Технічні засоби для прискорення випробувань сільськогосподарських машин

Найпоширеніші при проведенні прискорених випробувань спеціальні стенди, де прискорення досягається за рахунок використання замість натуральних середовищ їх штучних замінників (імітаторів) і відповідно – ущільнення часу роботи без інтенсифікації робочих процесів.

Прискорені імітаційні випробування із застосуванням замінників технологічних матеріалів виконують, як правило, за замкнутим циклом.

Основне завдання при проведенні таких випробувань – забезпечити достатню адекватність навантажень і фізичних процесів за рахунок таких матеріалів, які б повністю імітували реальне технологічне середовище.

Оскільки у процесі випробувань за замкненим циклом технологічний матеріал подрібнюється і перетирається, то як імітаційні широко застосовують різні синтетичні матеріали, відходи гумо-технічної і шкіряної промисловості, полімери, які не втрачають своїх властивостей тривалий час, тощо.

За замкнутим циклом випробовується значна кількість машин, в яких матеріал не піддається інтенсивній переробці (кормороздавальним, транспортери, дозатори, насоси, доїльні установки та ін.). В якості зерна в таких стендах рекомендується використовувати капронову крихту; соломи – відходи шкіряної промисловості; сіна – різні синтетичні волокна. Фізико-механічні властивості цих матеріалів близькі до натуральних технологічних середовищ, а за зносостійкістю – перевищують їх у сотні разів.

Вибір режимів роботи стендів (машин) при таких випробуваннях здійснюється шляхом секундного подавання у машину певної кількості імітатора (відповідно до її номінальної продуктивності в умовах експлуатації). Оскільки в період випробувань частина матеріалу-імітатора часто руйнується, подрібнюється і втрачається, здійснюється постійний контроль за його станом і наявністю. При зменшенні і, певних втратах імітатора його додають відповідними порціями в бункер машини.

В УкрЦВТ розроблений і використовується стенд для прискорення випробувань автокормовозів, норії шнекових транспортерів і бункерів. Як замінник технологічних матеріалів застосовуються капронова крихта, а також вибраковане насіння цукрових буряків. Стенд складається з автокормовоза і бункера, об'єднаних в одну лінію.

Для випробування гноєзбиральних транспортерів використовується стенд, розроблений Прибалтійською МВС. У його складі: привод, натяжний гідравлічний пристрій, жолоб для ланцюга; все змонтоване на рамі. Гідравлічний пристрій, який здійснює силове навантаження транспортера, складається з редуктора, масляного насоса, дроселя, охолодника з вентилятором і масляного бака. У жолоб стенда завантажується імітатор (тирса або торф, змочений аміачною водою).

Потрібне навантаження ланцюга (12 кН) досягається натяжним пристроєм з вантажами із застосуванням гідравлічного пристрою. Скорочення довжини ланцюга і зірочок транспортера, які працюють у звичайних швидкісних режимах, досягається за рахунок збільшення перегинів ланцюга на стенді, довжина якого значно менша за довжину ланцюга у корівнику (7 м замість 160 м), а також більшої продуктивності роботи стенда за добу (10...16 год замість 1...2 год в умовах ферми).

Західною МВС у співдружності з Інститутом проблем надійності і довговічності машин АН Білорусі розроблено стенд для круглорічних випробувань кормозбиральних машин типу КСК-100 протягом усього року, що дозволяє сполучати випробування технологічні і на пробіг. Завантаження робочих органів машин здійснюється за замкнутим циклом. Для цього перед машиною встановлюється бункер-дозатор, а силосопровід спрямовується так, щоб імітатор технологічної маси (відходи шкіряної промисловості) після проходження між ножами і протиріжучою пластиною знову потрапляв до бункера. Щоб зменшити витрати імітатора і забезпечити завантаження трансмісії, до приводу подрібнюючого барабана приєднується завантажувальний пристрій (електробалансирна гальмівна машина), яка з'єднується через коробку передач з маточинами ведучих коліс машини.

