Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Ребенко Віктор Іванович
УДК 631.3:636 + 621.89
ВИКОРИСТАННЯ МАСТИЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ ПРИ
ТЕХНІЧНОМУ ОБСЛУГОВУВАННІ ФЕРМСЬКИХ МАШИН
05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ – 2003
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Сумському національному аграрному університеті Міністерства аграрної політики України.
|
Науковий керівник: |
доктор технічних наук, професор Ревенко Іван Іванович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри механізації тваринництва |
|
Офіційні опоненти: |
доктор технічних наук, професор Форнальчик Євген Юліанович, Національний університет “Львівська політехніка”, професор кафедри експлуатації і ремонту автомобільної техніки |
|
кандидат технічних наук, доцент Михайлович Ярослав Миколайович, Національний аграрний університет, доцент кафедри технічного сервісу в АПК |
|
|
Провідна установа: |
Харківський державний технічний університет сільського господарства (ХДТУСГ) Міністерства аграрної політики України, кафедра механізації тваринницьких ферм, м. Харків |
Захист відбудеться “ 20 ” травня 2003р. о 1200 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: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус 4, к. 41.
Автореферат розісланий “ 10 ” квітня 2003 року.
|
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради |
Войтюк Д.Г. |
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Агропромисловий комплекс є одним з основних споживачів мастильних матеріалів, і проблема економного їх використання в господарствах різних форм власності залишається постійно актуальною. Особливої гостроти ця проблема набуває при швидкому підвищенні цін на нафтопродукти.
Одним із шляхів економії мастильних матеріалів є правильно організований режим мащення при технічному обслуговуванні (ТО) кожної машини, який дозволить своєчасно замінювати працюючі мастильні матеріали при максимально повному використанні їхнього ресурсу. Встановлена діючими правилами ТО періодичність не враховує їх фактичний стан на момент заміни. Мастильні матеріали, які замінюються за регламентом, часто не повністю відпрацьовують свій ресурс, проте іноді певний час працюють у граничному стані, чим інтенсифікують зношування деталей і можуть бути причиною серйозних несправностей та відмов машин. Об’єктивне і точне визначення дійсного робочого стану мастильного матеріалу (діагностика) дасть можливість прийняти рішення про доцільність його подальшого використання чи заміни і провести необхідні види робіт з ТО і ремонту фермських машин. Крім того, в сільськогосподарському виробництві використовується досить широка номенклатура мастильних матеріалів (тільки в галузі тваринництва 18 найменувань, у т.ч. й дефіцитні або застарілі), що значною мірою ускладнює організацію ТО фермських машин.
У зв'язку з цим актуальними є дослідження, направлені на визначення терміну служби мастильних матеріалів при забезпеченні нормативного ресурсу вузлів тертя фермських машин і обладнання, а також на обґрунтування номенклатури мастильних матеріалів для сільськогосподарських тваринницьких підприємств.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі механізації виробничих процесів Сумського національного аграрного університету відповідно до плану науково-дослідних робіт 1998-2003 р.р. за ініціативним напрямком “Дослідження впливу фізичних та хімічних факторів на удосконалення виробничих процесів у сільському господарстві”.
Мета і задачі досліджень. Метою роботи є підвищення ефективності використання мастильних матеріалів у засобах механізації для тваринництва.
Задачі досліджень: узагальнити досвід експлуатації і ТО фермських машин та обладнання, провести аналіз структури та періодичності технічних заходів, а також номенклатури мастильних матеріалів, які використовуються у фермському обладнанні; розробити методику дослідження фактичного та граничного функціонального стану мастильних матеріалів; виявити характер зміни властивостей та тривалість роботи мастильних матеріалів у процесі експлуатації фермських машин; дати порівняльну оцінку використовуваних мастильних матеріалів та можливості їх взаємозаміни і скорочення номенклатури; розробити рекомендації стосовно удосконалення режимів ТО; випробувати розроблені рекомендації у виробництві і дати оцінку їх ефективності.
Об’єкт дослідження - машини та обладнання для приготування і роздавання кормів, прибирання гною, а також мастильні матеріали, що застосовуються при їх ТО.
Предмет дослідження – обґрунтування методики та засобів оцінки експлуатаційних властивостей мастильних матеріалів, удосконалення технологій їх використання при ТО фермських машин.
Методи дослідження – аналітичні й експериментальні методи технічних досліджень, що базуються на принципах системного аналізу з використанням основних положень планування експериментів, математичної статистики, теорії надійності машин. Для дослідження експлуатаційних властивостей мастильних матеріалів розроблено новий метод за показниками вільного вибігу маховика.
Наукова новизна одержаних результатів. Теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено спосіб та методику оцінки робочого стану мастильних матеріалів за показниками вільного вибігу маховика дослідної установки. Встановлені зв’язки показників вибігу з показниками напрацювання мастильних матеріалів, визначені достовірність та ступінь впливу основних факторів на процес вибігу. Раціоналізація періодичності заміни мастильних матеріалів за показниками вибігу є новим кроком в системі ТО, який дозволяє визначати ступінь спрацьованості і терміни їх використання у фермських машинах і обладнанні.
Практичне значення одержаних результатів. Запропоновано організаційно-технологічні рекомендації щодо раціонального використання мастильних матеріалів, періодичності проведення їх діагностики, робіт з ТОР фермських машин і обладнання, які дозволяють скоротити номенклатуру і економити до 15..40 % мастильних матеріалів, а також на 10-15 % підвищити технічну готовність фермських машин. Елементи розробленої методики використовуються у навчальному процесі на кафедрах “Механізації виробничих процесів” і “Трактори та сільськогосподарські машини” Сумського національного аграрного університету.
