Динамика и нагруженность рабочих органов зерноуборочных комбайнов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.06, кандидат технических наук Далальянц, Армэн Ашотович

• Далальянц, Армэн Ашотович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Далальянц, Армэн Ашотович

Содержание

Введение

1. Проблема обеспечения надежности зерноуборочных

комбайнов на этапе проектирования

1.1 Структура работ по обеспечению надежности

при проектировании машин

1.2. Прогнозирование видов отказов элементов

конструкции ЗУК

1.3. Методы оценки и прогнозирования

надежности сельскохозяйственных машин

1.3.1. Расчетный метод прогнозирования значений

показателей надежности

1.3.2. Экспериментально-исследовательские методы

оценки показателей надежности

1.3.3. Виды предельных состояний типовых элементов конструкции ЗУК и методы оценки их надежности

1.4. Обзор исследований по обеспечению надежности ЗУК

1.5. Точность воспроизведения режимов нагружения

при стендовых ресурсных испытаниях

1.6. Выводы по главе

1.7. Цель и задачи исследования

2. Статистическое моделирование типовых блоков нагруженности рабочих органов зерноуборочного комбайна

с учетом динамики технологического процесса

2.1 Структура работ по статистическому

моделированию нагруженности рабочих органов

уборочных машин

2.2. Анализ параметров модели нагруженности

рабочих органов

2.3. Статистическое моделирование динамики нагруженности

рабочего органа в установившемся режиме работы

2.4. Моделирование типового блока удельной нагруженности

элемента конструкции

2.5. Типовые блоки нагруженности рабочих органов ЗУК

2.6. Выводы по главе

3. Обоснование нормирующих параметров и значений показателей удельной нагруженности рабочих органов зерноуборочных комбайнов

3.1. Вводные замечания

3.2. Жатвенная часть

3.2.1. Режущий аппарат

3.2.1.1. Силы полезных сопротивлений

3.2.1.2. Силы инерции

3.2.1.3. Силы вредных сопротивлений (трения)

3.2.1.4. Суммарное действие сил в режущем аппарате

3.2.2. Мотовило

3.2.3. Шнек жатки

3.2.4. Битер проставки

3.2.5. Транспортер наклонной камеры

3.3. Молотильный аппарат

3.4. Транспортная доска и решетный стан

3.5. Соломотряс

3.6. Зерновые шнеки

3.7. Скребковые транспортеры

3.8. В ентилятор очистки

3.9. Соломонабиватель

3.10. Измельчитель

3.11. Выводы по главе

4. Особенности динамики нагруженности приводов рабочих

органов циклического действия

4.1. Вводные замечания

4.2. Динамика механизма привода режущего аппарата ЗУК

4.3. Определение способов уравновешивания приведенного

момента сил инерций звеньев к входному звену

4.4. Давление в шарнирах звеньев от сил инерции

4.5. Выводы по главе

5. Экспериментальные исследования удельной и динамической нагруженности некоторых

рабочих органов зернокомбайна

5.1. Цель экспериментальных исследований

5.2. Программа экспериментальных исследований

5.3. Предмет и средства экспериментальных исследований

5.4. Основные положения методики экспериментальных исследований

5.5. Исследование нагруженности общего привода рабочих

органов зерноуборочного комбайна

5.6. Исследование нагруженности приводов рабочих

органов жатвенной части комбайна

5.7. Исследование нагруженности мотовила

5.8. Определение соотношений сил инерций, трения и

резания в режущем аппарате жатки

5.9. Исследования динамики момента на входном звене

привода режущего аппарата

5.10. Исследование нагруженности привода вентилятора ; очистки ЗУ К в возможных режимах его работы

5.11. Выводы по главе

6. Основы методологии автоматизации управления режимами

стендовых ресурсных испытаний элементов конструкции ЗУК

6.1. Вводные замечания

6.2. Обобщенная динамическая модель стенда

6.3. Дифференциальные уравнения малых движений

динамической системы стенда

6.4. Основные технические требования к автоматизированной

системе стендовых ресурсных испытаний

6.5. Обоснование функциональной схемы системы автоматизированного управления стендами

6.6. Выводы по главе

Общие выводы

Литература

Приложение

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика и нагруженность рабочих органов зерноуборочных комбайнов»

Введение

Надежность является одной из основных проблем машиностроения. Первостепенное значение ее в технике связано с тем, что уровень надежности в значительной степени определяет развитие техники по основным направлениям: автоматизации производства, интенсификации рабочих процессов, экономии материалов и энергии.

Для современных машин, в частности, сельскохозяйственных (зерноуборочных комбайнов, тракторов, машин для животноводства) характерны такие направления их развития, как автоматизация процессов контроля и управления, повышение рабочих параметров (скоростей, производительности) и энергонасыщенности, снижение удельных показателей (материалоемкости, расхода горючего), затраты в сфере эксплуатации. Например, до 1986 года основным зерноуборочным комбайном в стране был комбайн СК-5М "Нива", производительностью 7 т/час зерна и мощностью двигателя 100 л.с. С 1986 года ■ основным зерноуборочным комбайном становится комбайн Дон - 1500 , производительностью 11 т/час и мощностью двигателя 220 л.е., готовится производство роторного комбайна Дон-2600, производительностью 14 т/час и мощностью двигателя 280 л.с. и испытывается комбайн классической схемы Дон-1610 производительностью 14 т/час.

Простои по причине ненадежности зерноуборочных комбайнов влекут за собой убытки, связанные не только с расходами на устранение отказов, но и с потерями урожая из-за увеличения сроков их уборки. Поэтому убытки от одинакового времени простоя по причине ненадежности конструкции комбайна "Дон" существенно выше, чем комбайна "Нива".

