ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА

ШУШЛЯПІН СЕРГІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ

УДК 631.372: 629.114.2

ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ ДІАГНОСТУВАННЯ АГРЕГАТІВ ТРАНСМІСІЇ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ ТЕХНІКИ

05.05.11 – Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті сільського господарства Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник:

- Заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Лебедєв Анатолій Тихонович, завідувач кафедрою “Трактори і автомобілі”, Харківський державний технічний університет сільського господарства.

Офіційні опоненти:

- Заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Александров Євген Євгенович, завідувач кафедрою "Колісні та гусеничні машини", Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”;

- кандидат технічних наук Ремарчук Микола Парфенійович, доцент кафедри "Будівельно-дорожні машини", Харківський національний автомобільно-дорожній університет.

Провідна установа: - Кіровоградський державний технічний університет Міністерства освіти і науки України (м. Кіровоград).

Захист відбудеться 10.04.2003 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.832.01 в Харківському державному технічному університеті сільського господарства за адресою: 61002, м. Харків – 2, вул. Артема, 44.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського державного технічного університету сільського господарства за адресою: 61002, м. Харків – 2, вул. Артема, 44.

Автореферат розісланий 04.03.2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, д.т.н. О.Д. Черенков

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Енергетика орного агрегату, який складається з гусеничного трактора та плуга, що є основою сільськогосподарських технологічних комплексів та займає відоме місце в агропромисловому виробництві України. При цьому на частку енергонасичених тракторів загального призначення приходиться виконання найбільш енергоємних технологічних операцій в рослинництві і кормовиробництві.

Структура тракторного парку України включає біля 70 % машин, що знаходяться в експлуатації більше 7 років. Технічний стан тракторів (напрацювання на відмову не більш 100 годин, необхідність ремонту більше за 60 % і т. ін.) свідчить про необхідність вдосконалення методів і засобів їх технічного обслуговування і ремонту. При цьому найбільш актуальні питання відносяться до

зниження трудомісткості і підвищення достовірності діагностування найбільш складних агрегатів, зокрема гідроприводів коробок передач сільськогосподарських гусеничних тракторів типу Т-150. Кількість таких типів тракторів на Україні складає біля 10 тис. шт., які відпрацювали амортизаційний термін експлуатації і вимагають ремонту.

Достовірність діагностування, що забезпечує отримання повної інформації про стан та несправності трактора, багато в чому визначає його працездатність. Питання стосовно гідроприводу коробки передач сільськогосподарського гусеничного трактору з перемиканням передач без розриву потоку потужності не розглядалося дослідниками, але воно є важливим. Тому в даній роботі поставлена задача розробити нову концепцію взаємозв'язку точності діагностування і працездатності гідроприводу коробки передач на цій основі.

Актуальність теми. Одним з основних напрямів ефективності сільськогосподарського виробництва України є підвищення працездатності технологічних комплексів при виконанні технологічних операцій. При цьому ефективність використання тракторних агрегатів в значній мірі визначається працездатністю його систем, зокрема гідроприводу коробки передач трактора типу Т-150.

Розробка нових способів і засобів діагностування гідроприводу трактора з перемиканням передач без розриву потоку потужності, які відрізняються підвищеною достовірністю, є актуальною задачею ресурсозбереження сільськогосподарського виробництва України.

Зв'язок роботи з науковими програмами і темами. Дослідження вирішують задачу ресурсозбереження технологічних процесів сільськогосподарського виробництва і направлені на реалізацію Державної програми "Виробництво технологічних комплексів машин і обладнання для агропромислового комплексу у період 1998-2005 роки", розробленої згідно з постановою Кабінету Міністрів України від 1 грудня 1997 року "Про розвиток сільськогосподарського машинобудування та забезпечення агропромислового комплексу конкурентноспроможною технікою".

Робота є складовою частиною тематики наукових досліджень з діагностування тракторів, що проводяться в Харківському державному технічному університеті сільського господарства (розділ 2 "Енергетичні і транспортні засоби").

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення якості та достовірності діагностування працездатності трансмісії сільськогосподарського гусеничного трактора з перемиканням передач без розриву потоку потужності на основі отримання даних про динамічні параметри гідроприводу.

Для досягнення поставленої мети визначені такі задачі дослідження:

- обґрунтувати функціональну значимість параметрів гідроприводу коробки передач сільськогосподарського гусеничного трактора. На їх основі визначити діагностичні параметри;

- виконати кінематичний і силовий аналіз трансмісії сільськогосподарського гусеничного трактора в складі орного агрегату при несправностях гідроприводу коробки передач;

- оцінити чутливість динамічних характеристик гідроприводу коробки передач до зміни технічного стану гідроагрегатів для обґрунтування нових способів і засобів його діагностування без демонтажу гідроагрегатів;

- обґрунтувати зв'язок параметрів діагностування і працездатності гідроприводу коробки передач сільськогосподарського трактора;

- розробити і виготувати дослідний зразок пристрою для динамічного методу діагностування гідроприводу коробки передач сільськогосподарського гусеничного трактора і провести його лабораторні і експлуатаційні випробування;

- проаналізувати ефективність практичного використання нової технології діагностування трансмісії гусеничного трактора.

Об'єкт дослідження – процес оцінки працездатності трансмісії мобільної сільськогосподарської техніки.

Предмет дослідження – підвищення точності діагностування агрегатів трансмісії трактора в складі орного агрегату.