Особистий внесок здобувача. Полягає в проведенні теоретичного аналізу процесу вибігу маховика, розробці методик і конструкцій установок, у виготовленні лабораторних установок і виконанні експериментальних досліджень, в аналізі та обробці експериментальних даних, випробуванні розроблених методик та устаткування для оцінки робочого стану мастильних матеріалів за показниками вибігу у виробничих умовах. В опублікованих працях він складає 60-70 %.
Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались на науково-практичних конференціях Сумського національного аграрного університету (м. Суми, СНАУ, 1999 - 2002 р.р.), на науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу та аспірантів Національного аграрного університету (м. Київ, НАУ, 2000 - 2002 р.р.), на 1-й Міжнародній науковій конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (м. Київ, 2000 р.), на VІІ Міжнародній науково-технічній конференції “Современные технологии, экономика и экология в промышленности, на транспорте и в сельском хозяйстве” (м.Алушта, 2000 р.), на ІV Міжнародній науково-технічній конференції “Качество машин” (м. Брянськ, Росія, 2001 р.), на Міжнародній науково-практичній конференції “Технічний прогрес в сільськогосподарському виробництві” (смт. Глеваха, 2001 р.), на ІІІ Міжнародній науковій конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (м. Миколаїв, 2002 р.).
Публікації. Результати досліджень висвітлені у 10 наукових працях у фахових виданнях загальним обсягом 1,9 друкованих аркушів, отримано 2 патенти на винаходи.
Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п‘яти розділів, загальних висновків і рекомендацій, списку використаних джерел із 158 найменувань (5 іноземною мовою) та 9 додатків. Основний зміст дисертації викладено на 139 сторінках машинописного тексту, 20 таблицях та 74 рисунках.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета, задачі, предмет і об’єкт дослідження, наукова новизна та практична значимість роботи.
У першому розділі “Аналіз стану технічного обслуговування і ремонту фермських машин” розглянуто умови роботи фермських машин і обладнання, проаналізовано сучасні системи та режими їх технічного обслуговування і ремонту (ТОР), номенклатуру та періодичність використання мастильних матеріалів.
Специфікою експлуатації фермських машин і обладнання є безперервне їх утримання в стані високої технічної готовності, яка значною мірою залежить від своєчасного і високоякісного проведення всіх заходів ТОР.
Дослідженнями Г.В.Веденяпіна, А.І.Селіванова, В.М.Міхліна, Н.В.Вишня-кова, С.С.Черепанова, Н.С.Пасечнікова та інших вчених зроблено вагомий внесок у розвиток системи ТОР. Завдяки їм у сучасній теорії ТОР визначальну роль відіграють попереджувальні заходи, які проводяться за даними перевірки технічного стану (поточної діагностики) машин. Встановлено, що найбільш ефективною є стратегія ТОР за технічним станом із періодичним або безперервним контролем чи діагностикою. Виявлено, що для фермських машин і обладнання діагностика не має широкого застосування, оскільки недостатньо розроблені методи і засоби її проведення. А ті що є - неприйнятні для фермських машин або за цільовим призначенням, або за складністю та великою вартістю.
Дослідженнями Б.І.Костецького, І.В.Крагельського, Р.М.Матвеєвського та інших вчених встановлено, що підбір матеріалів пар тертя і правильний вибір для них мастильних матеріалів, конструктивне оформлення вузлів тертя та умови експлуатації визначають ефективність роботи механізмів та машин, дозволяють підвищити їх надійність та довговічність і забезпечують задану працездатність вузлів тертя протягом установлених термінів експлуатації. Крім того, оптимізація умов змащування вузлів тертя є перспективним і економічним шляхом підвищення надійності цих вузлів.
Огляд літератури, присвяченої ТОР машин для тваринництва, а також аналіз умов їхньої роботи показали, що ефективність ТО значною мірою залежить від режиму змащування. Аналіз наукової інформації з питань старіння мастильних матеріалів показав високу вивченість цих процесів у двигунах і сільськогосподарських машинах, проте стосовно фермських машин вони недостатньо розглянуті. Відсутні також методи і практичні критерії для комплексної оцінки робочого стану мастильних матеріалів. Вивчення заводських інструкцій з експлуатації машин та обладнання для тваринництва дозволяє стверджувати, що приведені в них рекомендації щодо мащення не завжди однозначні і достатньо обґрунтовані.
У зв’язку з відміченим станом виникає необхідність у дослідженні причин та характеру спрацювання мастильних матеріалів, обґрунтуванні критеріїв і кількісній оцінці величини спрацювання, визначенні раціонального терміну їх використання та необхідного режиму ТО фермських машин.
У другому розділі “Теоретичні передумови оцінки стану мастильних матеріалів” наведені результати аналітичних досліджень спрацьованості мастильного матеріалу та визначення стану мастильного матеріалу за вибігом маховика.
При експлуатації машин під дією різних факторів технічного стану вузлів тертя та зовнішнього середовища властивості мастильних матеріалів помітно погіршуються. Досліджувати процес старіння мастильних матеріалів за кожним показником, який впливає на цей процес, надто складно, тому постає необхідність прийняти комплексний показник якості мастильного матеріалу k як сукупність впливу всіх показників.
Посилаючись на загальну теорію старіння, розроблену професором Селівановим А.І., можна допустити, що вплив усіх факторів, які формують комплексний показник якості мастильного матеріалу, в процесі нормальної експлуатації має лінійний характер:
k = k0 - a t, (1)
де k0 – початкове значення комплексного показника якості;
a – середня інтенсивність зміни показника від напрацювання;
t – напрацювання мастильного матеріалу.
За умови, що комплексний показник якості мастильного матеріалу (k) має лінійний вплив на інтенсивність зношування деталей (i), можна проводити інтерполяцію від початкового k0 до граничного значення klim в координатах (k, i).