Надежность - это свойство объекта сохранять во времени и установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение требуемых функций в заданных условиях эксплуатации.

Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность.

Сезонность сельскохозяйственных работ приводит к высокой интенсивности эксплуатации сельхозмашин в относительно кратковременный период. Возникает проблема длительного хранения в межсезонные интервалы.

Таким образом, надежность большинства сложных мобильных сельскохозяйственных машин определяется практически всеми перечисленными составляющими этого комплексного свойства.

Уровень технологического процесса производства и контроля деталей и сборочных единиц, качество технического обслуживания и условий хранения техники в сельском хозяйстве в среднем ниже, чем в других отраслях.

Из приведенного очевидно, что решение проблемы надежности сельхозмашин - это огромный резерв повышения производства сельскохозяйственной продукции. Поэтому обеспечение заданного уровня надежности конкретных типов сельхозмашин является одной из актуальных задач сельскохозяйственного машиностроения.

Зерноуборочный комбайн (в дальнейшем ЗУК) является сложным, мобильным сельскохозяйственным агрегатом, включающим в себя ряд уборочных, зерноочистительных машин, а также самоходное энергетическое средство [33; 63; 94], которые в некоторых вариантах их конструкции существуют как самостоятельные машины, либо в компановке с другими рабочими органами и энергосредствами образуют агрегаты новых назначений.

Поэтому выбор ЗУК в качестве объекта исследования позволяет применить полученные результаты, научных исследований и основанные на них рекомендации при выполнении работ по оценке надежности конструкции на стадии проектирования ряда других сельхозмашин, включающих в себя перечисленные составные части ЗУК.

Особенностью проблемы надежности является ее связь со всеми этапами жизненного цикла машины, начиная с момента формирования идеи создания машины, заканчивая принятием решения о ее списании. Однако основные решения по надежности машины закладываются на этапе ее проектирования (стадии разработок технического проекта и рабочей конструкторской документации) и непосредственно сказываются на ее эксплуатационные и экономические показатели. В то же время для выполнения работ по определению надежности элементов любой машины на этапе проектирования необходим определенный объем информации по характеру и величинам нагруженности этих элементов в машинах проектируемого класса.

Изложенное выше послужило основанием для выбора темы настоящей диссертационной работы. Она является развитием одного из направлений общей проблемы надежности сельхозмашин, решаемой коллективом преподавателей и научных сотрудников кафедр "Основы проектирования машин", "Теория машин и механизмов" и "Теоретическая механика" ДГТУ и специалистами ГСКБ ОАО "Ростсельмаш".

В настоящей работе представлены научные основы моделирования типовых блоков нагруженности рабочих органов ЗУК с учетом динамики технологического

процесса, являющихся исходной информацией для оценки надежности конструкции аналитическим или экспериментальным методами на этапе ее проектирования. При этом блок моделируется по одному из параметров нагруженности: силе, моменту, мощности.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методология статистического моделирования нагруженности рабочих органов зерноуборочных машин с учетом динамики технологического процесса.

2. Обоснование нормирующих параметров и средних значений показателей нагруженности основных рабочих органов ЗУК и их приводов.

3. Обоснование типовых блоков удельных нагруженностей рабочих органов и их приводов.

4. Синтез рациональной схемы механизма рабочего органа ЗУК с циклическим характером движения исполнительного звена.

5. Синтез рациональной структурной схемы автоматизированного управления системой стендов для ресурсных испытаний.

Данная диссертация является научным обобщением совместной работы, проводимой кафедрой "Теоретическая механика" и ГСКБ ОАО "Ростсельмаш" по темам: "Разработка системы сбора и обработки информации, получение экспресс-данных с помощью бортового процессора тензостанции"; "Разработка и монтаж системы управления режимами стендовых испытаний на базе микро-ЭВМ" в период с 1995 по 1997 годы.

1. Проблема обеспечения надежности зерноуборочных комбайнов на этапе проектирования

1.1. Структура работ по обеспечению надежности при проектировании машин

Сельхозмашину, в особенности такой сложности как ЗУК, можно представить как многоуровневую иерархическую структуру, приведенную в табл. 1.1. [13]. Каждый уровень иерархической структуры в общем случае состоит из совокупности оригинальных деталей с проектируемым уровнем надежности, а также ряда заимствованных и стандартных деталей, не подлежащих доработке по повышению их надежности (в случае доработки они входят в разряд оригинальных).

Таблица 1.1

Иерархическая структура

Уровень иерархии Элементы ЗУК

1. Изделие 2. Подсистема 3. Агрегаты 4. Сборочные единицы 5. Детали ЗУК в заданной комплектации Молотилка, жатка, копнитель, измельчитель, подборщик и др. ДВС, гидросистема, мост ведущих колес и др. Рабочие органы (молотильный барабан, соломотряс и др.), передачи, гидроагрегаты, несущая система (рама боковины, балки мостов и др.). Детали рабочих органов, передач несущих систем.

Обеспечение надежности сложной машины является многоэтапным процессом управления надежностью.

Современная теория надежности машин и конструкций различного назначения получила развитие в работах В.В. Болотина [10], В.И. Брауде [15], И.И. Воровича [18], А.П. Гусенкова [23], В.П. Когаева [37], Р.В. Кугеля [46],H.A. Махутова [53], C.B. Серенсена [76] и других отечественных ученых.

По вопросу управления надежностью имеется ряд научных исследований Р.В. Кугеля, A.C. Проникова, А.Н. Кубарева и др. [45;46;66], а также ряд руководящих нормативных материалов: ГОСТ 15467, ГОСТ 17341 [55; 75; 82].

Процесс управления надежностью можно разделить на следующие этапы [46;

1. Выбор номенклатуры и численных значений показателей надежности.

