; 0,07; 0,12 при средней трудоемкости устранения последствий отказа 0,69…4,33 чел.ч. Наработка на отказ в среднем такая же, как у зерноуборочных комбайнов.

Используя полученные характеристики возникновения отказов, время восстановления работоспособности и результаты анализа потребности диагностических средств при выполнении технических обслуживаний, составлен перечень приборов (устройств) подлежащих разработки (таблица 2).

Таким образом, как видно из таблицы 2 требуется разработать четыре устройства.

Таблица 2 – Перечень приборов (устройств), необходимых для предупреждения отказов и эксплуатационного диагностирования зерноуборочных комбайнов и машин по переработке сельскохозяйственного сырья

2.1.1 Устройство для определения натяжения ремней с большим межцентровым расстоянием

В современных зерноуборочных комбайнах и машинах по переработки сельскохозяйственного сырья для привода различных механизмов применяются ременные передачи.

Так, например, на зерноуборочных комбайнах имеется 30 ременных передач, причем большинство из них с большим межцентровым расстоянием, на кормоуборочном комбайне – 11 передач. Применение ременных передач предусматривается и на ряде перспективных сельскохозяйственных машин.

Как показали исследования надежности ременных передач и длительность эксплуатации ремней во многом зависит от своевременного их натяжения. Согласно [2, 4] натяжение ремней в эксплуатации следует периодически контролировать и регулировать, особенно при обкатке сельскохозяйственных машин и выполнения пуско-монтажных работ по оборудованию предприятий малой мощности по переработке сельскохозяйственного сырья в первые 48 часов их работы. Натяжение ремней привода вентилятора автотракторных двигателей допускается контролировать величиной прогиба на любой ветви ремня при усилии на эту ветвь, равном 39,2 2 Н (4,0 0,2 кгс). Величина прогиба устанавливается в зависимости от типа ремня и межцентрового расстояния.

В ременных передачах сельскохозяйственных машин и оборудования по переработки сельскохозяйственного сырья натяжение ремней согласно [2]необходимо контролировать также величиной прогиба ремня от действия вычисленного усилия Q по формуле:

(1)

где – натяжение ветви ремня, зависящее от мощности передаваемой ремнем скорости ремня и коэффициентов, учитывающих угол обхвата и кратковременную перегрузку ремня;

– коэффициент, зависящий от жесткости ремня.

Величина прогиба ремня определяется из следующей зависимости:

(2)

где - межцентровое расстояние, мм.

При этом многие заводы-изготовителисельскохозяйственных машин в инструкциях на их использование оговаривают величины прогибов ремней от приложенной нагрузки. Исходя из изложенного следует, что диагностическим параметром, характеризующим степень натяжения всех ремней, является величина прогиба ветви ремня от действия приложенного усилия.

Для каждой ременной передачи, используемой в сельскохозяйственной машине и оборудование по переработки сельскохозяйственного сырья значения величины прогиба и приложенного усилия будут различные.

В технологиях диагностирования величину прогиба ветви ремня в передачах с большим межцентровым расстоянием рекомендуется определять с помощью динамометра, линейки и рейки (рисунок 1). Данная проверка трудоемка, неудобна, а для некоторых ременных передач невозможна из-за их конструктивных особенностей.

Обзор научно-технической литературы и патентной информации позволил выявить ряд устройств и приспособлений для контроля натяжения ремней. К ним относятся: приспособление для проверки натяжения ремней КИ-13918-Г0СНИТИ, устройство КИ-8920-Г0СНИТИ, приспособление КИ-8839- ГОСНИТИ и т.д. Принцип действия названных устройств и приспособлений основывается на измерении угла прогиба ремня под действием приложенной нагрузки, который пропорционален степени его натяжения[6].

Известны также способы и устройства для определения натяжения ремней, в которых степень натяжения ремня проверяется путем измерения проскальзывания ремня между приводным и приводимым узлами при работе агрегата с ускорением (патент ФРГ, № 3204783, № 1365054 Великобритания). Такие устройства требуют применения сложных электронных приборов, конструктивно они сложны.