З порівняння фактичного kф і граничного klim значень комплексного показника якості можна визначити ступінь використання ресурсних можливостей мастильного матеріалу:
=(k0-kф)/(k0-klim) (2)
і прогнозувати його залишковий ресурс R (рис.1):
R = tlim – tф . (3)
Реальні значення показника k від часу роботи мають деяке розсіювання. Тому середній залишковий ресурс і довірчий його інтервал з урахуванням упереджувального ризику (t) визначається за формулою:
R = tlim – tф – t . (4)
Граничний стан мастильного матеріалу за комплексним показником якості можна встановити двома способами:
|
а) коли цей показник починає прискорено змінюватися (рис.1); б) за значенням його при граничному рівні хоча б одного з фізико-хімічних або триботехнічних показників. Перший спосіб потребує проведення досить тривалих ресурсних досліджень. У період нормальної експлуатації показник k зменшується поступово, монотонно і прямолінійно, тому похідні процесу: k'(t) = const, k"(t) = 0 (5) При досягненні tlim спрацювання мастильного матеріалу збільшується прискорено і значення комплексного показника якості починає різко погіршуватись. |
Умова (5) набуває характеру:
k'(t) const, k"(t) 0 (6)
Причинами цього є досягнення граничних змін окремими фізико-хімічними параметрами і критичні ефекти їх взаємодії. Саме цей момент і слід вважати граничним станом мастильного матеріалу та сигналом про недоцільність подальшого його використання.
Для практичного визначення інтенсивності зменшення комплексного показника встановлюють дві точки з відомими значеннями (k1, k2),
k'(t) = (k1 - k2)/(t2 - t1) . (7)
Прискорення зміни показника k визначається як мінімум за трьома точками з відомими його значеннями (k1, k2, k3) в часі (відповідно t1 , t2 , t3). Тоді інтенсивність його зміни:
або (8)
В інтервалі часу, коли прискорення k”(t) 0, комплексний показник досягає граничного рівня klim.
Граничне значення за другим варіантом визначається за максимальним значенням комплексного показника якості мастильних матеріалів, що знаходяться в критичному стані за одним із фізико-хімічних або триботехнічних показників.
Для характеристики функціонального стану мастильних матеріалів обґрунтовано показники вибігу (кількість обертів і час вибігу), які оцінюють сумарні витрати енергії на подолання тертя кочення або ковзання в підшипнику, внутрішнього тертя в рідині при перемішуванні і зовнішнього тертя поверхонь тіл обертання в оточуючому середовищі. Вплив кожної складової загального тертя на показники вибігу оцінюються експериментально.
Вибіг маховика лабораторної установки – це енергетичний процес, на показники якого впливають, насамперед, інерційність та рівень механічних втрат рухомої системи. У свою чергу, інерційність залежить від маси маховика, його геометричних та швидкісних параметрів, а механічні втрати - від коефіцієнту тертя, навантаження, температури тощо.
|
При обертанні маховика (рис.2), розкрученого до кутової швидкості 0, на нього діють сили тяжіння G, тертя в підшипниковій опорі Fтр та опору повітря Fпов. В разі вертикальної осі обертання сила тяжіння направлена вздовж цієї осі і не створює моменту опору. В режимі вільного вибігу маховика сума моментів зовнішніх сил (Мі) становить: , (9) |
де Мм – момент обертання маховика;
Мтр – момент тертя в підшипниковому вузлі;
Мпов – момент тертя поверхонь маховика у повітрі, розрахунок якого показує незначний (0,3%) його вплив. Тому надалі ним можна знехтувати.
Приведений момент сил тертя має вигляд:
, (10)
де G – навантаження на вузол тертя, Н;
r – середній радіус бігової доріжки підшипника, м;
f –приведений коефіцієнт тертя, є величиною змінною і залежить від кутової швидкості .
Для аналізу вибігу від 0 до повної зупинки введемо значення середнього коефіцієнту тертя fср, тоді:
, (11)
де - кут повороту маховика; d/dτ= - кутова швидкість; d2/dτ2= - кутове прискорення.
Після розв’язання цього рівняння при початкових =0, =0, φ=0 будемо мати: - час до повної зупинки :
; (12)
- кут повороту маховика:
. (13)
Кількість обертів до повної зупинки маховика визначається відношенням:
, (14)
звідки середній коефіцієнт тертя fср дорівнює:
або . (15)
Таким чином, отримані значення середнього коефіцієнту тертя обумовлюють загальний рівень витрат енергії на подолання тертя в підшипнику в процесі вибігу маховика. При використанні у вузлі тертя різних за якістю та робочим станом мастильних матеріалів значення коефіцієнтів тертя будуть змінюватися, а отже і показники вибігу теж будуть різними. Відмічена закономірність дає змогу застосовувати показники вибігу як діагностичний параметр фактичного стану мастильного матеріалу.
У третьому розділі “Програма і методика експериментальних досліджень” наведені програма та методики досліджень, обґрунтовані критерії оцінки функціонального стану мастильних матеріалів, описані експериментальні установки та вимірювальна апаратура.
До програми досліджень включено встановлення залежності показників вибігу від впливових факторів; визначення зміни функціонального стану мастильних матеріалів від умов експлуатації та напрацювання; проведення кількісної оцінки граничного стану спрацювання мастильних матеріалів.
У лабораторних умовах досліджували фізико-хімічні властивості мастильних матеріалів (в’язкість, вміст домішок і води), триботехнічні характеристики (показник зношування Dз та критичне навантаження Рк), залежність показників вибігу від навантаження, температури, швидкості обертання маховика і напрацювання мастильних матеріалів. В експлуатаційних умовах визначали режими роботи фермських машин (на прикладі кормоприготувальних, роздавачів кормів, засобів видалення гною) та мастильних матеріалів, зміни показників вибігу від напрацювання мастильних матеріалів, ресурсні можливості певних марок мастильних матеріалів і шляхи подовження терміну їх використання та забезпечення надійної роботи машини, обсяги робіт з ТО.