2. Нормирование ресурсов основных элементов конструкции исходя из заданной надежности и долговечности машины.

3. Конструкторское, расчетное, экспериментальное и технологическое обеспечение норм долговечности составляющих машины.

4. Испытания и доводка новых конструктивных решений до требуемого уровня надежности.

5. Разработка инструкций по эксплуатации, ремонту и контролю состояния машины.

6. Аттестация технического уровня машины.

7. Обеспечение стабильности и совершенствование технологии серийного производства машины.

8. Авторский контроль за эксплуатацией машины в типовых условиях.

9. Разработка стандартов по обеспечению надежности машины.

Из приведенного очевидно, что процесс управления надежностью машины касается большого комплекса вопросов в сфере конструирования, испытания, производства эксплуатации и совершается на протяжении всего ее жизненного цикла.

Жизненный цикл машины от начала проектирования до снятия с эксплуатации можно разделить на пять основных этапов: проектирование, доводка, производство, эксплуатация, ремонт.

Работы по обеспечению надежности на каждом этапе жизненного цикла характеризуются своими специфическими особенностями.

На этапе проектирования закладывается заданный уровень надежности машины в целом и оценивается надежность разработанных элементов.

Проводится оценка новых технических идей и конструктивных решений.

При этом проводятся исследовательские, сравнительные, лабораторно-полевые и стендовые испытания натурных образцов опытных конструкций или макетов. Этим испытаниям подвергаются все уровни иерархической структуры ЗУК. Принятые в результате комплекса работ на этапе проектирования решения составляют основу конструкции новой модели.

При испытаниях на этапе доводки проводится окончательная оценка конструкции и технологических решений, разрешающая постановку машины на производство. Основной метод прогнозирования надежности на этом этапе - это полевые заводские, ведомственные и приемочные испытания.

На этапе производства и эксплуатации проводятся контрольные и определительные испытания, в основном оценивающие качество производства и стабильность технологии изготовления, а также закономерность и достоверность

показателей надежности машины, спрогнозированной результатами расчетов и испытаний на этапе проектирования.

Ремонтные испытания для ЗУК сводятся к проверке ремонтопригодности конструкции и пригодности комбайна и его элементов к дальнейшей эксплуатации.

Основные решения по надежности, принятые на стадии проектирования, непосредственно влияют на эксплуатационные и экономические показатели машины. Академик А.Н. Туполев говорил: "Чем дальше от доски конструктора обнаруживается ненадежность, тем дороже она обходится."

Из изложенного следует, что основной и наиболее полный объем работ по обеспечению надежности конструкции должен быть выполнен на первом этапе жизненного цикла машины - этапе проектирования. При этом на этапе проектирования наиболее полно могут быть решены первые две составляющие надежности: безотказность и долговечность.

Структура работ по обеспечению надежности ЗУК практически вытекает из структурной схемы математической модели надежности (рис. 1.1).

IV {I)

} т

в (О

Рис. 1.1. Структурная схема математической модели надежности

Вектор Н(7) - число отказов во времени, обусловленное превышением выходных параметров X допустимых значений.

Изменение выходных параметров происходит в результате суммарного действия следующих факторов: Ж (() - вектор внешних воздействий (нагрузка от полезных и вредных сопротивлений, температура, влажность воздуха и др.); V (¿) -вектор дополнительных помех, вызванных отклонениями в процессе производства и эксплуатации; Вф- вектор эксплуатационных воздействий, приводящих к

уменьшению вредных влияний ряда факторов на изменение выходных параметров X (диагностика, регулировка, ремонт и др.).

Суммарное воздействие возмущающих факторов и отхлж иа ни/ выходных параметров могут быть выражены функционалом H(t) [1]:

H(t) = Q-[W(t),V(t),B(t)}, (1.1)

где Q- некоторый оператор в общем случае различного вида (интегральный, дифференциальный, нелинейный и т.д.).

Выражение 1.1 является общим видом математической модели надежности изделия.

Исследование надежности изделия состоит в том, чтобы по векторам W (t), V (/), B{t) определить вектор числа отказов H(t).

Таким образом, математическая модель надежности изделия - является результатом формализации описания процесса потери его работоспособности. Формализация и построение математической модели складывается из следующих этапов:

Описание Формализованная схема процесса Математиче екая

процесса модель

Описание процесса - сведения о физической природе протекающих процессов (старение, накопление усталости, износ, условия эксплуатации, результаты эксплуатационных испытаний).

Формализованная схема процесса - представление основных зависимостей (аналитически, графически или в виде таблиц) протекания процесса. Она полностью использует данные экспериментального исследования процесса.

Математическая модель - система соотношений, связывающих характеристики процесса и исходные показатели с его выходными параметрами.

Из приведенного следует, что для прогнозирования безотказности и долговечности на этапе проектирования (выходной параметр модели Н(0) необходим анализ особенностей конструкции, эксплуатации ЗУК, возможного спектра нагрузок на элементы конструкции и обусловленных отмеченным видов отказов (этап описания процесса), а также существующих методов оценки безотказности и долговечности (этап формализации схемы процесса).

1.2. Прогнозирование видов отказов элементов конструкции ЗУК

Особенности конструкции и эксплуатации зерноуборочных комбайнов обуславливают определенные виды отказов, вероятность появления которых должна быть прогнозирована при выполнении работ по обеспечению надежности их элементов.

К числу этик особенностей в первую очередь относятся:

1. Сложное функциональное назначение: комбайн должен отвечать требованиям, предъявляемым к самоходным машинам, и одновременно выполнять сложный технологический процесс по обмолоту и очистке убираемой культуры.

2. Разнообразие агрофонов и рельефов полей, на которых эксплуатируется зерноуборочный комбайн, обуславливают действие на элементы его конструкции широкого спектра статических и динамических нагрузок.

