 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Перечень условных обозначений 12
ГМП – гидромеханическая передача КПП – коробка переключения передач КПД – коэффициент полезного действия МК – микроконтроллер
1. Устройство и принцип работы КПП (добавить/редактировать) 2. Причины поломок (добавить) 3. Альтернативы (поубирать)
Введение Сельское хозяйство в современных условиях – одна из наиболее транспортоёмких отраслей экономики. Производство сельскохозяйственной продукции, ее транспортировка и переработка невозможны без сложных и специально адаптированных к сельскому хозяйству автотракторных средств. Эффективное использование автотракторной техники в агропромышленном комплексе зависит от его работоспособного состояния. Улучшение эксплуатации, увеличение ресурса тракторов, а также снижение затрат на преждевременный ремонт возможно только при использовании современных методов и средств технического диагностирования, позволяющих перейти к системе ремонта по необходимости. Поэтому задача разработки методов и средств технического диагностирования тракторов является актуальной. В условиях эксплуатации сельскохозяйственной техники, и особенно таких тракторов, как «Кировец», одной из важнейших является задача повышения надежности работы трансмиссии, в частности коробок передач. Около 55 % отказов агрегатов трактора «Кировец» приходится на трансмиссию, ключевым звеном которой является коробка передач. Доля эксплуатационных отказов по гидромеханическим передачам (ГМП) достигает 28% от общего количества отказов, а время простоя при текущем ремонте ГМП достигает 30% от общего времени простоя в текущем ремонте. Наибольшее количество отказов по самой ГМП приходится на детали фрикциона (до 44%), причем затраты на ремонт фрикциона достигают 40% от общей суммы затрат на поддержание ГМП в технически исправном состоянии. Своевременные и целесообразные по глубине и объему технические воздействия, направленные на поддержание фрикционов ГМП в технически исправном состоянии, возможны только при наличии объективной диагностической информации. Перечисленные факты свидетельствуют о необходимости контроля технического состояния узлов и сопряжений у новых коробок передач после их сборки, осуществления послеремонтного контроля, а также проведения операций диагностирования в условиях эксплуатации. Частая разборка узлов с целью осмотра и замены отдельных деталей отрицательно сказывается на долговечности узла, так как при разборках могут возникнуть повреждения посадочных поверхностей, нарушиться взаиморасположения отдельных деталей, влияющие на их приработку. В последнее время большое внимание уделяется методам диагностики узлов трансмиссий, обеспечивающим контроль их работоспособности без разборки. Таким образом, разработка алгоритма функционального диагностирования ГМП, позволяющего определять техническое состояние ее фрикционов, является актуальной задачей. Цель данной дипломной работы – разработать метод диагностирования ГМП тракторов в условиях их эксплуатации на основе разработки алгоритма диагностирования их фрикционов. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1) Разработать алгоритм диагностирования фрикционов ГМП 2) Разработать алгоритм принятия решения о техническом состоянии фрикционов ГМП 3) Разработать структуру БД для хранения измеренных результатов 4) Разработать аппаратное обеспечение для диагностирования фрикционов ГМП
Аналитический раздел 1.1. Анализ предметной области В данном разделе кратко рассмотрим устройство и принцип работы ГМ КПП, выявим виды поломок и причины вызывающие их. Далее будут рассмотрены теоретические предпосылки метода диагностирования фрикционов ГМП на основе анализа временных характеристик измерения давления рабочей жидкости, при переключении передач.