Для проведення досліджень було створено випробувальний комплекс, який складався з комп’ютера, перетворювача, однієї або декількох лабораторних установок і допоміжних інструментів та проб мастильних матеріалів.
|
На основі нового способу (Пат. України №46229) виготовлені лабораторні установки з горизонтальною та вертикальною осями обертання (рис.3, Пат. України №52875). Установки складаються з корпусу 1, одного або двох підшипникових вузлів тертя 2, маховика 3, закріпленого на валу 4, роз’ємної муфти 7, електроприводу 8 та безконтактного реєстратора 5-6 параметрів вибігу, з’єднаного з комп’ютером. |
Електронна схема призначена для утворення електричних сигналів і передачі їх від оптичних датчиків до комп’ютера без витрат енергії маховика. Для підвищення точності експерименту нами використано оптичні датчики – світло- та фотодіоди, які працюють в інфрачервоному спектрі і не впливають на процес вибігу. Навантаження вузла тертя забезпечується зміною маси маховика.
Установки працюють так. На поверхні тертя ретельно вимитих та висушених підшипників наносять фіксовану кількість досліджуваного мастильного матеріалу. Потім збирають установку і з’єднують з комп’ютером. Маховик розганяють до заданої швидкості обертання електродвигуном 8 через роз'ємну муфту 7. Контроль параметрів швидкості здійснюють за допомогою комп’ютера і оптичного реєстратора 6. При досягненні заданої швидкості маховика роз’ємною муфтою 7 відключають електропривод 8 і маховик 3 пускають у вільний вибіг. При цьому комп’ютер реєструє всі параметри вибігу. Маховик поступово зменшує швидкість обертання до повної зупинки. Реєстрацію параметрів вибігу комп’ютер починає автоматично відповідно до розробленої програми при досягненні заданої початкової частоти обертання п і закінчує при досягненні контрольної кінцевої частоти обертання к або після повної зупинки маховика.
|
Комп’ютер будує діаграму вибігу (рис. 4) і оброблені дані запам’ятовує у файлі. За характеристиками вибігу та відхиленнями параметрів вибігу від еталонних значень визначали експлуатаційні властивості дослідженого мастильного матеріалу. Інтервали (tнов .. tlim) та (Zнов .. Zlim) (рис. 4) можна вважати шкалою оцінки функціонального стану і терміну служби мастильного матеріалу. Установки з вертикальною віссю обертання порівняно з горизонтальним варіантом за умови розташування центру мас маховика нижче центру вузла тертя мають суттєві переваги: використання лише |
одного вузла тертя скорочує час випробувань за рахунок спрощення розбирання- складання і настроювання та підвищує точність випробувань; забезпечується самовстановлення маховика; зручність і простота обслуговування конструкції.
При проведенні досліджень з вузлів фермських машин безпосередньо після їх зупинки було відібрано проби мастильних матеріалів з певним напрацюванням (від 20 до 3270 годин) відповідно до стандартної методики (ГОСТ 2715-85) за допомогою шприців із насадками.
Оцінку опору повітряного середовища при обертанні маховика проводили на лабораторній установці з використанням надставок, виготовлених з різних матеріалів однакової маси і форми з різною площею поверхні, шляхом визначення залежності показників вибігу від площі бокової поверхні.
Витрати енергії на перемішування мастильного матеріалу у вузлі тертя лабораторної установки визначали шляхом поступового додавання визначеного об’єму мастильного матеріалу у вузол тертя.
Визначення залежності показників вибігу від впливових факторів (навантаження, температура, початкова швидкість обертання і термін напрацювання мастильного матеріалу) здійснювали методом планування активних багатофакторних експериментів. Отримані математичні моделі перевірялись на відтворюваність та адекватність.
Фізико-хімічні та триботехнічні показники визначали за стандартними методиками: в’язкість за ГОСТ 33-82, вміст механічних домішок за ГОСТ 6370-83, води за ГОСТ 2477-74, показник зношування та критичне навантаження за ГОСТ 9490-78.
Дослідження процесів спрацювання мастильних матеріалів проводили шляхом аналізу зміни показників вибігу для проб, відібраних із фермських машин та безперервно працюючої лабораторної установки.
У четвертому розділі “Результати експериментальних досліджень” проаналізовано стан використання та ТО машин для приготування і роздавання кормів, прибирання гною, характер відмов з причин їх мащення, наведено експериментальні дані і розроблено математичні моделі вибігу, дана кількісна оцінка ступеня спрацювання і встановлено граничні значення показників для різних мастильних матеріалів.
Аналіз використання фермських машин у 17 господарствах Сумської області показав, що в більшості з них обслуговуючий персонал ферм виконував переважно ремонт, а не обслуговування машин. Періодично проводили заходи з ТО лише у 8 % господарств, внаслідок цього коефіцієнт технічної готовності фермських машин у цих господарствах досягає 0,85..0,90, тоді як в інших – лише 0,30..0,75. Періодичність заходів відхилялась від нормативної на 25 – 200 %. У більшості господарств використовують скорочену до 1-2 марок номенклатуру мастильних матеріалів, не проводять заміну відпрацьованих мастильних матеріалів, а лише додають потрібну кількість нових або відпрацьованих моторних олив.