3. Ряд элементов конструкции, изготавливаемых из композитных материалов (приводные ремни, детали из полимерных материалов и др.), имеют срок службы, ограниченный их старением. Поэтому долговечность ряда из них меньше срока службы зерноуборочных комбайнов, равного 10 годам.

4. Неблагоприятные в большинстве случаев условия хранения ЗУК интенсифицируют процесс старения и каррозирования многих деталей.

Описанные выше особенности конструкции эксплуатации, хранения зерноуборочного комбайна и специфические особенности нагруженности его элементов [19; 20] являются причиной определенных видов отказов.

Обобщение данных об отказах, возникающих в процессе эксплуатации отечественных и зарубежных зерноуборочных комбайнов, показывает, что в совокупности в элементах конструкции ЗУК возникает большинство из характерных для машин видов отказов [21; 41].

Ниже приводится краткое описание возможных видов отказов и характерные случаи их проявления в конструкции ЗУК.

1. Запредельная упругая деформация. Несмотря на обратимость деформации выход ее за допустимые пределы может вызвать параметрические отказы (чрезмерное упругое закручивание торсионного вала подвески подбарабанья приведет к недомолоту колоса; прогиб спинки режущего аппарата ножа - к увеличению зазора между сегментом и противорезом и, как следствие, к некачественному срезу и др.).

2. Остаточная (пластическая) деформация, возникающая при достижении уровня напряжения в элементе конструкции предела текучести материала данного элемента. Этот вид отказа также характерен для конструкции ЗУК при статических и динамических перегрузках и вызывает отказы как функционирования (изгиб

консопей приводных валов, деформации рам адаптеров, ослабление болтовых соединений и др.), так и параметрические (прогиб планок деки, прогиб валов шнеков зерногруппы - к повышенному дроблению зерна и др.).

3. Контактные разрушения (смятие или бринеллирование) - характерный и распространенный вид отказов функционирования (выкрашивание дорожек колец и шариков шарикоподшипников, текучесть поверхностей контакта шпоночных и шлицевых соединений, трещины поверхностей контакта шестерен зубчатых зацеплений редукторов и др.).

4. Вязкое разрушение - разрушение после пластической деформации (скручивание приводных валов, срезание заклепок сегментов ножа режущего аппарата при перегрузках, срезание предохранительных штифтов).

5. Хрупкое разрушение - разрушение хрупких материалов без прохождения пластической зоны деформации (излом чугунных корпусов подшипников, термообработанных зубьев зубчатых колес, пружин и др.)

6. Усталостное разрушение - разрушение постепенное по развитию, но внезапное по проявлению, - наиболее характерный и тяжелый вид отказов, присущий мобильным сельхозмашинам, особенно такому сложному агрегату как ЗУК. Причина усталостного разрушения - недостаточная сопротивляемость циклически повторяющимся нагрузкам, превышающих допустимые по усталостной прочности, несмотря на то, что они намного ниже предельной несущей способности.

7. Коррозионное разрушение - разрушение вследствие коррозирования элементов поверхности конструкции. Зерноуборочному комбайну в силу особенностей технологии его изготовления, условий эксплуатации и хранения присущи многие виды коррозионного разрушения - химическая, электрохимическая, щелевая, точечная, биологическая (из-за хранения сельхозмашин в межсезонные сроки под открытым небом, плохого защитного слоя краски, некачественной консервации мест, предусмотренных правилами хранения машин).

8. Износ - постепенное изменение размеров детали вследствие удаления отдельных частиц с контактирующих поверхностей при их взаимном перемещении.

Износ может быть механико-адгезионный, абразивный, коррозионный, фреттинговый. Все эти виды износа имеют место в различных агрегатах зерноуборочного комбайна при его эксплуатации и хранении.

9. Фреттинг - процесс, происходящий на поверхности контакта двух твердых тел, прижатых друг к другу и совершающих циклически относительное перемещение малой амплитуды. В конструкции зерноуборочного комбайна

фреттинг проявляется в резьбовых соединениях, соединениях вал - ступица, подшипниках качения с малым углом поворота.

10. Разрушение при ударе - следствие динамического приложения нагрузки. В комбайнах такой вид разрушения встречается редко и может возникнуть лишь при авариях.

11. Ползучесть - реологический процесс, развивающийся во времени и проявляющийся в виде пластической деформации конструкции.

Процесс ползучести интенсифицируется с ростом нагрузок и температуры.

Ползучесть проявляется в ременных передачах, транспортертных лентах даже при нормальной внешней температуре в случае их пробуксовок, вызывающих резкий рост температуры на локальных участках.

12. Теплостойкость характеризует сохраняемость механических характеристик материала при росте температуры. Потеря функциональных качеств при росте температуры в конструкции ЗУК наблюдается у приводных клиновых ремней (особенно при буксовании передачи), пластин трения фрикционных предохранительных муфт, смазочных материалов шарикоподшипников.

1.3. Методы оценки и прогнозирования надежности сельскохозяйственных машин

Вопросу прогнозирования надежности изделий машиностроения посвящено ряд научных исследований, выполненных В.В. Болотиным, В.Я. Аниловичем, A.C. Прониковым, К.Н. Войнович, Р.В. Кугелем и др.[12; 67;66; 47; 17; 10; 93].

Развитию вопросов, связанных с надежностью тракторов, сельскохозяйственных машин и конструкций посвящены работы В.Я. Аниловича [67], Д.М. Беленького [9], Г.Г. Баловнева [58], Р.И. Бугло [58], Л.М. Грошева [25], С.С. Дмитриченко [31], В.А. Терликова [90], К.Н. Войновича [17] и др.

