Расчетный метод определения периодичности диагностирования и технического обслуживания основных узлов и агрегатов доильного оборудования Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.3:636

РАСЧЕТНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧНОСТИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ И АГРЕГАТОВ ДОИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

В.А. Борознин, кандидат технических наук, доцент

А.В. Борознин, кандидат технических наук, доцент

Волгоградский государственный аграрный университет

Представлены расчетный метод определения периодичности диагностирования и теоретическая оценка технического состояния составных частей доильного оборудования таких, как энергетический блок-модуль (вакуумный насос), основной исполнительный элемент (доильный аппарат) в процессе эксплуатации по величине их конструктивных параметров таких, как длина лопаток вакуумного насоса, диаметр дросселя и упругость мембраны для пульсатора, жесткости сосковой резины для доильного стакана.

Ключевые слова: периодичность, диагностирование, дроссель, мембрана, отказ.

Диагностирование обычно проводится перед техническим обслуживанием, чтобы определить остаточный ресурс (наработку) и после ТО для проверки качества ТО, насколько полно восстановлены номинальные значения данных параметров.

Для оценки периодичности изменения этих параметров рассмотрим кривые изменения этих величин в виде графиков (рисунок 1).

Если отказы дросселя (то есть забивание его) является периодически восстанавливаемым отказом (рисунок 1, б), а жесткость сосковой резины - дважды восстанавливаемым отказом (рисунок 1, а), а затем наступает ресурсный отказ, то уменьшение упругости мембраны и длины лопаток являются ресурсными отказами (рисунок 1, в, г).

Представленные на рисунке 1 кривые изменения диагностируемых параметров (0) могут быть получены при полном совершенстве элементов ДМО, когда их изменения соответствуют техническим требованиям. В действительности изменения данных параметров имеют случайный характер (кривые 1 и 2) и зависят от многих условий (качества материала, идущего на изготовление, технология изготовления, условия эксплуатации и др.).

В реальных условиях эксплуатации при соблюдении регламентируемой периодичности ТО элементы ДМО какое-то время At = to - t1 будут работать с нарушением технологического процесса. Например, диаметр дросселя у какого-то

количества аппаратов ^м'дд (рисунок 1, б) будет уменьшен ниже предельной величины на Ado = dp - dnp, что, в свою очередь, приведет к снижению эффективности использования доильного аппарата в целом, а у ^П'ап , наоборот do не достигнет своего предельного значения, т.е. Ado = dnp - dp.

Из вышеизложенного следует: чтобы предупредить работу большинства элементов ДМО с нарушением технологического режима необходимо диагностику, согласно исследованию, проводить через период

tdO = tdoO - « Сн , (1)

где k - коэффициент пропорциональности, k=3; ot - среднеквадратическое отклонение величины tO.

Если рассмотреть изменения жесткости сосковой резины согласно рисунка 1, б,

то можно сделать следующие заключения, что первую и вторую поднатяжку сосковой резины можно проводить согласно стандартной регламентной периодичности ТО, не проводя диагностики, или проводя диагностику лишь с целью контроля жесткости сосковой резины в отдельно взятом доильном аппарате.

Согласно инструкции по ТО доильного аппарата, регламентное ТО-1 проводят ежемесячно, то есть через (о= 180 часов, тогда обязательное диагностирование для

сосковой резины необходимо проводить при гср равном:

г 1

30 - кагс

г

СР о ^ го СРн ' (2)

При этом необходимо определить остаточный ресурс для каждой сосковой

г 2„ - г

резины, которая входит в зону 1СР сСР •

И третий параметр, упругость мембраны пульсатора, изменение величины которой представлена кривой на рисунке 1 в.