1.1.1. Устройство и принцип работы ГМ КПП Коробка передач предназначена для старта и остановки трактора, для изменения скорости и направления движения, а так же тягового усилия на клюке, для передачи мощности двигателя механизму отбора мощности, отключения заднего ведущего моста и приведение в действие маслонасоса коробки передач при буксировки трактора. Коробка передач – механическая с шестернями постоянного зацепления, 16 скоростная (четырехрежимная), с гидравлическим управлением четырьмя фрикционами и механическим управлением зубчатыми муфтами. Все шестерни – прямозубые. В состав гидромеханической КПП входит механическая коробка передач и гидротрансформатор. Внешний вид коробки передач в собранном виде представлен на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Коробка передач
Для переключения передач используются фрикционы, работающие в масле, для включения первой передачи и заднего хода применяется зубчатая передача. Таким образом, переключение передач фрикционами осуществляется вращением коленчатого вала двигателя без снижения скорости – без разрыва мощности и крутящего момента. Однако при включение передачи часть муфт пробуксовывают, что является одной из причины снижения общего КПД коробки. Принцип работы гидротрансформатора, это некий гидравлический механизм, располагающийся между двигателем и механической коробкой, и состоящий из трех колес с лопатками: колеса реактора, турбинного и насосного колеса. При работе двигателя колесо насоса вращается одновременно с маховиком двигателя. Масло поступает в наружную часть насосного колеса под воздействием центробежной силы, действуя на лопатки уже турбинного колеса, приводя его во вращение. Масло из турбинного колеса поступает в реактор, задачей которого становится обеспечение плавной и безударной транспортировки жидкости в насосное колесо, при существенном изменение крутящего момента в сторону увеличения. Таким образом, циркуляция масла происходит по замкнутому кругу, передавая крутящий момент внутри гидротрансформатора. Увеличение крутящего момента во время перехода от двигателя к первичному валу коробки-характерная особенность гидротрансформатора. Наибольшее значение крутящего момента на турбинном колесе достигается при движении автомобиля с места. В этом случае реактор абсолютно неподвижен, поскольку заторможен муфтой свободного хода. По мере разгона, в автомобиле увеличиваются скорости вращения турбинного и насосного колеса. В то время как муфта свободно расклинивается, реактор начинает вращение с нарастающей скоростью, оказывая при этом все меньшее влияние на передаваемый крутящий момент. При достижении реактором максимального значения скорости вращения гидротрансформатор прекращает изменять крутящий момент и переходит в состояние работы гидромуфты. Таким образом, одновременно происходит равномерно-плавный разгон трактора и осуществляется бесступенчатая смена крутящего момента. Гидроаккумулятор предназначен для накопления масла, поступающего из гидросистемы под давлением, и подачи его во фрикцион выключаемой передачи, когда давление масла в этом фрикционе падает. Гидроаккумулятор представляет собой стальной цилиндр 1 закрытый крышкой 4, как изображено на рисунке 1.2. Внутри цилиндра установлен поршень 3 с резиновым уплотнительным кольцом, находящийся под воздействием двух пружин 2. Из клапанной коробки по трубопроводу масло поступает под давлением в отверстие крышки 4, отжимает поршень 3 и заполняет освободившееся пространство.
Рисунок 1.2 – Гидроаккумулятор
Гидравлическая система коробки передач предназначена для поочередного включения фрикционов и тормозков-синхронизаторов, безразрывного переключения передач, включения соединительной муфты механизма отбора мощности, смазывания трущихся поверхностей коробки передач, редуктора приводов насосов и соединительной муфты механизма отбора мощности, очистки и охлаждения масла, циркулирующего в системе. На рисунке 1.3 представлена гидравлическая система. Она состоит из шестерного насоса 18 с маслозаборным фильтром 17, фильтра 2 с редукционным клапаном 4, механизма 9 переключения передач с клапанной коробкой, гидроаккумулятора 13, тормозков-синхронизаторов 1, манометра давления масла 14, клапана 5 ограничения давления масла, масляного радиатора 25, трубопроводов и уплотнений.