Прогнозирование надежности конструкции в инженерной практике проектирования машин выполняется по значениям ее показателей, полученным двумя основными методами:

- расчетным (аналитический);

- экспериментально-исследовательским (испытания).

Основы расчетов и экспериментальных исследований усталостной прочности элементов машины были заложены и разработаны C.B. Серенсеном, В.В. Болотиным, В.П. Когаевым, В. Вейбуллом [76; 11; 16; 36; 39; 77] и другими отечественными и зарубежными учеными.

К расчетному методу относятся расчеты нагрузочной способности (на прочность, жесткость, износостойкость, долговечность и др.), а также расчеты

надежности системы по известным показателям надежности составляющих элементов системы.

Экспериментально-исследовательский меТСД щредусмахрп&мет прощржу общих показателей надежности и ресурса путем проведения специально поставленных экспериментов, а также обобщение результатов длительной эксплуатации машины (или группы машин) в реальных условиях.

В инженерной практике объективно многие работы по оценке прочности или прогнозированию надежности выполняются путем взаимного дополнения аналитического и экспериментального методов, т.е. экспериментально-расчетное прогнозирование надежности.

1.3.1. Расчетный метод прогнозирования значений показателей надежности

Расчетный (аналитический) метод оценки надежности сельхозмашины состоит из двух видов расчета:

1. Расчет надежности или долговечности элемента конструкции по одному из критериев (жесткость, прочность, износостойкость и др.), либо двум-трем одновременно (например, сегмент режущего аппарата должен отвечать двум критериям: прочности и износостойкости).

2. Расчет надежности системы (со второй по пятую ступени иерархической структуры ЗУК).

Расчет надежности элемента сводится в общем случае к сопоставлению по отдельным критериям расчетных параметров с их предельными значениями: характеристиками прочности (пределом прочности, выносливости, текучести и др.), предельной нагрузкой, ресурсом, предельными перемещениями (упругими, износными, температурными), предельными частотами и амплитудами колебаний, динамической устойчивостью.

Значения предельных величин по перечисленным критериям приведены в нормативных справочниках, либо устанавливаются экспериментально.

Очевидно, что условием обеспечения работоспособности изделия является непревышение расчетного параметра критерия У его предельного значения У^. .

При выполнении расчетов с условием детерминированных величин У и ¥у1т прочность оценивается величиной коэффициента безопасности п [70].

— • (1.2)

Тогда из принятого условия прочности

у < _ша_ , л з)

и

В общем же случае каждя.я из величин 7 и Г,. может иметь большое

[А

рассеивание значений. Тогда в зависимости от принятого критерия надежности расчет приходится вести либо по средним, либо по наиболее неблагоприятным значениям 7. В таком случае истинное значение коэффициента безопасности п остается неизвестным.

При вероятностном методе расчета 7 и рассматриваются как

случайные величины и мерилом надежности является вероятность безотказной работы Р по заданному критерию.

Расчетное условие для обеспечения вероятности надежности 50% - это У - = 0 , а для обеспечения надежности с вероятностью

с-4)

где 7 и - средние значения величин 7 и ; 1

5 = + ~ сРеДнекваДРатическое отклонение величин 7 и ;

IIр - квантиль нормированного нормального распределения - функция от Р.

Физический смысл вероятностного расчета заключается в оценке вероятности одновременного попадания значений параметров 7 и У^. т в

заштрихованную зону, ограниченную кривыми плотности распределения этих параметров (рис. 1.2) [34].

Приведенные общие зависимости (1.2... 1.4) приемлемы для определения безотказной работы по разным критериям прочности. При этом для прогнозирования вероятности безотказной работы в случае стохастического характера расчетных параметров необходимо знать их статистические характеристики.

Относительно несложно эта задача решается для прогнозирования надежности элементов конструкций, в которых действуют постоянные напряжения, либо переменные, но по числу циклов не вызывающие опасений усталостного разрушения.

Однако подавляющее большинство типов сельскохозяйственных машин эксплуатируется в условиях изменяющихся во времени внешних нагрузок, а также внутренних - от инерционных сил подвижных звеньев, особенно в механизмах циклического действия, что приводит к необходимости исследования их усталостной прочности.

Заключение диссертации по теме «Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры», Далальянц, Армэн Ашотович

Общие выводы

На основе теоретического обобщения решена новая научная задача: обоснованы информационная база по нагруженности рабочих органов ЗУК и функциональная схема системы автоматического управления режимами стендовых ресурсных испытаний элементов его конструкции, что позволяет оценить и обеспечить заданный уровень надежности на стадии проектирования.

Решаются последовательно задачи разработки методологии статистического моделирования нагруженности рабочих органов с учетом динамики технологического процесса и повышения достоверности результатов ресурсных стендовых испытаний путем учета влияния динамики системы стенда на режимы испытания.

Решение задачи сокращает время и стоимость проектирования, снижает материалоемкость машины и повышает ее эффективность в эксплуатации.

При решении упомянутой задачи получены следующие основные результаты:

1. Впервые разработана методология моделирования типовых блоков удельной нагруженности рабочих органов уборочных сельхозмашин с учетом динамики технологического процесса.

2. На основании анализа энергетики технологических процессов, выполняемых однотипными рабочими органами ЗУК идентичной конструкции, но разной производительности обоснованы нормирующие параметры и средние значения удельных показателей нагруженности рабочих органов (см. табл. 3.8).

3. Определены функциональные зависимости между средними значениями нагруженности рабочих органов ЗУК заданной производительности и удельными значениями.

4. Впервые введено понятие коэффициента загруженности рабочего органа

К1 , позволившее представить спектор нагруженности каждого рабочего органа в виде интегральной кривой распределения коэффициента загруженности как случайной величины.