Методи дослідження. У роботі використовуються аналітичні і експериментальні методи дослідження, що базуються на принципах системного аналізу і використання основних положень планування експериментів, теорії автоматичного керування, методах чисельного аналізу, теорії імовірностей і математичної статистики з використанням ЕОМ. Експериментальні дослідження проведені на натурних стендах і на тракторах в умовах сільськогосподарського виробництва.

Наукова новизна результатів дослідження полягає в такому:

- обґрунтовані нові напрямки з оцінки закономірностей працездатності гідроприводу коробки передач сільськогосподарського гусеничного трактора при несправностях, які, на відміну від відомих, враховують вплив на працездатність нестабільності динамічних процесів при перемиканні передач;

- запропонований новий спосіб діагностування гідроприводу коробки передач, заснований на аналізі перехідних процесів гідроприводу при перемиканні передач. Це дозволяє визначити без демонтажу гідроагрегатів несправності гідроприводу, в тому числі розрив потоку потужності, нестабільність силових потоків по бортах трактора;

- визначені нові закономірності взаємозв'язку діагностування і працездатності гідроприводу коробки передач, що враховують втрату стійкості руху орного агрегату при несправностях короткочасної і тривалої дії.

Практичне значення отриманих результатів полягає в запропонованому способі діагностуванні гідроприводу коробки передач гусеничного трактора, який використовується в складі орного агрегату у сільськогосподарському виробництві, і в розроблених на його основі засобів діагностування. Реалізація розробок виконана на Мелітопольському заводі гідроагрегатів та на підприємствах "Агротехсервіс" Харківської області. Це дозволило скоротити в експлуатації простої тракторів типу Т-150-05 на 3 – 5 %, знизити трудомісткість одного діагностування гідроприводу коробки передач з 0,85 до 0,25 чол. - год., забезпечити економію робочої рідини на 2,5 кг за цикл технічного обслуговування одного трактора.

Розроблені практичні рекомендації щодо використання результатів дослідження включають крім номінальних, граничні значення параметрів гідроприводу коробки передач сільськогосподарського гусеничного трактора, дотримання яких забезпечує його працездатність.

Особистий внесок здобувача. Автором розроблені методичні положення для всього комплексу теоретичних і експериментальних досліджень з оцінки взаємозв'язку діагностування і працездатності гідроприводу коробки передач сільськогосподарського гусеничного трактора з перемиканням передач без розриву потоку потужності. Крім того:

- розроблені моделі стійкості руху орного агрегату при несправностях гідроприводу коробки передач, які лягли в основу узагальненого критерію інформативності діагностичних параметрів, що є універсальним при оцінці працездатності різних гідроагрегатів;

- запропоновано спосіб діагностування гідроприводу коробки передач сільськогосподарського трактора, який відрізняється від відомих максимальною інформативністю, і на його основі розроблені нові засоби діагностування, за допомогою яких оцінено вплив технічного стану гідроагрегатів на динамічні параметри гідроприводу;

- розроблено алгоритм діагностування гідроприводу коробки передач і на його основі запропонована ресурсозберігаюча технологія діагностування. За допомогою даної технології доведена перспективність діагностування гідроприводів за оцінкою їх динамічних параметрів.

Апробація результатів дослідження. Матеріали дисертаційної роботи докладалися на міжнародному симпозіумі з сільгоспмашинобудування (м. Харків, УкрНДІСГОМ, 1994 р.), республіканській науково-технічної конференції "Розвиток тракторобудування України в період 1999-2005 рр." (м. Харків, 1998 р.), науково-практичній конференції "Теорія і практика розробки колісних і гусеничних машин спеціального призначення" (м. Алушта, 2000 р.), міжнародних конференціях, а також на науково-технічних радах ХТЗ і ХЗТСШ (1990, 1999 рр.), наукових конференціях професорсько-викладацького складу, наукових працівників і аспірантів ХДТУСГ (1990, 2001 рр.).

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи опубліковані в 10 друкарських роботах спеціалізованих видань, в тому числі 4 роботи опубліковані самостійно.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, основного змісту, використаної літератури з 95 найменувань. Загальний об'єм роботи 176 с., в тому числі 144 с. основного тексту, 56 рис., 11 табл. і 6 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, формулюється наукова проблема, яка досліджується. Освітлюється зв'язок роботи з програмами, планами і темами НДР, формулюється мета і наукові задачі дослідження, рішення яких забезпечує досягнення поставленої мети; відображається наукова новизна і практичне значення отриманих результатів; приведена інформація з випробування результатів дослідження; надається перелік робіт, опублікованих за темою дисертації.

У першому розділі виконаний аналіз літератури з діагностування сільськогосподарської техніки, який показав, що тема досліджень в даному напрямку актуальна для економіки України. Для тракторів загального призначення з трансмісією з перемиканням передач без розриву потоку потужності особливе значення має стабільність функціонування гідроприводу керування. Це забезпечує перемикання передач в проміжках часу 0,8?1,2 с. При досягненні граничного значення параметрів технічного стану порушується якість перехідного процесу перемикання передач, що призводить або до розриву потоку потужності, або до одночасного включення двох передач. Дані несправності відомими способами і засобами діагностування тракторів не визначаються.