Спостереження за роботою олив ТАп-15В, Нігрол Л, І-40, І-50, М-8В, М-10В, М-10Г, М-12Г у вузлах однакових машин при подібних умовах їх експлуатації підтвердили достатню працездатність цих олив у межах нормативного терміну експлуатації. Серед них кращі показники вибігу мають оливи ТАп-15В, І-40 та І-50. Індустріальні оливи добре зарекомендували себе при роботі редукторів у неопалюваних приміщеннях та поза ними. Вони відносно стабільні і практично не утворюють водно-масляних емульсій при потраплянні вологи в редуктори. Крім того, оливи І-40 та І-50 задовільно зарекомендували себе відносно захисту деталей від корозії. Індустріальні оливи дешевші від олив з присадками, тому їх доцільно рекомендувати для використання всесезонно при змащуванні редукторів фермських машин. Солідоли забезпечують задовільні умови роботи вузлів тертя при температурах до 65-70С. Проте солідоли досить швидко видавлюються або витікають з розгерметизованих вузлів. Застосування в таких випадках мастильних матеріалів із вищою механічною стабільністю, наприклад, Літол-24, дозволяє збільшити період між їх замінами та надійність роботи вузлів.
Спостереження за роботою основних вузлів фермських машин у господарствах Сумської області, а також результати опитування майстрів-наладчиків фермської техніки свідчать, що основними відмовами з причин мащення (понад 75 %) є підвищене зношування, задири, зварювання, заклинювання, перегрів і поломка деталей, кількість відмов з причин незадовільного мащення складає для ланцюгових передач – 57 %, підшипників ковзання – 51 %, відкритих зубчатих передач – 43 %, підшипників кочення – 40 %, закритих зубчатих передач – 22 %.
Експерименти на лабораторній установці з надставками підтвердили нeзначний вплив опору повітря на процес вибігу маховика. Серед загальних витрат енергії маховика опір повітря складає 0,73-0,84 %.
|
Виявлено залежність (рис.5) показників вибігу від ступеня заповнення вузлу тертя мастильним матеріалом. При цьому встановлено, що достатньою для діагностування мастильного матеріалу є кількість в обсязі 1 – 3 % від вільного об’єму підшипникового вузла тертя. Виявлення залежності показників вибігу від апріорі впливових факторів |
(навантаження, швидкість обертання, температура і термін напрацювання мастильного матеріалу), вивчення закономірностей і їх взаємозв’язку здійснювали за принципами системного підходу. Реалізація активного багатофакторного експерименту і наступна обробка дали лінійні рівняння регресії впливу навантаження (Р, Н), температури (Т, С), частоти обертання (ω, об/хв.) та терміну напрацювання (tе, годин) на показники вибігу (наприклад, для ТАп-15В):
Z = -814,95 + 63,6746Р + 41,8396Т + 2,756 + 0,7695te – 1,6723PT – 0,078P – 0,0453Pte + 0,1097T – 0,0101Tte – 0,0005te , (16)
tv = 3,4123 + 12,286P + 14,9436T + 0,3051 + 0,1798te – 0,5367PT – 0,0104P – 0,0142Pte + 0,0121T – 0,0015Tte – 0,0001te . (17)
Аналіз рівнянь підтверджує, що частота обертання і температура є найвпливовішими факторами та прямопропорційно пов’язані з показниками вибігу. Навантаження та термін напрацювання менш впливові і при зростанні спричиняють зменшення показників вибігу (рис. 6).
|
Рис.6. Поверхні відгуку функції моделі Z від впливових (кодованих) факторів T, , P, te |
Початкова частота обертання є найвпливовішим на процес вибігу фактором, який до того ж легко контролюється. Проте в реальних машинах для тваринництва цей фактор регулюється дуже рідко. Тому для спрощення моделей процесу вибігу в наступних серіях досліджень початкову |
частоту обертання прийнято постійною 0 = 1000 об/хв. Так, для ТАп-15В:
Z = 1107,79 + 36,02P + 170,77T + 0,78te - 2,56PT - 0,07Pte - 0,018Tte (18)
tv = 207,04 + 8,72P + 29,37T + 0,19te - 0,67PT - 0,02Pte - 0,0021Tte (19)
Для різних мастильних матеріалів отримано адекватні математичні моделі процесу вибігу маховика від чотирьох (Р, Т, ω, te) та трьох (Р, Т, te) керованих факторів, які можна використовувати для визначення фактичного стану і прогнозування залишкового ресурсу мастильних матеріалів із достовірністю 0,95-0,98.
Дослідженнями зміни в’язкості, динаміки забруднення домішками і водою мастильних матеріалів виявлено, що оливи можуть тривалий час працювати в редукторах без заміни. Тривалість їх роботи скорочується переважно із-за накопичення в них механічних домішок, води і часткового утворення органічних кислот. Тому подовження терміну експлуатації мастильного матеріалу можливе шляхом періодичного діагностування і проведення за потребою очищення (регенерації). Крім цього, з метою недопущення негативного впливу оточуючого середовища (проникнення у мастильний матеріал абразиву, води тощо) потрібно підтримувати герметичність вузлів тертя.
Дослідженнями зміни триботехнічних показників від напрацювання олив виявлено, що в процесі нормальної експлуатації зміна протизношувальних характеристик відбувається повільно з поступовим зниженням. При напрацюваннях олив більше 2000 годин погіршення їх протизношувальних властивостей суттєво прискорюється і досягає критичного рівня.
Кореляційний аналіз результатів експериментів виявив достатньо тісний зв’язок між показниками вибігу та фізико-хімічними і триботехнічними показниками (значення коефіцієнтів кореляції дорівнюють 0,89..0,98). Таким чином, можна зробити висновок, що показники вибігу для мастильних матеріалів у межах терміну використання пов’язані з фізико-хімічними та триботехнічними показниками лінійною залежністю, і їх можна використовувати для оцінки функціонального стану мастильного матеріалу в процесі експлуатації.