5. На базе результатов тензометрирования рабочих органов комбайна Дон-1500А в различных условиях эксплуатации построены интегральные кривые распределения коэффициентов загруженности основных рабочих органов ЗУК (рис.П1.П12) и структурное распределение (типовые блоки) их нагруженности (рис.П13.П24), приведенные в приложении 1.

6. Доминирующими по воздействию на усталостную прочность силами, возникающими в элементах механизма режущего аппарата ЗУК, являются силы инерции подвижных звеньев и трения в кинематических парах нож-прижимы, что допускает проведение стендовых ресурсных испытаний механизма привода режущего аппарата без имитации резания технологического продукта,

7. Анализ динамики приводов рабочих органов циклического действия ЗУК (режущего аппарата, транспортной доски, решетного стана) позволил определить рациональную по динамике нагруженности привода кинематическую схему механизма (сдвиг фаз движения масс исполнительных звеньев на угол © = ^).

8. Выполнен анализ динамики систем типовых стендов для ресурсных испытаний рабочих органов и элементов конструкции ЗУК, позволивший определить корректирующие параметры для каждого типа стенда, автоматическое управление которыми обеспечивает точность воспроизведения заданного блока нагрузок на объект испытаний.

9. Наиболее рациональной схемой системы автоматического управления ресурсными стендовыми испытаниями отдельных элементов, агрегатов и машин в целом для ЗУК является система управления одновременно несколькими стендами с обратной связью, в которой каждый стенд управляется отдельным устройством (см. рис.6.13).

10. Предлагаемая методология статистического моделирования удельной нагруженности рабочих органов с учетом динамики протекания технологического процесса может быть использована и для создания информационной базы нагруженности рабочих органов сельскохозяйственных машин другого назначения с учетом специфических особенностей их конструкции и работы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Далальянц, Армэн Ашотович, 1998 год

Литература

1. Агдамов Р.Н., Берехов М.М., Заляев И.А. Автоматизированные испытания в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1989. - 232 с.

2. Алферов С.А. Динамика зерноуборочного комбайна. - М.: Машиностроение, 1973.-256 с.

3. Алферов С.А. Исследование динамических процессов в приводах зернокомбайнов: Дис. д-ра техн.наук. - Ростов-на-Дону, 1975 - 345 с.

4. Алексеев Л.И. Синтез установившегося движения машин. Методические указания к разделу "Динамика машин". - Ростов-на-Дону: РИСХМ, - 1988. - 25 с.

5. Андросов A.A. Исследование эксплуатационной нагруженности несущих элементов зерноуборочных комбайнов повышенной производительности: |Дис. канд. техн. наук: 05.06.01. - Ростов на-Дону, 1981. - 213 с.

6. Артоболевский И.И., Эделыптейн В.В., Артоболевский С.И. Методы инерционного расчета типовых механизмов сельскохозяйственных машин. Теория,конструирование и производство сельхозмашин. - М.:Сельхозгиз, 1936. --/3 Ос.

7. Бак О. Проектирование и расчет вентиляторов. - М.: Углетехиздат, 1958. -364 с.

8. Бать М.И. Джанелидзе. . и др. Теоретическая механика в примерах и задачах, Т.2. М.: Изд. физико-математической литературы, 1961. - 623 с.

9. Беленький Д.М., Касьянов В.Е. Оценка эффективности повышения надежности выпускаемых машин. - Ростов-на-Дону: Изд. Сев.- Кавк. науч. центра высш. шк. Техн. науки, - 1982. - N4. - С.47-50.

10. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. - М.Машиностроение. 1990. -448 с.

11. Болотин В.В. Статистические методы в строительной механике. - М.: Стройиздат, 1965. - 279 с.

12. Болотин В.В.Прогнозирование ресурса машин и конструкций.- М.: Машиностроение, 1984. - 312 с.

13. Борисов B.C. Система методов и средств ресурсных стендовых испытаний элементов конструкций зерноуборочных комбайнов: Дис. канд. техн. наук: 05.20.04. - Ростов-на-Дону, 1996. - 151 с.

14. Блох З.Ш. Теория и расчет карданных передач. Расчет и проектирование деталей сельхозмашин. - М.: ГОНТИ, 1938. - С.143-217.

15. Брауде В.И., Семенов JI.H.Надежность подъемно-транспортных машин. -Tu Машиностроение, 1986. ~ 183 с.

16. Вейбулл В.Усталостные испытания и анализ результатов. МгМашиностроение, 1964. - 275 с.

17. Войнович К.Н.Прогнозирование надежности механических систем.- Л.: Машиностроение, 1978. - 208 с.

18. Ворович И.И., Устинов Ю.А. Современные проблемы оценки надежности конструкций и перспективы создания системы автоматизированного проектирования в сельскохозяйственном машиностроении. Конструирование и производство сельскохозяйственных машин: Тез.докл. Всесоюз. конф. - Ростов-на-Дону, 1985. - С.12-13.

19. Галаджев P.C., Андреев A.A. и др. Анализ нагруженности приводов и рабочих органов. - М.: Тракторы и с-х машины, 1993. - N2. - 30 с.

20. Галаджев P.C., Андреев Л.А. и др. Использование статистических моделей эксплуатационной нагруженности для повышения технического уровня приводов и рабочих органов с-х машин. - Ростов-на-Дону: Сб. Динамика узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин, РИСХМ, 1991. - С. 10-16.

21. Галаджев P.C., Далальянц А.Г. и др. Анализ предельных состояний типовых деталей сельскохозяйственных машин и способы прогнозирования их надежности. - Ростов-на-Дону: Сб. Динамика узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин. РИСХМ, 1991. - С.25-30.