Проблемами діагностування сільськогосподарської техніки плідно займалися Бельських В.І., Гром-Мазничевський Л.І., Ждановський Н.С., Змановський В.А., Іофінов С.А., Колчін А.В., Мігаль В.Д., Міхлин В.М., Терських І.П., Топілін Г.Е. та інші дослідники. Нові способи та засоби діагностування гідроприводів тракторів, будівельно-шляхових машин відображені в роботах Алексеєвої Т.В., Іванова А.С., Лебедєва А.Т., Макарова Р.А., Палагути В.І., Ремарчука М.П., Стаценко А.О., Черейського П.М., Харазова А.М. та інших фахівців.

Результати досліджень, опубліковані в літературі, в напрямі діагностування сільськогосподарської техніки відносяться в основному до розробки нових способів і засобів, які не розглядають вплив ряду параметрів на діагностування на працездатність гідроприводу. Для гідроприводів тракторів, які працюють у складі орних агрегатів, дослідження за оцінкою впливу несправностей на працездатність були виконані стосовно до рульового керування. При цьому працездатність трактора оцінена за критерієм стійкості прямолінійного руху. Для гусеничних тракторів досліджень в напрямку впливу технічного стану гідроприводу коробки передач на стійкість руху не проводилося, хоч необхідність подібних досліджень відзначена в ряді робіт.

Таким чином, постановка і рішення задач дослідження в напрямку підвищення достовірності діагностування гідроприводу коробки передач і працездатності гусеничного трактора є новими для сільськогосподарського виробництва.

У другому розділі обґрунтовано спосіб діагностування гідроприводу трансмісії гусеничного трактора, заснований на аналізі перехідних процесів гідроприводу коробки передач при різному технічному стані гідроагрегатів. Істотною відмінністю розробленого способу діагностування гідроприводу від відомих є його універсальність, бо за даним способом надається можливість діагностування гідроприводів, перехідні процеси яких не описуються типовими динамічними ланцюгами. Розроблений спосіб відрізняється підвищеною достовірністю діагностування, оскільки дозволяє без демонтажу гідроагрегатів виявляти можливі несправності гідроприводу, в тому числі розрив потоку потужності при перемиканні передач, одночасне включення двох передач, нестабільність силових потоків по бортах гусеничного трактора.

Принцип роботи гідроприводу коробки передач трактора з переключенням передач без розриву потоку потужності заснований на порівнянні тиску рідини у передачах, що вмикаються і вимикаються. При функціонуванні такого гідроприводу розглядаються контури циркуляції робочої рідини при перемиканні передач (рис. 1).

Рис. 1. Основні контури функціонування гідроприводу коробки передач гусеничного трактора: Qн, Qа – джерела витрат: об'ємний насос, гідроакумулятор; Рц1, Рц2, Рс – джерела тиску: гідроциліндр вмикаємої та вимикаємої передач, гідродросель на зливі; a, b, c – розгалуження витрат рідини по контурах; a', b', c' – порівняння витрат рідини на зливі контурів; … – контури; , – правий та лівий борти трактора.

Гідропривід коробки передач з перемиканням без розриву потоку потужності правого та лівого бортів трактора містить п'ять основних контурів, що включають два джерела витрат (Qн, Qк - об'ємний насос, гідроакумулятор) і три агрегати тиску рідини (Рц1, Рц2, Рс - гідроциліндри передач, що вмикаються і вимикаються, гідродросель на зливі). У даній схемі гідроприводу контур 1 характеризує циркуляцію рідини при сталому режимі його роботи від джерела витрати Qн на злив через гідроагрегат тиску Рс, контур 2 - наповнення рідиною гідроциліндру вмикаємої передачі (весь потік рідини прямує до джерела тиску Рц1), контур 3 - циркуляцію рідини одночасно по контурах 1 і 2 (наповнення рідиною гідроциліндра передачі Рц1, що вмикається при одночасному зливі частини рідини через переливний гідроклапан). По контуру 4 циркулює рідина від гідроакумулятора Qк до гідроциліндру вимикаємої передачі Рц2, що вимикається. По контуру 5 рідина одночасно циркулює від об'ємного насоса Qн до гідроциліндра вмикаємої передачі Рц1, що вмикається, і від гідроакумулятора Qк до гідроциліндру вимикаємої передачі Рц2, яка вимикається.

При відсутності в гідроприводі коробки передач гідроакумулятора його функцію виконують переливні гідроклапани, які забезпечують циркуляцію робочої рідини по контурах 4 і 5 при зміні режиму роботи гідроприводу.

Динамічні параметри гідроприводу оцінені за передавальними функціями контурів при обліку основних несправностей: розрив потоку потужності, одночасне вмикання двох передач, “заїдання” золотника переливного гідроклапану, витоку рідини в гідророзподільнику перемикання передач, знос, викривлення дисків гідропідтискних муфт. При цьому в основу поставлено аналіз параметрів передавальних функцій об'ємного насоса Wн(S), переливного гідроклапану Wrк(S), гідророзподільника Wг(S) і гідрофільтра Wф(S):

(1)

де , в - коефіцієнти витрат рідини в насосі й гідророзподільнику;

nг, nф - кількість дроселювальних щілин в гідророзподільнику і фільтруючих секцій фільтра; Кн, К3 - коефіцієнти посилення; Тун, …, Тф - постійні часу.

Експериментально доведено, що параметри передавальних функцій змінюються з підвищенням напрацювання трактора (табл. 1).

Таблиця 1.