Західною МВС, Інститутом проблем надійності АН Білорусі і заводом "Гомсільмаш" розроблено гідравлічний навантажувач ріжучих апаратів збиральних машин, який дозволяє моделювати у механізмах приводу навантаження від сил різання стеблової маси. Навантажувач виконаний як гідроциліндр, два його нагнітальних канали обладнані дроселями, а два радіальне розташованих перепускних клапана зв'язані з загальним оливним баком. У поршні гідроциліндра є дві порожнини, розташовані симетрично до його торців. Порожнини поршня пов'язані поздовжніми каналами з порожнинами гідроциліндра. При цьому довжина кожного каналу відповідає ходу поршня під навантаженням (хід у процесі різання). Ширина порожнини відповідає вільному ходу поршня (хід ножа, на якому здійснюється різання), а відстань між радіальними перепускними каналами – сумарному ходу поршня (перебіг ножа).

Стенд для прискорених випробувань подрібнювачів грубих кормів конструкції УкрЦВТ складається з платформи, на якій розміщуються випробувальні машини, змішувач, прес-гранулятор, дозатори, бункери і транспортери (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Схема стенда для прискорених випробувань на надійність подрібнювачів грубих кормів: 1 – транспортер; 2 – бункер; 3 – дозатор; 4 – змішувач; 5 – транспортер-дозатор; 6 – живильник; 7 – система зволоження суміші; 8 – система подавання масла; 9 – платформа; 10 – прес-гранулятор; 11 – транспортер; 12 – платформа; 13 – дозатор; 14 – бункер-живильник; 15 –пульт керування; 16 – розвантажувальний пристрій; 17 – рукав; Д1, Д2... Д12 –датчики для керування роботою стенда

У процесі роботи у змішувач 4 за допомогою дозаторів 3 з накопичувальних бункерів 2 подаються різні компоненти, які змішуються, утворюючи однорідну суміш. Зі змішувача суміш за допомогою транспортерів подається у живильник одного з двох прес-грануляторів 10, куди подається за допомогою системи 7 вода і 8 – масло. У живильниках суміш зволожується водою і маслом та подається у камери пресування.

У прес-грануляторах імітаційний матеріал пресується і подається за допомогою транспортера 11 у бункер-живильник 14, оснащений дозатором 13. Дозатор спрямовує гранули на приймальний транспортер подрібнювана грубих кормів, встановлений на платформі 12.

Подрібнений матеріал-імітатор за допомогою рукава 17, розвантажувального пристрою 16 і транспортера 1 спрямовується у змішувач.

Як імітатор кормів використовується суміш з об'ємною масою 30 г/см³, яка складається з піску (27%), глини (47%), тирси (25%), води (8%) і масла (2%). На стенді забезпечується прискорене випробування у 30 і більше разів.

Для прискорення зносних випробувань кормодробарок застосовується спеціальний стенд УкрЦВТ, подібний до стенда для подрібнення грубих кормів. Від попереднього він відрізняється конструктивним виконанням деяких агрегатів і введенням у конструкцію масовимірювального пристрою для визначення продуктивності дробарок.

Склад матеріалу-імітатора подібний тому, що застосовується при випробуваннях подрібнювачів грубих кормів. Коефіцієнт прискорення випробувань кормодробарок на цьому стенді досягає 20.

Імітаційні випробування обладнання для переробки рідкого гною виконуються у, спеціальному цеху, розробленому і створеному в УкрЦВТ. Основні його складові: пункт підготовки технологічного матеріалу; пункт очищення подачі технологічного матеріалу у випробувальні машини; дозуючий пристрій; майданчик для встановлення випробувальних машин; лінія змішування і повернення маси у пункт підготовки.

Для імітаційних випробувань молокоохолоджуючого обладнання використовується комплекс технічних засобів, розроблений Прибалтійською МВС.

Комплекс складається із стенда для підігрівання й автоматичного підтримання встановленої температури води (молока); блока подачі води (молока); системи автоматичного підтримання заданої температури у приміщенні; комплекту технічних засобів для випробування резервуарів-охолодників молока; теплового навантажувача джерел холоду. На основі цих технічних засобів, використання елементів автоматики, молокоохолоджувального обладнання і допоміжних елементів можна створити кілька схем випробування різних машин. Технічні засоби дозволяють прискорити лабораторні та експлуатаційні випробування джерел холоду у 2...5, молокоохолодників – у 2...4 рази.