22. Галаджева М.Р.Анализ и синтез стендов для натурных динамических испытаний узлов и деталей сельхозмашин.Дис. канд.техн.наук: 05.06.01. - Ростов-на-Дону, 1975.- 165 с.

23. Гусенков А.П. Прочность при изотермическом и неизотермическом цикловом нагружении. - М.: Наука, 1979. - 240 с.

24. Гриньков Ю.В. Основные принципы инженерного расчета упругих колебаний зерноуборочных комбайнов: Автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.06.01. -Волгоград, 1971.-41 с.

25. Грошев Л.М. Исследование динамики несущих систем зерноуборочных машин: Дис.... д-ра техн. наук: 05.06.01. - Ростов-на-Дону, 1974. - 370 с.

26. Готовцев A.A., Котенок И.П. Проектирование цепных передач. Справочник. - М.: Машиностроение, 1982. - 336 с.

27. ГОСТ 27.410-87. Методы контроля показателей надежности и планы контрольных испытаний на надежность.- М.:Изд.стандартов, 1987. - 100 с.

28. ГОСТ 25.101-83.Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов. -М.: Изд.стандартов, 1983. - 29 с.

29. ГОСТ 25.507-85. Методы испытаний на усталость при эксплуатационных режимах нагружения. Общие требования. - М.: Изд.стандартов, 1985. - 36 с.

30. Далальянц А.Г. Исследование динамики беспальцевых режущих аппаратов с двумя подвижными ножами. Дис. канд.техн.наук: 05.185.- Ростов-на-Дону, 1971. -154 с.

31. Дмитриченко С.С. Современные методы оценки надежности машин.- М.: Машиностроение, 1986. - 56 с.

32. Жаров В.П.Научные основы оптимизации колебательных систем мобильных сельскохозяйственных машин по их показателям качества: Автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.06.01. - Ростов-на-Дону, 1980. - 48 с.

33. Изаксон Х.И. Зерноуборочные комбайны "Нива" и "Колос". - М.: Колос, 1980.-416 с. ' '

34. Иосилевич Г.Б. Детали машин. - М.: Машиностроение, 1988. - 367 с.

35. Каплич A.B. Синтез параметров передач привода агрегатов уборочных сельхозмашин по динамическим критериям: Автореф. дис. канд. техн. наук: 01.02.06. - Ростов-на-Дону, 1998. - 22 с.

36. Когаев В.П. Статистические закономерности усталости металлов. Автореф. дис. ... д-ра техн.наук. М.: ИМАШ, 1968. - 55 с.

37. Когаев В.П., Махутов H.A., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность. - М.: Машиностроение, 1985. - 223 с.

38. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин. -М.: Высшая школа, 1991. - 319 с.

39. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. - М.: Машиностроение, 1977. - 232 с.

40. Коган В.А.Изыскание путей снижения вредных акустических явлений при пневмотранспортировании незерновой части урожая на мобильных сельхозмашинах: Дис.... к-татехн. наук: 05.20.01. Ростов-на-Дону, 1987.-154 с.

41. Коллинз Дж. Повреждение материалов и конструкций. Анализ, предсказание, предотвращение. - М.: Машиностроение, 1978. - 691 с.

42. Концепция развития механизации уборки зерновых культур на период до 2005 г. - М. : ВИМ, 1994. - 69 с.

43. Конюшков E.H. Исследование условий работы и обоснование кинематических параметров режущих аппаратов селекционных зерноуборочных машин: Автореф. канд. техн. наук: 06.09. - М., 1969. - 21 с.

44. Кузьмин А.В.,Чернин И.М., Кузнецов Б.С. Расчеты деталей машин на прочность. Справочное пособие. - Минск: Высшая школа, 1986. - 402 с.

45. Кубарев А.Н. Надежность в машиностроении.- М.: Изд. стандартов, 1989. -225 с.

46. Кугель Р.В. Надежность машин массового производства. - М.: Машиностроение, 1981. - 244 с .

47. Кугель Р.В.Испытания на надежность машин и их элементов.- М.: Машиностроение, 1982.-191с.

48. Левитская О.Н., Левитский Н.И.Курс теории механизмов и машин.- М.: Высшая школа, 1985. - 279 с.

49. Левитанус А.Д. Ускоренные испытания тракторов, их узлов и агрегатов. -М.: Машиностроение, 1973. - 208 с.

1

50. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины. Теория, расчет, проектирование и испытания. - М.: Л. Изд. сельскохозяйств. литературы, 1955. -759 с.

51. Липкович Э.И. Процессы обмолота и сепарации в молотильных аппаратах зерноуборочных комбайнов. Зерноград: ВНИИТИМЭСХ, 1973. -165 с.

52. Литвак В.И. Автоматизация усталостных испытаний натурных конструкций. - М.: Машиностроение, 1972. - 388 с.

53. Махутов H.A. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкции на прочность. - М.: Машиностроение, 1981. - 272 с.

54. Методические указания по статистическому моделированию нагруженности приводов и механизмов зерноуборочных комбайнов. - Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1990. - 134 с.

55. Методические указания по информационному обеспечению системы управления качеством продукции на базе стандартизации. - М.: Изд. стандартов, 1975.-46 с.

56. МУ 02.257521.238-94.Методические указания для проведения стендовых ресурсных испытаний деталей, сборочных единиц и агрегатов сельскохозяйственных машин. - Ростов-на-Дону, ДГТУ, 1994. - 33 с.

57. Мещеряков И.К., Далальянц А.Г., Любченко А.Н.Пути уравновешивания механизмов очистки зерноуборочных комбайнов. - Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 199

58. Основы теории и расчета сельскохозяйственных машин на прочность и надежность под ред. П.М.Волкова, М.М.Тененбаума.- М.: Машиностроение, 1977. -310 с.