Зміна параметрів передавальних функцій гідроагрегатів гідроприводу коробки передач трактора Т-150-05 (робоча рідина - М10Г2, t – 323 К, Рн - 1,05 МПа)

Параметр | Наробітка, м.год.

100 | 2000 | 4000 | 6000 | 8000

Об'ємний насос

rн | 8,1 | 7,0 | 6,8 | 4,9 | 3,2

Тун, с | 0,065 | 0,073 | 0,081 | 0,092 | 0,099

Трн, с | 0,036 | 0,044 | 0,047 | 0,050 | 0,061

Переливний гідроклапан

Кз | 0,71 | 0,68 | 0,64 | 0,61 | 0,57

Тк2, с | 0,044 | 0,051 | 0,055 | 0,058 | 0,061

Тк1, с | 0,016 | 0,024 | 0,033 | 0,041 | 0,045

Гідророзподільник

Тд, с | 0,027 | 0,040 | 0,056 | 0,083 | 0,095

Гідрофільтр

Тф, с | 0,045 | 0,054 | 0,068 | 0,084 | 0,095

Доведено, що для гідроприводу трансмісії гусеничного трактора з перемиканням передач без розриву потоку потужності найбільш істотні несправності зумовлені підвищеними витоками рідини (імовірність Рдж = 0,20) і нерівномірністю передачі крутного моменту по бортах трактора (імовірність Рнм = 0,18). Найбільш значимим функціональним параметром, що впливає на працездатність трактора, є тривалість перекриття та розрив потоку потужності при перемиканні передач (імовірність Рпр = 0,30).

Аналіз параметрів перехідного процесу гідроприводу трансмісії гусеничного трактора при несправностях дозволив довести наступне твердження: для монотонних перехідних процесів реального yn = у(t, ?) та еталонного уэ = у(t, 0) відхилення параметра ?, що характеризує технічний стан гідроприводу, визначається величиною і напрямом відхилення центра ваги площі Yn = ?08yn (t)dt від площі Yэ = ?08yэ (t)dt по бортах трактора.

За даним твердженням обґрунтовано спосіб діагностування гідроприводу коробки передач:

Спосіб діагностування гідроприводу трансмісії гусеничного трактора, заснований на оцінці тиску рідини і часу перехідного процесу при рівності тиску у передачах, що вмикаються і вимикаються, по бортах трактора.

На основі даного способу діагностування запропоновано алгоритм пошуку несправностей гідроприводу коробки передач гусеничного трактора, в основі якого лежить відношення часу пошуку несправності (tн) до імовірності її виникнення (рн), тобто tн/рн. Відповідно до даного алгоритму процедура пошуку несправностей гідроприводу трансмісії гусеничного трактора, що відповідає мінімальному відношенню tн/рн, повинна починатися з контролю тривалості одночасного включення двох передач (tн/рн = 0,30) і закінчуватися перевіркою зносу і викривлення дисків гідропідтискних муфт (tн/рн = 0,93).

У третьому розділі вирішуються задачі підвищення точності діагностування гідроприводу трактора у взаємозв'язку з працездатністю орного агрегату, що оцінюється за критерієм стійкості прямолінійного руху. Обґрунтовано, що втрата стійкості прямолінійного руху можлива при порушенні рівності потужності, що підводиться по бортах трактора, та слідством зниженого тиску рідини на одному з бортів і розриву потоку потужності при перемиканні передач.

При зниженому тиску рідини в гідроприводі передача потужності до одного з бортів здійснюється при прослизанні фрикціонів. У цьому випадку можна розглядати передачу потужності від двигуна трактора до колісних передач по двох кінематично пов'язаних між собою віткам, причому одна з них (забігаючий борт) передає потужність відповідно до передавального відношення передачі, що вмикається, друга вітка (відстаючий борт) - передача потужності зменшується безступінчасто в залежності від інтенсивності буксування фрикціону (рис. 2).

Рис. 2. Структурна схема гусеничного трактора при зниженому тиску рідини в гідроприводі керування коробки передач одного борта: Д - двигун; СМ, БМ - борт трактора при ступінчастій і безступінчастій (прослизання фрикціонів) передачі потужності, ДМ - диференціальний механізм з ланцюгами С і Б; КПп, КПл - кінцеві передачі правого і лівого бортів з ланцюгами ХС і ХБ; NС, NБ - потужність;?д - кутова швидкість колінчастого вала двигуна.

При даній структурній схемі відведенні орного агрегату, наприклад, праворуч, отримане силове передавальне число (i'дх) і силовий ККД (з'дх) трансмісії:

(2)

(3)

де ; - відповідно передаточні відношення і ККД відповідних ланцюгів; - параметр керування.

Точність діагностування гідроприводу коробки передач оцінена за функціональними зв'язками між структурними і діагностичними параметрами. Відповідно до вимог ИСОС (міжнародна система допусків і посадок) гранична абсолютна похибка (Да) і клас точності (д) оцінені як:

(4)

де Иа, Па - граничне відхилення і значення параметра, що вимірюється.

При приведенні i-го структурного і j-го діагностичних параметрів до однойменних одиниць вимірювання похибка записується у вигляді:

(5)

де – зміна і-го структурного параметру в кожній r-тій групі агрегатів, що діагностуються; mi - граничне відхилення і-го структурного параметру; (ц)n міра точності діагностування; n – коефіцієнт, що характеризує точність діагностування.