Существуют способы и устройства для контроля натяжения ремней путем изгиба участка ремня (патент № 3698244,США). Функцией натяжения ремня при этом является усилие, которым ремень изгибается. Этот способ примирителен только к проверки одного типа

Анализ методов и устройств, выявленных в результате научно-технической литературы и патентной информации показал, что для проверки

Рисунок 1 – Измерение величины прогиба ремня с помощью линейки и рейки

степени натяжения ремней в передачах с большими межцентровыми расстояниями в одних случаях устройства просто не пригодны, в других слишком сложны, громоздки и невозможно использовать пои эксплуатации машин.

Исходя из изложенного возникает необходимость в разработке достаточно простого метода и универсального устройства, позволяющего проверять натяжение ремней во всем диапазоне межцентровых расстояний в ременных передачах.

Согласно ГОСТа натяжение ремней сельскохозяйственных машин допускается контролировать величиной прогиба на любой ветви ремня при приложении определенного усилия на эту ветвь (рисунок 2).

При прогибе ремня образуются углы .Величины этих углов пропорциональны величине прогиба ремня f, а следовательно и его натяжению.

Угол определяем из зависимости:

(3)

где f - величина прогиба, мм;

А - межцентровое расстояние, мм.

Значения межцентрового расстояния и величина прогиба ремней для каждого привода известны. Они приведены в технических описаниях и инструкциях, по эксплуатации машин [1, 4, 7].

Сущность метода определения натяжения ремней заключается в измерении с помощью специального устройства части величины прогиба ремняh (см. рисунок 2).

Задавшись значением S = 70 мм (плечо поворотного рычага устройства) определив угол можно вычислить значения h для каждой ременной передачи (см. таблицу 3)

Величина h определяется из зависимости:

(4)

Рисунок 2 – Схема ременной передачи

Таблица 3 – Перечень ременных передач зерноуборочных комбайнов

2.1.2 Технические требования. Состав изделия и требования к конструкторскому исполнению устройства

1. Устройство должно обеспечивать определение степени натяжения приводных ремней сельскохозяйственных машин с различными межцентровыми расстояниями, колеблющимися в пределах 300…2600мм.

2. Конструктивная, схема устройства дана на рисунке 4. Устройство должно содержать следующие составные элементы: корпус 1 с наконечником 2 и приливом 3 для крепления посредством винта 4, датчика 5 линейных перемещений.

В корпусе располагается нагрузочное устройство, состоящее из штока 6 с ручкой 7 и пружины 8. На штоке имеется риска 9 для фиксирования определенной величины усилия, передаваемого нагрузочным устройством (40Н, т.е. 4 кгс).

На наконечнике установлены на оси 10 поворотные рычаги 11 и 12, на фигурные (например цилиндрические) выступы концов которых опирается планка 15, передающая взаимное перемещение концов рычагов на торец измерительного элемента индикатора.

Планку от смещения относительно рычагов в горизонтальной плоскости предохраняют винты 16 и 17, ввернутые в выступы рычагов и перемещающиеся с зазором в пазах планки. Указанные винты также не дают поворотным рычагам самопроизвольно опускаться вниз. Расстояние между пазами планки должно обеспечивать расположение упорных пластин 18 и 19 поворотных рычагов и наконечника 2 корпуса 1 в горизонтальной плоскости.

Индикатор часового типа 5 установлен в приливе 3 корпуса так, что торец его измерительного элемента постоянно прижат в планке 15.Проверка, натяжения ремня устройством (рисунок 5)производится следующим образом.