Для визначення характеру спрацювання мастильного матеріалу були проведені лабораторні та експлуатаційні експерименти. У лабораторії на підставі періодичних вимірів визначено зміну показників вибігу від терміну безперервної роботи установки з вертикальною віссю обертання (рис.7). Початковий етап експлуатації характеризується швидким зростанням показників вибігу, що обумовлюється припрацюванням мастильного матеріалу в заданій системі тертя. Потім по казники стабілізуються і в подальшому поступово і монотонно знижуються. Таке зниження зумовлюють процеси спрацювання всієї системи.
|
Рис.7. Зміна часу вибігу (tv) від терміну напрацювання (te) на оливі ТАп-15В (приведено до 20С) |
Щоб розділити вплив старіння мастильного матеріалу і зношування елементів вузла тертя, провели повторний експеримент при аналогічних режимах роботи і новій пробі мастильного матеріалу тієї ж партії. Співставленням повторних значень показників вибігу з попередніми виявлено, що за період лабораторного експерименту (1,5 року) вплив зношення вузла тертя був незначним (0,5 – 1,0 %), тому надалі при контрольних вимірюваннях його не враховували. |
Стабільні умови роботи експериментальної установки в лабораторії зумовлюють надто повільне погіршення властивостей мастильного матеріалу, тому паралельно було проведено експлуатаційний експеримент. На тваринницьких фермах дослідних господарств були підготовлені машини різного технологічного призначення (перебрані, промиті та заправлені свіжою оливою ТАп-15В, відрегульовані згідно технічних вимог). Потім вони працювали в звичайних для них умовах і режимах експлуатації. Стосовно кожного механізму реєстрували кількість відпрацьованих годин, і під час їх ТО відбирали проби мастил для оцінки показників вибігу. Тривалість експерименту розрахована таким чином, щоб простежити зміни стану мастила в межах гарантованого виробником строку придатності, а також після його закінчення (рис.8).
|
Рис. 8. Залежність функціонального стану оливи ТАп-15В за показником вибігу (tv) від напрацювання (te) у редукторах ТСН-3Б (приведено до 20С) |
Аналіз характеру спрацювання мастильних матеріалів за показниками вибігу підтверджує передумову, що спрацювання мастильного матеріалу в межах терміну його використання (за режиму нормальної експлуатації) відбувається за законом, близьким до лінійного. Практично встановити момент настання граничного стану для мастильних матеріалів важко. Якщо для деталей і з’єднань у граничному стані мають місце різке падіння характеристик, шум, стукіт, перехід на інший вид тертя, то граничний стан мастильних матеріалів |
настає зовнішньо непомітно. Тому для його визначення потрібно періодично оцінювати стан не тільки самого мастильного матеріалу, а й деталей змащуваного ним вузла. Дослідженнями проб мастильних матеріалів встановлений зв’язок спрацьованості мастильного матеріалу за показниками вибігу з його температурним режимом (рис. 9).
|
Рис. 9. Зміна показників вибігу від різниці температур машини і оточуючого середовища Рис. 10. Залежність вибігу від зміни в’язкості мастильного матеріалу (1), вмісту домішок (2), води (3), показника зношування Dз (4) |
Використання олив ТАп-15В в умовах експлуатації однотипних редукторів із показниками вибігу на рівні 68 % та 72 % від еталонного значення (тобто в передграничному стані) показали, що процеси спрацювання самих мастильних матеріалів і змащуваних ними вузлів прискорюються переважно за рахунок значного накопичення продуктів зношування деталей (швидкість зношування при цьому досягає аварійного рівня). Серед досліджуваних проб мастильних матеріалів було вибрано такі, які знаходились у граничному стані за в’язкістю, вмістом домішок і води, а також показником зношування Dз. Для них були визначені відхилення від еталонного значення показників вибігу (рис.10). Отримані результати свідчать, що мастильні матеріали у граничному стані за фізико-хімічними або триботехнічними показниками мають еквівалентні значення показників вибігу: порівняно з еталонними вони менші на 35-40 %. Тому граничним |
станом за показниками вибігу можна вважати такий, при якому показники вибігу зменшилися до рівня 60-65 % від еталонних значень.
За результатами аналізу понад 200 проб мастильних матеріалів була побудована узагальнена характеристика процесу спрацювання мастильного матеріалу (рис.11).
Рис.11. Характеристика процесу спрацювання мастильних матеріалів за показниками вибігу:
1 – крива середнього рівня; 2 – поле розподілу терміну напрацювання при певному значенні робочого стану мастильного матеріалу; 3 – поле розподілу показників робочого стану при визначеному напрацюванні мастильного матеріалу; 4 – імовірність знаходження мастильного матеріалу у граничному стані
Аналіз статистичних даних показав, що серед мастильних матеріалів, для яких показники вибігу були на рівні 70 % і менше відносно еталону, близько половини проб знаходились в граничному стані, а з показниками вибігу на рівні 55 % практично всі були у граничному стані. Використання мастильних матеріалів з показниками вибігу на рівні 60 % від еталонного значення підтвердило, що швидкість зношування знаходиться на рівні аварійного спрацювання, а сам мастильний матеріал – в граничному стані.
Таким чином, за результатами проведених досліджень різких змін функціонального стану мастильних матеріалів не зафіксовано. При значних термінах експлуатації та глибокому старінні мастильного матеріалу спостерігались прискорене зношування деталей, підвищені витрати енергії, високі температури працюючих вузлів, підвищена шумність роботи. Виявлено, що серед марок використовуваних мастильних матеріалів найбільший термін напрацювання мають індустріальні оливи, менший – трансмісійні і найменший – моторні, але всі вони відпрацьовують встановлений у паспортах машин термін і не досягають при цьому свого граничного стану. Мастильні матеріали з присадками (зокрема, моторні і трансмісійні оливи) за наявності вільної води дуже швидко погіршують свої властивості, в той час як індустріальні несуттєво погіршують властивості і задовільно виконують задані функції. Припрацювання мастильного матеріалу у більшості машин відбувається за 4 – 20 годин роботи, при цьому значення показників вибігу збільшуються на 7-12 % порівняно з новими і досягають максимальних значень. Прискорене погіршення показників вибігу характерне при їх зменшенні на 405 %. Цей стан мастильного матеріалу можна вважати граничним.