Встановлені граничні значення втрати тиску рідини, при яких порушується стійкість руху трактора за рахунок нерівномірного зносу вторинних валів гвв = 14%, золотників гідророзподільників гвв = 46% і регулювання гідроклапанів грг = 40%. Для даного випадку відносні похибки в оцінці станів золотників гідророзподільників (дзг), порушення регулювання гідроклапанів (дрг) і зносу вторинних валів (двв) за результатами вимірювання тиску рідини в гідроциліндрі передачі, що вмикаються, будуть: дзг = 1,21%, дрг = 4,9%, двв = 0,64%.

Таким чином, функція дij є мірою точності параметра, що вимірюється.

У четвертому розділі приведена програма і методика експериментальних досліджень.

Оцінка точності діагностування і працездатність гідроприводу трансмісії гусеничного трактора з перемиканням передач без розриву потоку потужності проведена в лабораторних умовах і при виконанні трактором Т-150-05 орних робіт.

Програма лабораторних досліджень передбачала проведення оцінок впливу технічного стану гідроагрегатів на параметри перехідного процесу для обґрунтування способу діагностування. Експлуатаційні дослідження - оцінювали стійкість руху трактора на оранці при різних несправностях гідроприводу для обґрунтування взаємозв'язку точності діагностування гідроприводу коробки передач і працездатності трактора.

Лабораторні дослідження виконані на стенді, зібраного з двигуна внутрішнього згоряння і агрегатів трансмісії трактора Т-150-05. Для оцінки впливу технічного стану гідроагрегатів на параметри перехідного процесу гідроприводу при перемиканні передач розроблений комплекс вимірювальних приладів і пристроїв для їх діагностування.

Експлуатаційні дослідження проведені при виконанні трактором Т-150-05 орних робіт (плуг ПЛН-5-35, вогкість ґрунту 18-20%, глибина обробки 25-27 см). При цьому моделювали відведення трактора праворуч-ліворуч шляхом підвищення витоків рідини в гідропідтискних муфтах правого і лівого бортів .

Оцінка стійкості руху трактора обчислювання дисперсії помилки і середньоквадратичне відхилення напряму руху.

У п'ятому розділі приведені результати експериментальних досліджень за оцінкою номінальних і граничних значень структурних і діагностичних параметрів гідроприводу коробки передач трактора.

Отримано, що найбільший вплив на працездатність гідроприводу надають витоки рідини в гідророзподільнику і гідропідтискних муфтах (рис. 3).

При підвищенні витоків рідини в гідророзподільнику Qут ? 63 см3/с та переключенні передач остаточний тиск в передачі Р1, що вимикається, вище тиску в вмикаємій передачі Р2, що вмикається. При Р1> Р2 спостерігається одночасне вмикання двох передач.

Рис. 3. Зміна остаточного тиску рідини Р1 передачі, що вимикається, та початкового тиску Р2 передачі, що вмикається, при перетіканні робочої рідини через з'єднання “втулка - кільце - вал” гідророзподільника трансмісії.

Підвищення витоків робочої рідини від 10 см3/с до 83 см3/с в з'єднанні “втулка - ущільнюючі кільця - хвостовик повторного вала” скорочує час розрядки гідроакумулятора з 0,35-0,4 с до 0,05 с (в 7-8 разів) при відповідному зменшенні повного часу перехідного процесу приблизно з 0,7 до 0,1 с. При збільшенні витоків робочої рідини в гідропідтискних муфтах від 23 до 240 см3/с - час перехідного процесу зростає від 0,5 с до ?, тобто муфта буксує, не передаючи момент передачі, що вмикається.

Гідроклапани керування впливають істотним чином на параметри перехідного процесу в основному при заклиненні золотників. У цьому випадку до передачі, що вмикається, не підключається гідроакумулятор, залишаючись підключеним до передачі, що вимикається. Внаслідок цього повний час перехідного процесу зростає до 1,6 с при одночасному зниженні робочого тиску рідини до 0,1-0,15 МПа, при якому муфта передачі, що вмикається, не передає момент на відповідний борт трактора.

Тривалість перехідного процесу при зменшенні коефіцієнта об'ємної подачі насоса від 0,85 до 0,6 зростає з 0,85 до 1,02 с (в 1,2 рази), а при його зміні від 0,60 до 0,35 зростає з 0,6 до 1,4 с (в 2,3 рази).

Зниження тиску рідини в гідроприводі коробки передач одного з бортів, наприклад, правого, призводить до відведення трактора праворуч. Прямолінійність руху трактора Т-150-05 на оранці зберігається при умові рівності коефіцієнта подачі KQ рідини правого і лівого бортів. При зменшенні KQ правого борту без впливу водія агрегат відводить праворуч, досягаючи на пройденій відстані х = 100 м відхилень (у) від прямолінійного напряму при KQ=0,8 відхилення у=0,75 м;

KQ= 0,6 відхилення у=4,0 м; KQ=0,4 відхилення у= 8,0 м. Зі збільшенням різниці коефіцієнтів подачі рідини правого KQп і лівого KQл бортів відхилення руху трактора від прямолінійного напряму істотно зростає. Так, при різниці KQп - KQл = 0,1 на відстані 100 м трактор Т-150-05 на оранці без впливу водія відхиляється від прямолінійного напряму на 1,75 м, а при KQп - KQл = 0,4 - на 12 м. Це пояснюється зниженням потужності, що передається по борту із зниженим тиском рідини в гідропідтискних муфтах.