Мобільні сільськогосподарські машини випробовують на полігонах, які є комплексом споруд і засобів для виконання різноманітних видів досліджень, зокрема випробувань на надійність несучих елементів сільськогосподарських машин. Сучасні вітчизняні і зарубіжні полігони оснащуються трасами великої протяжності, ділянки яких обладнані різними перешкодами, що дозволяє підібрати для несучих систем машин режими випробувань, близькі до експлуатаційних. В основному на полігонах моделюються удари з перешкодами, згинальні та крутильні деформації рам, інерційні навантаження від великих махових мас (транспортерів, заповнених бункерів та ін.).

Полігони як споруди коштують досить дорого. Досягти на них зносових і втомлюючих руйнувань несучих конструкцій машин можливо тільки через відносно тривалий час. Під час полігонних випробувань пружні властивості підвіски і пружних елементів (шини, ресори, гумові буфери та ін.) фільтрують навантаження, внаслідок чого деякі агрегати ніби захищаються від деформацій, а інші, навпаки, – передчасно виходять з ладу.

Коефіцієнт прискорення випробувань не перевищує 3...5, тому останнім часом у практику випробувань несучих систем машин інтенсивно впроваджуються спеціальні стенди.

Відомо, що величина ресурсу машин пов'язана переважно з накопиченням пошкоджень у деталях і агрегатах та втратою ними працездатності. У значної кількості сільськогосподарських машин ці пошкодження мають не тільки механічний (втомленість, знос, накопичення пластичних деформацій), але й фізико-хімічний характер (корозія, біологічні пошкодження та ін.). Методичною основою прискорених випробувань на надійність є гіпотеза про автомодельність процесу накопичення пошкоджень. Розроблені методи стендових випробувань ґрунтуються на моделюванні циклових процесів, які зумовлюють руйнування їх складових і машини у цілому.

Основною причиною зміни властивостей машини, яка призводить до суттєвого зростання динамічності навантаження трансмісій машин, зміни параметрів їх працездатності є втомленісні руйнування рамних конструкцій, що спостерігаються при великій кількості циклічних навантажень.

Для проведення випробувань на втому несучих конструкцій сільськогосподарських машин УкрЦВТ разом з Інститутом механіки НАН України розроблено універсальну установку "Цикл", яка складається зі збудника динамічних навантажень, варіатора, електродвигуна, маховика і пульта керування. За допомогою установки проводять програмні випробування несучих систем в автоматичному режимі і здійснюють до 12 ступеней навантажень (рис. 4.9). Монтаж установки "Цикл" на універсальних силових полях забезпечує можливість швидкого переналагодження стендів для організації прискорених випробувань на утому різних конструкцій. Для цього встановлюються спеціальні кріпильні пристрої, які дозволяють виконати потрібну схему навантаження конструкції. Випробування несучих систем виконуються, як правило, біля резонансної зони з використанням ефекту динамічного підсилення (зниження динамічної жорсткості металоконструкцій в області резонансних частот).

Рис.4.7. Установка "Цикл"

На установках "Цикл", крім виявлення параметрів надійності машин, можливе вивчення зміни цілого ряду не контрольованих раніше параметрів: збільшення тріщин, зміни жорсткості несучої системи, зростання рівня динамічності крутних моментів залежно від частоти збудження і деформування рам, механізму руйнування конструкцій та інших фізичних явищ. При цьому, згідно робочих методик, реалізуються різні схеми і комбінації навантаження несучих систем: вигин, крутіння, вигин з крутінням.

При проведенні поелементних випробувань базових агрегатів машин забезпечуються коефіцієнти прискорення у 100...250, а повнокомплектних машин – у 2,5...10 разів.

Внаслідок цього протягом 20...30 днів можна визначити ресурсні відмови, які відповідають строку служби машини.