Устанавливают индикатор 5 на «нуль», установив устройство на ровной, гладкой поверхности. Затем устройство устанавливается на ветвь ремня, примерно в середине между шкивами привода. Нажимая на рукоятку 7 по стрелке "С" (см. рисунок 4) добиваются совпадения риски 9 штока 6 с верхним торцом корпуса 1 (этим обеспечивается постоянное усилие нажатия на ремень). Ремень, прогибаясь, поворачивает рычаги 11 и 12 на некоторый угол (зависящий от степени натяжения ремня). При повороте рычагов на выступы 13 и 14, воздействуя на планку 15 приподнимают ее вверх на величину, пропорциональную взаимному углу поворота рычагов 11 и 12. При этом планка воздействует на торец измерительного элемента индикатора часового типа 5 и на шкале последнего будет зафиксирована величина подъема планки (пропорционально углу прогиба ремня, т.е. степени его натяжения).

Величина подъема планки (т.е. показания индикатора) для каждого конкретного привода с/х машины должна быть дана в таблице в техническом описании и инструкции по эксплуатации на устройство.

Рисунок 4 – Устройство для контроля натяжения ремней

Рисунок 5 – Проверка натяжения ремня устройством

3. Конструктивные требования к составным частям.

Нагрузочное устройство должно обеспечивать, усилие нажатия на ремень равное 40Н (4 кгс) с погрешностью 5%. Конструкция устройства должна обеспечивать возможность градуировки усилия.

Крепление поворотных рычагов 11 и 12 на наконечнике 2 корпуса должно быть беззазорным. Планка 15 должна свободно лежать на выступах поворотных рычагов.

Угол поворота рычагов должен быть в пределах от нуля до 10°, при этом перемещение планки должно лежать в пределе измерения индикатора часового типа (0...10 мм).

При работе элементы устройства (выступы поворотных рычагов, планка, ножка индикатора)должны прилегать друг к другу без зазора.

В конструкции устройства необходимо предусмотреть возможность, фиксации показания датчика линейных перемещений после снятия устройства с ветви проверяемого ремня.

4. Требования к средствам защиты. Поверхности устройства должны иметь антикоррозийное, декоративное покрытие, обладающее достаточной механической прочностью в условиях неагрессивных сред и при контакте с жидкими и консистентными смазками.

5. Показатели назначения должны соответствовать показателям, указанным в таблице 4.

Таблица 4.

6. Требования к надежности.

6.1. Средняя наработка на отказ не менее 1000 измерений.

6.2. Полный средний срок службы, лет, не менее 5.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Проведенные исследования существующего оборудования показали, что в перспективе необходимо разработать для диагностирования сборочных единиц сельскохозяйственных машин и оборудования по переработке сельскохозяйственного сырья четыре устройства.

2. В результате теоритических и экспериментальных исследований разработаны технические требования на устройство контроля натяжения ремней с большим межцентровым расстоянием, которые могут использоваться при составлении технического задания на его проектирование.

3. Предварительные маркетинговые обоснования параметров устройства позволили наметить его основные характеристики:

- тип…………………………………………………………….переносной

- время контроля одного ремня, мин………………………..1,2

- стоимость, руб. не более…………………………………….5 000

- масса, не более, кг……………………………………………0,5

- предварительная потребность для области, шт…………...1 300

ЛИТЕРАТУРА

1. Комбайн зерноуборочный самоходный «Дон». Техническое описание и инструкция по эксплуатации, Ростов на Дону.

2. ГОСТ 5813-76 Ремни вентиляторные клиновые и шкивы для двигателей автомобилей, тракторов и комбайнов.

3. ГОСТ 10286-75 Ремни приводные клиновые и шкивы для сельскохозяйственных машин.

4. Милютин В.А. Машины и оборудование для цехов и предприятий малой мощности по переработки сельскохозяйственного сырья, Самара, 2012 г.

5. ОСТ 23.2.468-13 Шкивы приводные клиноременных передач с постоянным диаметром.

6. Каталог средств диагностирования сельскохозяйственной техники. М., 2014 г.

7. Машины, оборудование, приборы и средства автоматизации для перерабатывающих отраслей АПК. Камалог Т.1. Часть 3, Информагротех.