Оцінка функціональної похибки стійкості руху орного агрегату при зміні тиску рідини в гідроприводі керування фрикційними муфтами коробки передач зроблена шляхом порівняння максимальних значень кутових прискорень при вході трактора Т-150-05 в підворот та виході з нього (рис. 4).

Рис. 4. Залежність відношення прискорень виходу та входу в підворот трактора з плугом ПЛН-5-35 від тиску рідини Рг в гідроприводі керування коробкою передач при швидкості руху 2,2 м/с.

Аналіз експериментальних залежностей від Рг вказує, що похибка функціонування трактора Т-150-05 має мінімальне значення при тиску рідини в гідроприводі керування Рг = 0,74...0,77 МПа.

Аналіз впливу технічного стану гідроагрегатів на параметри перехідного процесу гідроприводу трансмісії трактора Т-150-05 дозволив обґрунтувати його номінальні і граничні структурні і діагностичні параметри (табл. 2).

Таблиця 2.

Структурні і діагностичні параметри гідроприводу

коробки передач трактора Т-150-05

Об'єкт | Структурний параметр | Діагностичний параметр

Найменування, одиниця вимірювання | Значення | Найменування, одиниця вимірювання | Значення

номінальне | граничне | номінальне | граничне

В цілому | Подача, л/хв | 30 | 15 | t00 - тривалість перехідного процесу, с | 0,5 | 0,4=t00=0,6

Об'ємний насос | Подача, л/хв | 35 | 20 | Тиск рідини перед фільтром Р, МПа | 1,15 | 0,95?Р?1,3

Переливний гідроклапан | Тиск відкриття, МПа | 1,0 | 0,85 | Тиск рідини перед переливним гідроклапаном, МПа | 1,0 | 1,0±0,05

Фільтр лінії нагнітання | Гідравлічний опір, МПа | 0,2 | 0,25 | t00 - тривалість перехідного процесу, с | 0,5 | 0,4=t00=0,6

Підвищення точності діагностування гідроприводу трансмісії гусеничного сільськогосподарського трактора типу Т-150 за рахунок виявлення несправностей (розрив потоку потужності, одночасне вмикнення двох передач, нестабільність силових потоків по бортах трактора), що не визначаються відомими способами і засобами, дозволило скоротити простої трактора в експлуатації на 3-5%.

Технологія діагностування гідроприводу трансмісії гусеничного сільськогосподарського трактора типу Т-150 заснована на аналізі перехідних процесів і дозволила знизити трудомісткість діагностування коробки передач від 0,85 до 0,25 чол. -год. при одночасному скороченні витрати робочої рідини на 2,5 кг за цикл технічного обслуговування.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз виконаних досліджень по діагностуванню сільськогосподарської техніки показав, що постановка і рішення задач досліджень в напрямку підвищення точності діагностування гідроприводу трансмісії гусеничного сільськогосподарського трактора при його використанні в складі орного агрегату з перемиканням передач без розриву потоку потужності є новими і актуальними для сільськогосподарського виробництва. Вирішення проблеми дозволить підвищити працездатність машинно-тракторних агрегатів при виконанні технологічних операцій.

2. Для гідроприводу трансмісії сільськогосподарського гусеничного трактора з перемиканням передач без розриву потоку потужності найбільш істотні несправності, зумовлені підвищеними витоками рідини (імовірність Рдж = 0,20) і нерівномірністю передачі крутного моменту по бортах трактора (імовірність Рнм = 0,18).

Найбільш значним функціональним параметром, що впливає на працездатність гусеничного трактора, є тривалість перекриття і розрив потоку потужності при перемиканні передач (імовірність Рпр = 0,30).

3. Доведено, що для перехідних процесів реального yn = у(t, ?) і еталонного уэ = у(t, 0) відхилення параметра ?, що характеризує технічний стан гідроприводу трансмісії гусеничного трактора та визначається величиною і напрямком відхилення центра ваги площі Yn = ?08yn (t)dt від площі Yэ = ?08yэ (t)dt по його бортах.

4. Обґрунтовано спосіб діагностування гідроприводу трансмісії гусеничного сільськогосподарського трактора шляхом вимірювання тиску рідини і часу перемикання передач на заданому режимі роботи. Спосіб базується на оцінках перехідного процесу при рівності тиску рідини у передачах, що вмикаються і вимикаються, по бортах трактора.

5. Запропоновано алгоритм діагностування гідроприводу трансмісії гусеничного сільськогосподарського трактора, заснований на імовірності виникнення несправності і часу її пошуку. Він передбачає наступну послідовність пошуку несправностей: включення одночасно двох передач, витоки рідини в гідророзподільнику, засмічення фільтра лінії нагнітання, розрив потоку потужності, “заїдання” золотника переливного гідроклапана, заклинення поршнів гідроциліндрів перемикання передач, нестабільність силових потоків по бортах трактора, знос і викривлення дисків гідропідтискних муфт.

6. Встановлено граничне значення тиску рідини у передачі, що вмикається (р ? 0,2 МПа), при якому не передається момент на один з бортів трактора.

Доведено, що при збільшенні витоків робочої рідини в гідропідтискних муфтах від 23 до 240 см3/с час включення передачі зростає від 0,5 з до ?, тобто муфта буксує, не передаючи момент вмикненої передачі. При засміченні гідроклапанів керування час вмикнення передачі зростає до 1,6 с при одночасному пониженні тиску рідини до 0,1 - 0,15 МПа, при якому муфта передачі, що вмикається, не передає момент на відповідний борт трактора.