Значним ресурсом підвищення ефективності прискорених випробувань трансмісій і робочих органів машин е форсування у допустимих межах навантажень шляхом прискореного відтворення пускових навантажень і підвищення частоти обертання приводних валів вище за номінальні. Для відтворення перехідних пускових навантажень можна використати розроблену УкрЦВТ установку "Пуск", яка забезпечує автоматичний запуск і зупинку трансмісій для вмикання до 2 разів за хвилину. Установка "Пуск" застосовується для випробувань трансмісій дробарок і кормозбиральних машин, у яких великі махові моменти обертальних частин.

Динамічне навантаження несучих систем кормозбиральних машин доцільно сполучати із застосуванням замінників технологічного матеріалу (соломи, зерна та ін.), що підвищує комплексність випробувань за рахунок відтворення зносу робочих органів ланцюгових конвеєрів та інших механізмів машин, особливо при використанні абразивних добавок, які.підвищують інтенсивність зносу.

Стенд для комплексних прискорених випробувань самохідних кормозбиральних машин, розроблений в УкрЦВТ, дозволяє сполучати їх імітаційні, пробігові й експлуатаційні випробування.

На стенді відтворюються і контролюються крутний момент на ведучих колесах, частота навантажень, деформування і коливання рами самохідної машини, Конструкція стенда не потребує джерел енергії, крім самої випробувальної машини. Навантаження ведучого моста здійснюється пневмокидачем, одночасно відбувається транспортування імітаційного матеріалу за замкненим циклом. Одночасно відтворюється деформація рамної конструкції і навантаження трансмісії суттєво впливає на динамічну навантаженість машини. Особлива увага приділяється вивченню форми загальних деформацій конструкції. Застосування при стендових випробуваннях однієї з фіксованих частот обов'язково викликає резонансні явища якогось одного елемента машини і, як наслідок, порушення картини відмов. Тому на стенді застосовується метод "плаваючої частоти", яка забезпечується за рахунок бігових барабанів з різними діаметрами спеціальних накладок (перешкод), вони дозволяють плавно регулювати величину збурюючих дій і чергувати досить довільно згинальні і крутні навантаження на несучу систему. Розміри барабанів і перешкод підбираються так, щоб забезпечувати можливість створення режимів, близьких до екстремальних в експлуатації (у діапазоні 0,5...0,7 від максимальних).

Внаслідок цього відтворюється реалізація випадкового процесу, яка відповідає руху комбайна на ділянці шляху до 100 м і багатократно повторюється.

Застосування прискорених методів випробувань повнокомплектних машин дозволяє у 8...10 разів скоротити строки випробувань і здобути інформацію для оперативної доводки конструкцій, оцінити ресурс основних агрегатів і машин у цілому.

Для випробування розгалужених трансмісій кормозбиральних та інших машин застосовується метод "замкнутої потужності".

Стенд складається з випробувальної і навантажувальної трансмісій, з'єднаних ланцюговими передачами, електродвигуна, навантажувального і запобіжного пристроїв (рис. 4.10).

Рис.4.8. Схема стенда для прискорення випробувань трансмісій кормозбиральних машин: 1–програмно-задавальний пристрій; 2 – датчик; 3 – контрольний динамометр; 4 – трос; 5, 7, 12, 13 – зірочки; 6 – диск; 8 – навантажувальна трансмісія; 9 – електродвигун приводу верстата; 10 – передача приводу; 11 – випробувальна трансмісія; 14 – вертлюг; 15 – демпферна пружина; 16–механізм навантаження

Навантажувальний пристрій включає програмно-задавальну блокотросову систему, виконуючий механізм і контрольний динамометр 3. Випробувальна 11 і навантажувальна 8 трансмісії з'єднуються між собою за замкнутою схемою ланцюговими передачами. Навантаження на вихідних валах трансмісії створюються за допомогою блокотросового пристрою, програмно-задавальна система 1 якого зчитує з введеної програми величину зусилля натяжіння троса 4 у даний момент часу і передає сигнал на виконуючий механізм навантаження 16. Цей механізм намотує (або розмотує) трос на барабан, створюючи в ньому потрібне зусилля.