Рисунок 1.3 – Схема гидросистемы коробки передач 1 – тормозок-синхронизатор; 2 – фильтр; 3 – перепускной клапан; 4 – редукционный клапан; 5 – клапан ограничения давления смазки; 6 – золотник механизма отбора мощности; 7 – золотник слива; 8 – золотник переключения передач; 9 – механизм переключения передач; 10, 11 и 12 – перекидные золотники; 13 – гидроаккумулятор; 14 – манометр давления масла; 15 – маслозаливной бочок; 16 – соединительная муфта механизма отбора мощности; 17 – маслозаборный фильтр; 18 – масляный насос НМШ-25; 19, 20, 21 и 22 - фрикционны соответственно первой, второй, третьей и четвертой передачи; 23 – ведущий вал; 24 – редуктор привода насосов; 25 – радиатор. Основными преимуществами такого типа коробок передач является компактность конструкции, больший срок службы и меньшие металлоемкость и шумность. Однако стоит отметить и недостатки, к которым относят сложность конструкции, высокая цена, и что самое неприятное пониженный КПД.
1.1.2. Причины поломок фрикционов В таблице 1.1 представлены наиболее часто встречающие неисправности КПП трактора «Кировец» и причины вызывающие их. Наиболее интересные, для нас представляются неисправности, относящиеся к гидросистеме коробки передач. Информация о видах неисправностей и причинах их вызывающих очень полена, так как используя эти данные можно будет не только определить техническое состояние ГМП, но и определить вид неисправности. Выявление вида неисправности автоматически – сложная задача и в данной дипломной работе она не будет решена. Определение вида неисправности остается задачей эксперта-механика. Таблица 1.1 – Виды неисправностей в КПП трактора «Кировец»
1.2. Анализ существующих решений Существующие методы диагностирования по средствам оценки можно разделить на субъективные и объективные методы. Субъективные методы диагностирования основаны на получении информации о состоянии объекта с помощью органов чувств человека. Например, состояние агрегатов и узлов трансмиссии оценивается по их шуму, температуре корпусных деталей, их функционированию, наличию различного рода трещин и неплотностей. Овладение этими методами в практике важно, так как они позволяют предотвратить большое количество поломок. Вместе с тем, субъективные методы обладают значительными недостатками – они требуют большого опыта в работе с агрегатами и узлами объекта диагностирования, не точны, не позволяют определить физический износ агрегата в целом, а также отдельных его деталей. Поэтому при повышенных шумах и стуках применяются объективные методы диагностирования. Объективные методы основаны на изменении диагностических параметров с помощью специального инструмента, диагностических приборов и систем. По способу методы диагностирования можно разделить на интегральные или методы, обеспечивающие определение обобщенных параметров технического состояния агрегатов и узлов машины и на дифференциальные методы, обеспечивающие определение параметров, характеризующих отдельные детали агрегата или узла диагностируемой машины. Предпочтительнее оказываются дифференциальные методы, которые позволяют выявить наиболее слабую деталь, пару или узел. Но в ряде случаев в зависимости от условий и времени диагностировании, например при проверке качества сборки тракторов на заводе-изготовителе, преимущество отдается диагностированию по обобщенным параметрам из-за их малой трудоемкости. Первыми методами проверки технического состояния ГМП стали методы, используемые при проведении лабораторно-доводочных и контрольных испытаниях в заводских условиях и условиях опорных автотранспортных предприятий. При данных испытаниях применяются стенды, состоящие из приводного и нагрузочного устройств. В качестве таких устройств используются электродвигатели, балансирно-подвешенные к раме и соединенные с весовыми устройствами для замера входного и выходного крутящих моментов на валах ГМП. С помощью тахометров измеряют частоту вращения входного и выходного валов. На основании этих параметров определяются характеристики внутренних потерь на нейтрали, на понижающей и прямой передачах, а также характеристики коэффициента трансформации и коэффициента полезного действия передачи на прямой передаче при постоянной величине входного крутящего момента. Метод проверки технического состояния ГМП в условиях АТП, после проведения ее ремонта в цехе по ремонту ГМП, включает в себя определение выше перечисленных характеристик и дополнительно проводится регулировка режимов автоматического переключения передач. Рассмотренные методы диагностирования применимы только для определения технического состояния ГМП, снятой с трактора. Параметры, используемые данными методами, позволяют определять только общее техническое состояние передачи, без выяснения снижения выходных эксплуатационных характеристик ГМП. Метод диагностирования ГМП на роликовом тяговом стенде разработан в МАДИ. При диагностировании используется прибор, разработанный автором метода к.