Контроль необходимо проводить через период, равный

гМ = 2гМ - ка, «гКм н , (3)

а) Сосковая резина

с1"Р

\ \ 1А\ \ \ / Л \ \ V 1 ^ 1 1 1 \ ^ \ \х \ \ \\ \\ \\ч V V ч\> \ XI \ \ \ \ \ \ ч \ \ \

1

< 'дн ^ (1 ДС ^

I1 ^ 1ДВ —=»

б) Дроссельный канал Рисунок 1 - Динамика изменения параметров:

Qф - фактическая производительность; Оп - предельное значение производительности; Оф -

начальная производительность; г нг - нижняя граница интервала, через которое наступает О,

ПР

t о - средняя граница; t вг - верхняя граница; - диаметр дроссельного отверстия пульсатора, - начальный диаметр дроссельного отверстия, - предельный диаметр дроссельного

отверстия, t- верхняя граница времени, через которое наступает , - средняя граница,

I' - верхняя граница, {щ - нижняя граница; Нсм - величина вакуумсмыкания сосковой резины,

Инсм - начальная величина, Н^ - предельная величина, СР В - верхняя граница времени, через

которое происходит первая поднатяжка, ^ с - средняя граница, 'срн - нижняя граница, ,

'срс , ^срн - соответственно верхняя, средняя и нижняя граница времени второй поднатяжки

сосковой резины, ^ в, ^ с, t(ссРН - соответственно границы третьей поднатяжки, , ^рс,

tCPH - период времени через который наступает ресурсный отказ сосковой резины,

1П1Л РГА Т)А1Л\'и(ТП Л1ЛР ттигггг тх ит пт/и гг гг плпитхттпт • /А__ОРТТТТТТТИЮ ТПЛАПтО Л 1РЛ 1К1Л о ии т ¡,

м

соответственно его верхняя, средняя и нижняя границы; Ям - величина прогиба мембраны, Сн ,

п ПР С С С

См - начальная и предельная величины, tмв, tмc, tм н - период времени через который наступает ресурсный отказ мембраны, соответственно верхняя, средняя и нижняя границы

г) Лопатки вакуумного насоса Рисунок 1 (продолжение)

Л _ Л

Остаточный ресурс остальных деталей определяется в пределах 'м 'м • Если исходить из того, что при достижении любым из узлов своего предельного значения контролируемого параметра означает наступление отказа, тогда точки пересечения кривых 1, 0 и 2 с предельным значением данного параметра будут соответствовать наработке до отказа соответственно при нижней, средней и верхней границе.

Тогда, эту наработку с доверительной вероятностью в по параметру состояния можно определить по зависимости [4]:

^ ч 1/а

А + Лп„

Т (ß) = t

Дг

A(tM ) + lß-&nP - A1

(4)

"M/ ■ "ß ПР "1 у

где T(ß) - наработка до отказа с доверительной вероятностью ß; tß, - период, через который необходимо проводить диагностирование данного параметра; А\ - начальная величина изменения параметра; АПР - предельная величина изменения параметра; lß - двухсторонняя квантиль ЗНР; оПР - среднеквадратическое отклонение; A(tM) - значение изменения параметра при tM; а - показатель степени, определяющий характер изменения параметра.

Проведя преобразования формулы относительно периодичности диагностирования tдг , получим

min T (ß)

t

Дг

A1 + АПР

Ata

(5)

A(tM ) + Iß-^П

A

Как показали предварительные экспериментальные и теоретические исследования [1, 2, 3], распределение наработки на отказ различных элементов ДМО подчиняется одному из трех законов распределения (закону нормального распределения (ЗНР), экспоненциальному закону распределения (ЭЗР) или закону распределения Вейбулла (ЗРВ)) и её можно определить по формуле (6), а изменение величины А от наработки (М) в общем виде возможно описать уравнением 7.

to

= f Jü

P

П

1

42

n

w i

(t -j

e

2a

dt

n

-t Z xi -z

( . \ъ>

e

e

j=1

dt

(6)

где а - параметр Вейбулла; а - среднее квадратическое отклонение; ^ - интенсивность отказов; п, т, р - количество элементов, распределение отказов которых подчиняется, соответственно, законам ЭЗР, ЗРВ, ЗНР.

А(ы) = е-1а + 7. (7)

Предварительные исследования изменения конструктивных параметров в зависимости от времени эксплуатации (рисунок 1) показали, что они достаточно полно могут описываться уравнением (8) (вид экспоненты)

Л(гм) = АН • ^ , (8)

лН

где А((м) - величина конструктивного параметра через наработку М; Ло - начальное значение параметра; к - коэффициент пропорциональности изменения скорости.