У п’ятому розділі “Розробка рекомендацій, їх техніко-економічна оцінка і виробнича перевірка” опрацьовано рекомендації з оцінки робочого стану мастильних матеріалів і їх раціонального використання у фермських машинах, наведено результати їх виробничої перевірки в 17 господарствах Сумської області, причому тільки в 4 з них загальний річний економічний ефект склав 20 тис. грн.; визначено економічну ефективність діагностування мастильних матеріалів, яка за рік складає 2,13 грн. на 1 грн. витрат, пов’язаних із використанням діагностичного комплексу.
Скорочення номенклатури мастильних матеріалів з 18 до 5-6 марок спрощує організацію ТО машин і обумовлює більш ефективне використання виробничих площ як пересувних, так і стаціонарних пунктів ТОР фермських машин, зменшує витрати на забезпечення мастильними матеріалами та їх зберігання і збільшує продуктивність обслуговування машин бригадою майстрів-наладчиків.
ВИСНОВКИ
1. Аналіз технологій технічного обслуговування фермських машин і обладнання при їх експлуатації показав, що підвищити надійність і ефективність машин можна шляхом раціонального використання мастильних матеріалів, якщо здійснювати діагностування їх фактичного стану.
2. Для оцінки робочого (функціонального) стану мастильного матеріалу пропонується користуватися комплексними показниками вільного вибігу (кількість обертів та час вибігу), які характеризують витрати енергії на подолання тертя кочення або(та) ковзання і перемішування мастильного матеріалу.
3. Розроблені спосіб, методика та обладнання для оцінки експлуатаційних характеристик мастильних матеріалів за комплексними показниками вільного вибігу, які дозволяють за короткий час (10 – 15 хв.) кількісно оцінити фактичний стан мастильного матеріалу, спрогнозувати його залишковий ресурс і прийняти рішення про доцільність подальшого використання або заміни.
4. Порівняно з існуючими методиками оцінки якості мастильних матеріалів (за зміною в’язкості, за вмістом домішок і води тощо) новий метод має такі переваги: простота проведення випробувань, невелика кількість мастильного матеріалу (1-2 см3) для діагностування, невеликі витрати часу для діагностування (10 – 15 хв.) і достатня достовірність (95 %) комплексної оцінки робочого стану мастильних матеріалів.
5. Основні зміни мастильних матеріалів у процесі експлуатації редукторів фермських машин, які спричиняють повільне погіршення їх якості, зумовлені накопиченням у них механічних домішок, води та продуктів їх хімічних перетворень. При напрацюванні до 2,5 тис. годин у мастильному матеріалі накопичується механічних домішок до 0,7 %, води до 4 %, в’язкість підвищується на 10 – 30 %, показники вибігу зменшуються на 25-35 %. Це підтверджує адекватність оцінки за показниками вибігу з існуючими методиками аналізу мастильних матеріалів.
6. Встановлено, що граничного стану спрацювання мастильні матеріали досягають, коли показники вибігу зменшуються на 35 – 40 % від еталонного значення.
7. Одержані математичні моделі, які дозволяють прогнозувати ресурс різних марок мастильних матеріалів за даними оцінки їх фактичного стану.
8. Проведені експлуатаційні випробування підтверджують можливість скорочення номенклатури мастильних матеріалів для використання їх у фермських машинах і обладнанні. Рекомендується обмежитися індустріальними І-40 або І-50, трансмісійною ТАп-15В, моторною М-10В оливами, а також пластичними мастилами Солідол С або Ж, що спрощує забезпечення і використання в господарствах мастильних матеріалів, а також скорочує витрати на їх зберігання.
9. Діагностика мастильних матеріалів і заміна з урахуванням їх граничного стану в 4 господарствах Сумської області дозволили отримати річний економічний ефект 20 тис. грн. Ефективність діагностики складає 2,13 грн. на 1 грн. витрат на рік.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ
1. Ребенко В.І. Установка для дослідження експлуатаційних властивостей мастильних матеріалів // Вісник СДАУ, Серія Механізація та автоматизація виробничих процесів. – Суми, 2000. – Вип.5. - С. 142-145.
2. Ревенко І.І., Ребенко В.І. Аналіз використання мастильних матеріалів у фермському обладнанні // Зб. наук. праць НАУ: Механізація сільськогосподарського виробництва. – Київ, 2000. – Т 9. – С. 113-115 (здобувачем проведено збір і обробку технічної та статистичної інформації).
3. Ревенко И.И., Ребенко В.И. Диагностика смазки машин в сельском хозяйстве // Сборник трудов БГТУ: Качество машин. – Брянск, 2001. – Т 1. – С. 31-34 (здобувачем розроблено методику діагностування).
4. Ревенко І.І., Ребенко І.М., Ребенко В.І. До методики оцінки експлуатаційної ефективності мастильних матеріалів // Вісник СДАУ, Серія Механізація та автоматизація виробничих процесів. – Суми, 2001. – Вип.6. - С. 168-171 (здобувачем проведені всі дослідження, результати яких обговорені зі співавторами).
5. Ревенко І.І., Ребенко І.М., Ребенко В.І. Методика оцінки ефективності мастильних матеріалів // Праці ТДАТА. – Мелітополь, 2001. - Т 25, – С. 11-16 (здобувачем розроблено основні елементи методики).
6. Ревенко І.І., Ребенко І.М., Сіренко В.Ф., Ребенко В.І. Дослідження вибігу маховика лабораторної установки для діагностування мастильних матеріалів // Вісник СДАУ, Серія Механізація та автоматизація виробничих процесів. – Суми, 2002. – Вип.7. - С.106-110 (здобувачем отримано експериментальне підтвердження теоретичних розрахунків).