т.н. В.М. Ляховым. Метод основан на контроле скорости автомобиля в моменты переключения передач. Для определения оптимальных скоростей в моменты переключения передач использовался расчетно-экспериментальный метод, позволяющий учитывать влияние основных эксплуатационных факторов. К недостаткам данного метода следует отнести то, что при вычислении оптимальных скоростей в моменты переключения передач не учитывается реальное техническое состояние трактора, а также фактическое распределение нагрузочных режимов на конкретном маршруте. Основным недостатком этих методов является невозможность поэлементного диагностирования ГМП, хотя доля выхода из строя из-за отказов элементной надежности схемы значительно выше, чем функциональной. При диагностировании по обобщенным параметрам технического состояния трансмиссии наиболее широкое распространение получил метод оценки по суммарному угловому зазору. Предельный суммарный угловой зазор в агрегатах и узлах трансмиссии характеризуется значительный износ шестерен, шлицевых соединений и подшипников. Суммарный угловой зазор механизмов измеряют с помощью люфтомера КИ-4813 ГОСНИТИ или КИ- 6924. Метод измерения угловых зазоров прост, нетрудоемок и позволяет оценить общее техническое состояние элементов трансмиссии тракторов. Но он серьезный недостаток, так как не позволяет определить состояние отдельных сопряжений и деталей, например, определить питтинг зубьев шестерен, с которым связано значительное количество отказов трансмиссии. В последние годы широкое применение получил метод спектрального анализа масел. Он заключается в определении концентрации продуктов износа в масле. Содержание их пропорционально скорости изнашивания деталей. Зная химический состав деталей и статические данные о скорости изнашивания деталей, можно по резкому возрастанию продуктов износа определить начало аварийного износа деталей и сопряжений. Определение концентрации продуктов износа в масле можно проводить различными методами, основными из которых являются калориметрический, поляграфических, магнито-индукционный, радиометрический. Недостатками перечисленных методов являются следующие: использование ручных устройств, не обладающих универсальностью, достаточно высокая погрешность измерения. Наиболее перспективным методом определения концентрации продуктов износа в масле, как уже отмечалось выше, является метод спектрального анализа. Он обладает универсальностью, информативностью, позволяет по одной пробе масла оценить состояние целого ряда деталей и сопряжений. К недостаткам метода следует отнести его дороговизну и ограниченную возможность дифференциальной оценки износа отдельных сопряжений. К интегральному методу диагностирования трансмиссии тракторов относится метод определения механических потерь в трансмиссии при ее прокручивании или измерения времени выбега машины. Увеличение потерь мощности на прокручивание агрегатов трансмиссии или уменьшение времени выбега механизма свидетельствует об ухудшении технического состояния трансмиссии. Метод прост, но малоинформативен и неточен. Существующие методы диагностики позволяют определять только общее техническое состояние передачи, без выяснения причин снижения выходных эксплуатационных характеристик ГМП. Зарубежные разработки в этой области направлены на создание встроенных средств диагностирования, нацеленных, в основном, на диагностирование системы управления ГМП и ее электронных блоков и не имеет возможности определять техническое состояние механической части коробки. Таким образом, проведенный анализ показал, что ни один из рассмотренных методов и средств диагностирования не удовлетворяет предъявленным в современных условиях требованиям универсальности, заключающегося в возможности применения в крупных предприятиях. Проанализировав существующие стенды диагностирования ГМП, можно сказать, что они ориентированы на использование средств внешнего стационарного диагностирования с использованием сложных, дорогостоящих и дефицитных стендов, что делает невозможным использование данных методов диагностирования у подавляющего большинства предприятий. На основании проведенного анализа существующих методов диагностирования ГМП было установлено, что наиболее перспективными для диагностирования фрикционов ГМП являются методы, основанные на анализе характеристик переходного процесса во время переключения передач. Наиболее целесообразным в создавшейся ситуации представляется разработка нового метода диагностирования ГМП (с возможностью определения технического состояния гидравлических систем коробок передач), приборная реализация которого предусматривает как возможность бортового диагностирования ГМП непосредственно в дорожных условиях, так и в условиях стационарного поста диагностики.