Тогда математическая модель оптимальной периодичности диагностирования данных параметров будет выглядеть следующим образом

Г

Jü

' г =

П

1

i=i a

■ 42

n

w i <

К )

2a

dt

n '

-z -z

dt

A1 + АПР

(AH ■ e )+ iß-anp - А

1/a

(9)

ai,

К j у

i=1

<

t

b

i=i

e

e

<

Применяя уравнение (8) к описанию каждого из вышеперечисленных параметров, получим:

- для дроссельного канала:

1 ёПР

-1п -Т )

(г) = ёН • ви- (10)

для сосковой резины:

Н ПРI - • 1п Т

, Нн

'ср .с Нсм

1см М ) = Нсм

анСРА'),

„с /О \ 1„н „ 'срс НС

Нс (г ) = Нн •е ср" Нсм (ц)

Нсм('М) Нсм е (11)

- 1 1п Нсм (г) (, -Т)

нм (гМ) = (нпм: (') + *Нс)• е^ (12)

Км, (г.М) = {нпм1 (г) + АНсс )• е

- для мембраны:

сс\ (о+АНсс)(?-2Т)

(13)

1 Г/ПР 1 . См

См (г.) = СНге'м- См (14)

для вакуумного насоса:

• ' г

м.с См

С(гкс ) = & {'с ) = •

11п &пр , Т )

1 - е ,0 о°

(15)

где Тпц - период цикла.

Подставляя полученные уравнения (10, 11, 12, 13, 14, 15), изменения каждого из исследуемых параметров в формулу (9) можем определить периодичность диагностирования для конкретного элемента.

Средний остаточный ресурс каждого элемента можно определить расчетным путем по формуле (16).

Апр - А {Апр - А ) •'

+с _ А° аизм _ \А° аизм ) 'изм

'°ст = V ~ Ан - А ' (16)

у д А° аизм

где АПР - предельное значение параметра; АИЗМ - измеряемое значение параметра; АН -

начальное значение параметра; tИЗМ - время замера параметра; Уд - средняя скорость изменения параметра.

Ан - А

Vд = А° Аизм . (17)

'ИЗМ

Таким образом, имея теоретические и экспериментальные распределения значений наработки на отказ и предельные значения параметров, расчетным путем по формуле (9), определяем периодичность диагностирования всех вышеуказанных элементов доильного оборудования при вероятности безотказной работы, равной 0,95.. .0,99. Все результаты, полученные расчетным путем, сведены в таблицу 1.

_Таблица 1 - Расчетные значения tдг для диагностируемых параметров_

Наименование параметра Регламентное значение Расчетное значение tдг

ПР

Длина лопатки ЕТО=8 ч, Т0-1=180 ч, ТО-2=1080 ч. 237

Диаметр дросселя пульсатора 48 ч

Жесткость мембраны 286 ч

Жесткость сосковой резины 807 ч

Представленные в таблице 1 данные показывают, что периодичность диагностирования конструктивных параметров не совпадает с регламентируемой периодичностью ТО данных элементов доильного аппарата и вакуумного насоса. Поэтому, чтобы избежать преждевременной выбраковки деталей или преждевременного отказа данного элемента, необходимо проводить диагностирование по потребности. Это позволит увеличить наработку исследуемых элементов и наработку на отказ всех элементов, находящихся в интервале от tH до tB, и, тем самым, повысить эффективность использования доильного оборудования в целом.

Библиографический список

1. Антонов, Н.М. Показатели надежности вакуумной системы доильной установки [Текст]/ Н.М. Антонов, В.А. Борознин, Ю.В. Бобылев // Вестник КрасГАУ. - 2009. - № 12. -С. 184-188.

2. Борознин, В.А. Теоретическая оценка показателей надежности вакуумной системы доильной установки [Текст]/ В.А. Борознин, А.В. Борознин, Ю.В. Бобылев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2009. - № 4 (16). - С. 113-117.

3. Борознин, В.А. Оценка времени устранения отказов элементов доильного оборудования [Текст]/ В.А. Борознин, А.В. Борознин //Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2013. - С. 161-164.

4. Ермолов, Л.С. Основы надежности сельскохозяйственной техники [Текст]/Л.С. Ермолов, В.М. Кряжнов, В.Е. Черкун. - 2-е изд., перераб и доп. - М.: Колос, 1982. - С. 135143.

E-mail: [email protected].