7. Ребенко В.І. Експериментальне діагностування стану мастильних матеріалів // Вісник СДАУ, Серія Механізація та автоматизація виробничих процесів. – Суми, 2002. – Вип.8. - С. 115-120.
8. Ревенко І.І., Ребенко В.І. Використання мастильних матеріалів при технічному обслуговуванні фермської техніки // Зб. наук. праць НАУ: Механізація сільськогосподарського виробництва. – Київ, 2002. – Т 12. – С. 198-201 (здобувачем проведено експериментальні дослідження і їх обробку).
9. Патент України № 46229А, Спосіб визначення експлуатаційних властивостей мастильних матеріалів. / Ребенко І.М., Ребенко В.І., Ревенко І.І. – 2с. – Заявл. 14.03.2001; Опубл. 15.05.2002, Бюл. №5
10. Патент України № 52875А, Установка для визначення експлуатаційних властивостей мастильних матеріалів. / Ребенко В.І., Ребенко І.М., Ревенко І.І. – 2с. – Заявл. 17.04.2001; Опубл. 15.01.2003, Бюл. №1
11. Ребенко В.І. Дослідження впливу старіння масла на роботу машини //Збірник “Современные технологии, экономика и экология в промышленности, на транспорте и в с.х.”. - Алушта, 2000. – Т.3. – С. 99-102
Ребенко В.І. Використання мастильних матеріалів при технічному обслуговуванні фермських машин. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – “Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва”. – Національний аграрний університет. – Київ, 2003.
Дисертація присвячена проблемі раціонального використання мастильних матеріалів у фермських машинах, розробці методики оцінки експлуатаційних характеристик і визначенню граничного стану мастильних матеріалів за комплексними показниками вибігу.
Встановлено, що підвищити надійність і ефективність фермських машин можна шляхом раціонального використання мастильних матеріалів, тобто повнішого використання їх ресурсних можливостей. Розроблено спосіб, методику та устаткування для оцінки експлуатаційних властивостей мастильних матеріалів за комплексними показниками вибігу. Встановлено тісний кореляційний зв’язок показників вибігу з фізико-хімічними та триботехнічними показниками. За експериментальними даними розроблено математичні моделі залежності показників вибігу від основних факторів (навантаження, температури, швидкості обертання, стану мастильного матеріалу).
Визначені закономірності спрацювання мастильних матеріалів, які за нормальних умов відбуваються поступово і прямолінійно, а з досягненням граничного стану – прискорено. Обґрунтовано граничний стан мастильного матеріалу, якому відповідає зменшення показників вибігу на 405 % від максимального значення. При цьому в’язкість підвищується на 15-20 %, а вміст механічних домішок становить більше 1 %. Розроблено практичні рекомендації щодо раціонального використання мастильних матеріалів у фермських машинах, які стосуються скорочення їх номенклатури і підвищення терміну використання.
Ключові слова: технічне обслуговування, діагностування, фермські машини, мастильний матеріал, змащування, старіння, експлуатація, граничний стан.
Ребенко В.И. Использование смазочных материалов при техническом обслуживании животноводческих машин. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – “Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства”. – Национальный аграрный університет. – Киев, 2003.
Диссертация посвящена проблеме рационального использования смазочных материалов в животноводческой технике, разработке методики оценки рабочего состояния смазочных материалов по комплексным показателям выбега и выявлению граничного состояния.
В работе рассмотрены особенности эксплуатации животноводческих машин, проанализированы режимы ТОР, номенклатура и периодичность использования смазочных материалов. Установлено, что повысить надежность и эффективность животноводческих машин можно путем рационального использования смазочных материалов. Разработаны способ, методика и установки для оценки эксплуатационных свойств смазочных материалов по комплексным показателям выбега. Установлена тесная корреляционная связь показателей выбега с физико-химическими и триботехническими показателями.
Разработаны математические модели зависимости показателей выбега от основных факторов (нагрузки, температуры, скорости вращения, состояния сма-зочного материала). Установлены закономерности срабатываемости смазочных материалов: приработка, постепенное и прямолинейное старение. При ухудшении условий эксплуатации или глубоком старении смазочного материала происходит ускоренное ухудшение его свойств.
Обосновано предельное состояние смазочного материала, которому соответствуют уменьшение показателей выбега на 405 % от максимального значения, повышение вязкости на 15-20 % и содержания примесей больше 1 %. Разработаны практические рекомендации по рациональному использованию смазочных материалов в животноводческих машинах.
Ключевые слова: техническое обслуживание, диагностирование, животноводческие машины, смазочный материал, смазывание, старение, эксплуатация, предельное состояние.
Rebenko V.I. Usage of lubricants while technical services of farming machines. – Manuscript.
The thesis is for taking the scientific degree of the Candidate of Technical Sciences on the speciality 05.05.11 – Machines and means of mechanisation of agricultural production. – The National Agrarian University. – Kyiv, 2003.
The thesis is devoted to the problem of the efficient use of lubricants in farming equipment. It also contains the methodology of the estimation of lubricants’ condition through the complex indices of free-moving. The new method, means and the set of technological equipment for the estimation of operating characteristics of lubricants based on the complex indices of free-moving are worked out. The correlational connection of the free-moving’s indices and the phisical-chemical and tribotechnical indices are found out. The mathematic models of the dependence of the free-moving’s indices on the basic factors (i.e. loading, temperature, speed of rotation, a state of lubricant) are designed on the basis of experimental researching of the process of a fly-wheel’s free-moving. The main regularities of the lubricants’ operating are found out. The rates of technical services and repairing, the nomenclature and the periodicity of lubricants’ use are experimentally grounded. The boundary condition of a lubricant is determined. The practical pieces of advice concerning efficiency of lubricants’ use in farming machines are worked out.
Key words: technical service, diagnostics, farming machines, lubricant, lubrication, aging, boundary state.