59. ОСТ 23.2.25-81. Комбайны зерноуборочные. Предварительные испытания. Оценка ресурса. - М.: ВИСХОМ, 1981. - 65 с.

60. ОСТ 23.2.156-86. Машины сельскохозяйственные. Ускоренные испытания на надежность. - М.: ВИСХОМ, 1987. - 52 с.

61. ОСТ 70.8.1-81. Испытание сельскохозяйственной техники. Машины зерноуборочные. Программа и методика испытаний. - М.: Изд. стандартов, 1981. -196 с.

62. Паспорт нагруженности приводов рабочих органов комбайнов семейства "Дон". Отчет по научной работе РИСХМа. - Ростов-на-Дону, 1989. - 152 с.

63. Песков Ю.А., Мещеряков И.К. и др. Зерноуборочные комбайны "Дон". -М.: Агропромиздат, 1986. - 332с.

64. Полушкин O.A. Научные основы нормирования точности исполнения агрегатов сельхозмашин на базе моделирования их динамики и процесса функционирования: Автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.06.01. - Ростов-на-Дону, 1981. - 22 с.

65. Попов В.А. Демпфер к режущему аппарату. A.c. кл.45с20.02.116487.

66. Проников A.C. Надежность машин. - М.: Мир, 1984. - 624 с.

67. Прогнозирование надежности тракторов, под ред. Аниловича В .Я,- М.: Машиностроение, 1986. - 223 с.

68. Радин В.В. Динамика и оптимизация процессов в приводах зерноуборочных комбайнов: Автореф. дис. д-ра техн. наук. - Ростов-на-Дону, 1991. -57 с.

69. Редукторы и мотор-редукторы общемашиностроительного применения. Справочник. - М.: Машиностроение, 1984. - 247 с.

70. Решетов Д.Н., Иванов A.C., Фадеев В.В. Надежность машин. - М: Высшая школа, 1988.-238 с.

71. Решетов Д.Н. Детали машин. - М.: Машиностроение, 1989. - 406 с.

72. РД 50-686-89. Методы ускоренных испытаний на усталость для оценки пределов выносливости материалов, элементов машин и конструкций. - М.: Госкомитет по управлению качеством продукции и стандартам, 1989. - 25 с.

73. РД 50-95-88. Рекомендации. Обеспечение износостойкости изделия. - М.: Изд.стандартов, 1988. - 24 с.

74. РТМ 23.2.48-75. Методика ресурсных стендовых испытаний на усталость деталей и узлов сельскохозяйственных машин. - М.: - 99 с.

75. Сборник нормативно-технических документов по оценке уровня качества продукции. -М.: Изд.стандартов, 1975. - 92 с.

76. Серенсен C.B., Когаев В.П., Шнейдерович Р.М. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. - М.: Машиностроение, 1975. - 488 с.

77. Серенсен C.B., Когаев В.П. Долговечность деталей машин с учетом вероятности разрушения при нестационарной переменной нагруженности. - М.: Вестник машиностроения, 1966. - N1.

78. Серенсен C.B., Гафт М.Э., Кузьменко В.А. Динамика машин для испытаний на усталость. - М.: Машиностроение, 1967. - 460 с.

79. Серенсен C.B., Гафт М.Э., Козлов А.А. Машины для испытаний на усталость. - М.: Машгиз, 1957. - 404 с.

80. Сельскохозяйственные машины. Теория и технологический расчет, под ред. Турбина Б.Г. - Л.: Машиностроение, 1967. - 575 с.

81. Серый Г.Ф, Косилов Н.И, Ярмашев Ю.Н, Русанов А.И. Зерноуборочные комбайны. - М.: Агропромиздат, 1986. - 241 с.

82. Система качества. Сборник нормативно-методических документов. - М.: Изд.стандартов, 1989. - 113 с.

83. Спиченков В.В. Проектирование несущих конструкций зерноуборочных машин с заданным уровнем надежности: Дис. д-ра техн. наук: 05.20.04. - Ростов-на-Дону, 1988. - 464 с.

84. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин, т.2, под ред. Клецкина М.М. - М.: Машиностроение, 1967. - 830 с.

85. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин, т.З, под ред. Клецкина М.М. - М.: Машиностроение, 1969. - 743 с.

86. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин, т.1, под ред. Клецкина М.М. - М.: Машиностроение, 1967. - 712 с.

87. СТП 02.37521.229-91. Методика построения блоков программного нагружения составных частей машин для ресурсных стендовых испытаний и расчетов. - Ростов-на-Дону: ОАО "Ростсельмаш", 1992. - 62 с.

88. Теория проектирования и расчета сельскохозяйственных машин, под ред. Е.С.Босого. - М.: Машиностроение, 1977. - 568 с.

89. Теория механизмов и машин, под ред. К.П. Фролова. - М: Высшая школа, 1987.-496 с.

90. Терликов В.А. Теоретические основы инженерных методов расчета и экспериментальные исследования эксплуатационной нагруженности

металлоконструкций самоходных сельскохозяйственных машин: Дис. д-ра техн. наук: 05.06.01. - Ростов-на-Дону, 1973. - 394 с.

91. Турбин Б.Г. Вентиляторы сельскохозяйственных машин. - Д.: Машиностроение, 1968. - 154 с.

92. Филиппов А.Г., Фрейдзон Н.Р. и др.Мини и микро-ЭВМ в управлении промышленными объектами. - Л.: Машиностроение, 1984. - 336 с.

93. Хазов Б.Ф., Дидусев Б.А. Справочник по расчету надежности машин на стадии проектирования. - М.: Машиностроение, 1986. - 224 с.

94. Шаткус Д.И. Зерноуборочный комбайн "Енисей". - М.: Агропромиздат, 1986.- 332 с.