7. Обґрунтовані відносні зміни структурних параметрів діагностування (?) і похибки вимірювання (?) гідроприводу коробки передач гусеничного сільськогосподарського трактора, що впливають найбільшим чином на втрату тиску рідини у передачі, що вмикається: знос золотників гідророзподільників (гзг = 46 %, дзг = 1,21 %) і вторинних валів (гвв = 14 %, двв = 0,64 %), порушення регулювання гідроклапанів (грг = 40 %, дрг = 4,9 %).

8. Прямолінійність руху орного агрегату на базі гусеничного трактора з перемиканням передач без розриву потоку потужності зберігається при умові рівності коефіцієнта подачі рідини КQ правого і лівого бортів. При зменшенні КQ, наприклад, правого борту, орний агрегат без впливу водія відводить праворуч, досягаючи на відстані х = 100 м відхилення (у) від прямолінійного напряму при КQ = 0,8 відхилення у = 0,75 м; КQ = 0,6 відхилення у = 4,0 м; КQ = 0,4 відхилення у = 8,0 м.

Зі збільшенням різниці КQ по бортах правого КQn і лівого КQл відхилення напряму руху орного агрегату від прямолінійного істотно зростає, досягаючи при різниці КQn - КQл = 0,4 на відстані х = 100 м відхилення у = 12 м.

9. Точність діагностування гідроприводу трансмісії гусеничного сільськогосподарського трактора при несправностях короткочасної (розрив потоку потужності, одночасне включення двох передач) і тривалої (витоки рідини в гідроагрегатах, нестабільність силових потоків по бортах трактора) дії визначається моментом часу їх виникнення та виявлення при виконанні діагностичних операцій.

Достовірність діагностування гідроприводу трансмісії зменшується із збільшенням часу діагностування і допуску на величину параметра, що вимірюється.

10. Підвищення точності діагностування гідроприводу трансмісії дозволило скоротити в експлуатації простої трактора Т-150 на 3 - 5 %, знизити трудомісткість його діагностування від 0,85 до 0,25 чол. - год. при одночасному скороченні витрати робочої рідини на 2,5 кг за цикл технічного обслуговування.

11. Технологія діагностування гідроприводу трансмісії впроваджена при ремонті гусеничних сільськогосподарських тракторів на підприємствах “Агротехсервіс” Харківської області, граничні структурні і діагностичні параметри гідроагрегатів гідроприводу коробки передач тракторів типу Т-150-05 - на Мелітопольському заводі гідроагрегатів.

Методика діагностування за оцінкою параметрів перехідного процесу прийнята для впровадження на спеціальних машинах підприємств Мінпромполітіки України.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ РОБІТ

ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шушляпин С.В. Экономия масел при диагностировании гидропривода коробки передач тракторов типа Т-150. // Снижение расхода горюче-смазочных материалов энергонасыщенных тракторов типа Т-150К. - Сб. науч. тр. МИИСП, М.: 1985. - С. 71 – 73.

2. Лебедев А.Т., Стаценко А.А., Шушляпин С.В. Контроль работоспособности гидропривода коробки передач трактора с переключением без разрыва потока мощности. // Пути повышения уровня ремонтопригодности машин, приборов и оборудования с целью снижения затрат на их техническое обслуживание и ремонт. / Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции (12-14 октября). Одесса, 1987. - С. 77 – 78. (Здобувачем обґрунтований аналіз впливу несправностей гідроприводу на його функціональний стан).

3. Колышкин В.И., Шушляпин С.В. Индикатор контроля работы бумажного фильтра. // Повышение технического уровня и качества энергонасыщенных тракторов. - Сб. науч. тр. Украинской сельскохозяйственной академии, 1988. - С. – 49 - 52. (Здобувачем обґрунтовані параметри індикатора технічного стану фільтра гідроприводу трансмісії трактора Т-150).

4. А. с. 1449368 СССР, МКИ 4 В 60 К 17/08. Рулевое управление транспортных средств на гусеничном ходу. / П.Г. Сидельников, А.Т. Лебедев, А.А. Стаценко, С.В. Шушляпин (СССР). - № 4269302/30-11; Заявлено 26.06.1987; Опубл. 07.01.89, Бюл. № 1. (Здобувачем запропонований механізм керування, що включає в себе натискний клиноподібний диск).

5. Шушляпин С.В., Басенко Л.И. Влияние технического состояния гидрораспределителя переключения передач на работоспособность гидропривода коробки передач. // Тракторная энергетика в растениеводстве. - Сб. науч. тр. ХГТУСХ, 1998. – С. 154 – 159. (Здобувачем експериментально обґрунтований вплив витоків у гідророзподілювачі на прямолінійність руху гусеничного трактору Т-150).

6. Лебедев А.Т., Шушляпин С.В. Контроль работоспособности гидроприводов тракторов по параметрам переходного процесса. // Механізація сільськогосподарського виробництва: - Вісник ХДТУСГ, вип. 7. 2001. – С. 9 – 18. (Здобувачем обґрунтований засіб контролю технічного стану гідроприводу трансмісії трактора).