Це зусилля за допомогою блока і вертлюга 14 передається на трос 4. За допомогою блоків і диска 6 загвинчує важіль 13 із зірочкою відносно диска і з'єднаною з ним зірочкою 7, створюючи навантаження на вихідному валу випробувальної трансмісії. Вертлюг використовується для роз'єднання частини навантажувального пристрою, що обертається від його нерухомої частини. Величина зусилля натяжіння троса контролюється датчиком 2 і передається у блок порівняння програмно-задавальної системи, здійснюючи зворотний зв'язок. У цьому блоці порівнюються величини фактичного зусилля натяжіння троса із заданим у випадку їх різнобіжностей, тоді видається команда на виконуючий механізм і процес повторюється. Демпферна пружина 15 "гасить" коливання системи у процесі роботи стенда. При різкому зменшенні (обрив троса) або збільшенні (заклинювання трансмісії) зусилля натяжіння троса запобіжного пристрою вимикає електродвигун 9 приводу верстата, зберігаючи картину пошкодження для проведення аналізу.

Стенд змонтований на силовій підлозі, що дозволяє міняти розміри кінематичних зв'язків між основними агрегатами і механізмами, швидко переналагоджувати його на випробування різних трансмісій.

Для визначення працездатності відремонтованих рамних конструкцій використовують вібраційний стенд (рис. 4.11), розроблений у Державному науково-дослідному технологічному інституті (ДержНДТІ).

Рис.4.9. Схема вібраційного стенда випробувань елементів рамних конструкцій на утому: 1 – станина; 2, 3 – траверси; 4 – механічні вібратори; 5 – випробуваний зразок; 6 – вал; 7 – редуктор; 8 – привідний електродвигун; 9 – тяга; 10 – болти; 11 – самовстановні опори; 12 –вантажі

Основними елементами стенда є зварювальна станина 1 із траверсами 2 і 3, які розміщуються на самовстановних опорах 11 і нежорстких пружинах, а також механічні вібратори з приводом.

При проведенні ресурсних випробувань машин тваринницьких ферм необхідно враховувати також дію на них агресивних середовищ. В УкрЦВТ розроблено методики, які дозволяють врахувати дію агресивних середовищ на показники їх надійності.

У цьому ж інституті разом з Інститутом кібернетики НАН України розроблено систему "Сектор" з автоматизованим керуванням випробувань сільськогосподарських машин, регістраціею і попередньою обробкою результатів випробувань і наступним їх записом на магнітофон.

Крім перерахованих технічних засобів для випробування герметичних закритих зубчастих передач рекомендується застосовувати випробувальні спеціальні стенди для визначення їх ресурсу, а також стенди для випробування ременів, які працюють за принципом циркуляції енергії.

Для випробування силових передач від двигуна використовують гальмівні стенди. Для цього ведучі колеса машин замінюють гальмами, розробленими з урахуванням частоти обертання і величини крутного моменту. Гальмівний момент регулюється, а випробування провадяться в автоматичному режимі.

Для випробування шасі сільськогосподарських машин застосовується спеціальний стенд, обладнаний двома стрічками довжиною 19,5 і 20,0 м, шириною – 0,9 м. Стрічки пересуваються по ведучому і веденому барабанах. На стрічках змонтовані стальні сегменти-перешкоди, які дозволяють імітувати реальні умови руху шасі. Однакові комбінації перешкод трапляються через 660 м перебігу, що дозволяє створити комплекс навантажень на шасі, відповідний умовам експлуатації. Взаємне розташування стрічок регулюється, тому випробовуються шасі з різною колією передніх і задніх коліс. Стенд працює від електродвигуна постійного струму з безступеневим регулюванням частоти обертання і розрахований на навантаження 20 кН (при максимальному на одну вісь 120 кН).

Профіль перешкод розроблений на основі тривалих шляхово-полігонних досліджень.

Прискорення залежить від умов випробування машини і становить 1:3...1:15.

Для випробувань гумово-технічних деталей доїльних установок соскової гуми, трубок, патрубків, шлангів і мембран в УкрЦВТ розроблений спеціальний стенд, який забезпечує прискорення випробувань у 30 разів. Скорочення строків випробування досягається за рахунок цілодобової роботи стенда та зростання частоти і величини деформування деталей у місцях їх руйнування при експлуатаційних випробуваннях.