7. Шушляпин С.В., Басенко Л.И. Диагностирование гидропривода коробки передач гусеничного трактора с разделением потока мощности. // Підвищення надійності відновлюємих деталей машин. - Вісник ХДТУСГ, вип. 8, том. 2, 2001. – С. 33 – 36. (Здобувачем обґрунтований засіб контролю технічного стану гідроприводу трансмісії трактора з безакумуляторною схемою).

8. Шушляпин С.В. Погрешность функционирования гидропривода трансмиссии гусеничного трактора. // Тракторная энергетика в растениеводстве. - Сб. науч. тр. ХГТУСХ, вып. 4, 2001. – С. 108 – 114.

9. Шушляпин С.В. Точность функционирования гидропривода коробки передач гусеничного трактора. // Автомобіле- та тракторобудування. - Вісник НТУ ”ХПІ”, вип. 10, том 1, 2002. – С. 68 – 71.

10. Шушляпин С.В. Мера точности и достоверности диагностирования агрегатов трансмиссии трактора. // Тракторная энергетика в растениеводстве. - Сб. науч. тр. ХГТУСХ, вып. 5, 2002. – С. 135 – 140.

АНОТАЦІЯ

Шушляпін Сергій Володимирович. "Підвищення точності діагностування агрегатів трансмісії сільськогосподарської техніки". - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.05.11 - машини та засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Харківський державний технічний університет сільського господарства, Харків, 2003.

Обґрунтовано новий спосіб діагностування трансмісії гусеничного сільськогосподарського трактора (в складі орного агрегату)з переключенням передач без розриву потоку потужності, що заснований на аналізі перехідних процесів гідроприводу керування. Це дозволяє визначити несправності гідроагрегатів гідроприводу без їх демонтажу, у тому числі розрив потоку потужності, нестабільність силових потоків по бортах трактора, які не визначаються відомими способами та засобами.

Теоретично та експериментально доведено, що достовірність діагностування, яка забезпечує отримання повної інформації про несправності трансмісії гусеничного сільськогосподарського трактора, визначає його працездатність.

Підвищення точності діагностування гідроприводу трансмісії дозволило скоротити в експлуатації простої тракторів типу Т-150 на 3 - 5 %, знизити трудомісткість діагностування одного трактора від 0,85 до 0,25 чол. - год. при одночасному скороченні витрати робочої рідини (масел) на 2,5 кг.

Ключові слова: орний агрегат (трактор та плуг), діагностика коробки передач трансмісії, пристрій та спосіб діагностування, зв'язок точності діагностування з працездатністю агрегату.

АННОТАЦИЯ

Шушляпин Сергей Владимирович. "Повышение точности диагностирования агрегатов трансмиссии сельскохозяйственной техники". – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Харьковский государственный технический университет сельского хозяйства, Харьков, 2003.

Обоснован новый способ диагностирования трансмиссии гусеничного сельскохозяйственного трактора, работающего в составе пахотного агрегата, с переключением передач без разрыва потока мощности, основанный на анализе переходных процессов гидропривода управления при переключении передач, позволяющий определить неисправности гидроагрегатов гидропривода без их демонтажа, в том числе разрыв потока мощности, нестабильность силовых потоков по бортам трактора, не определяемых известными способами и средствами.

Предложен алгоритм диагностирования гидропривода трансмиссии гусеничного сельскохозяйственного трактора, основанный на анализе вероятности возникновения неисправности и времени ее поиска.

Установлено предельное значение давления жидкости во включаемой передаче (р ? 0,2 МПа) и оценены основные неисправности гидропривода трансмиссии, при которых не передается момент на один из бортов трактора. Обоснованы предельные значения разности давления жидкости во включаемых передачах бортов трактора, при которых сохраняется устойчивость движения пахотного агрегата.

Теоретически и экспериментально доказано, что достоверность диагностирования, обеспечивающая получение полной информации о неисправностях трансмиссии гусеничного сельскохозяйственного трактора, определяет его работоспособность.

Повышение точности диагностирования гидропривода трансмиссии позволило сократить в эксплуатации простои тракторов типа Т-150 на 3 – 5 %, снизить трудоемкость диагностирования одного трактора от 0,85 до 0,25 чел. – ч. при одновременном сокращении расхода рабочей жидкости (масел) на 2,5 кг.

Ключевые слова: пахотный агрегат (трактор и плуг), диагностика коробки передач трансмиссии, прибор и способ диагностирования, связь точности диагностирования с работоспособностью агрегата.

ABSTRACT

Shushlyapin Sergey Vladimirovich. "The increase in diagnosing accuracy of farm machinery transmission units". – Manuscript.

Dissertation for the degree of candidate of technical sciences (speciality 05.05.11 – Agricultural Machinery and Mechanization of Farm Production. – Kharkiv State Technical University of Agricultural, Kharkiv, 2003).

A new method of the track-laying tractor transmission diagnostics with gear shifting without a rupture in the power flow has been founded, which is based upon the analysis of transition processes in the control hydraulic drive. This method makes it possible to determine the faults in the hydraulic drive without dismantling the hydraulic units, including the rapture in the power flow, instability in the lines of force along the tractor sides which cannot be determined by any known means and methods.

An algorithms for the diagnostics of transmission hydraulic drive of a tractor has been suggested which is based on the probability analysis of the fault origin and the time for its search.

The maximum value of the liquid pressure in the switched transmission (р = 0.2 МPа) has been given and the basic faults in the transmission hydraulic drive have been described under