1.3. Требования к решению поставленной задачи Для решения поставленной цели и задач были определены следующие требования к программно-аппаратному комплексу: Ø Частота опроса датчиков 10 Гц; Ø Два аналоговых датчика давления на 10 Бар; Ø Один плата с микроконтроллером и АЦП с минимум двумя аналоговыми входами; Ø Разрешение АЦП на МК не менее 10 бит; Ø Возможность сохранять текущие измерения в БД и открывать старые измерения; Ø Программа автоматически должна давать экспертную оценку о техническом состоянии КПП.
1.4. Ограничения в реализации программного продукта При реализации программно-аппаратного комплекса были выделены следующие ограничения: Ø Разрабатываемый метод диагностирования выявляет неисправности вида: износ и поломка фрикционов, нарушение герметичности гидросистемы КПП, выход из строя гидроаккумулятора; Ø Разрабатываемый метод применим ко всем ГМ КПП как и у трактора «Кировец» К-700, однако все значения подоброны именно под коробку передач указанного трактора.
1.5. Входные данные Входные данные должны быть в формате двумерного массива, где первая строка это значения времени, вторая и третья строки соответственно значение давления первого датчика и значение давления второго датчика. Таблица 1.2 как пример входных данных. Таблица 1.2 – Пример входных данных
1.6. Выходные данные Выходные данные – это результат экспертной оценки технического состояния ГМП: КПП требуется ремонт либо состояние удовлетворительно. Так же представлены график изменения давления в гидроаккумуляторе и график изменения давления в механизме переключения передач. Информативность и ценность данные графики представляют только для обученного пользователя.
1.7. Вывод На основании проведенного анализа состояния вопроса можно сделать следующие выводы: - эффективным способом решения проблемы повышения уровня технического состояния тракторов является диагностирование ГМП, как агрегата, в значительной степени определяющего как технико-эксплуатационные характеристики трактора, так и материальные и трудовые затраты на его ТО и ремонт; - существующие методы и средства как стационарного, так и бортового диагностирования не в состоянии обеспечить эффективное определение технического состояния ГМП, так как одни требуют обязательного наличия стенда тяговых качеств, что в современных условиях трудно реализуемо, а другие определяют техническое состояние только электрических и электромеханических элементов системы управления передачей, и не могут диагностировать гидравлическую систему ГМП; - необходима разработка нового универсального метода диагностировать ГМП, позволяющий определять техническое состояние гидравлических систем ГМП как в дорожных условиях, так и в условиях стационарного диагностического поста. Наиболее перспективны в этом отношении методы, основанные на анализе характеристик переходного процесса во время переключения передач. Таким образом, разработка метода диагностирования ГМП, позволяющего определять техническое состояние ее фрикционов, является актуальной задачей.
Конструкторский раздел 2.1. Метод диагностирования ГМ КПП Теоретические исследования по разработке метода диагностирования гидромеханических передач направлены на обоснование выбора наиболее информативного диагностического параметра, использование которого возможно в устройстве для определения технического состояния гидромеханических передач.
Для получения расчетными методами динамических характеристик процесса функционирования гидравлической системы тракторных трансмиссий при изменении параметров технического состояния его элементов в виде функций времени Pвых=f(t), основываемся на математической модели функционирования фрикционных муфт гидромеханических передач, предложенную Тарасиком В.П.
2.2. Алгоритм оценки технического состояния ГМ КПП Саати хаати маати 2.3. Структура базы данных Идем к Нику 2.4. Проектирование аппаратной части Учитывая предъявленные требования к программно-аппаратному комплексу диагностирования ГМ КПП, необходимо разработать структуру и схему соединения аппаратной части комплекса. Полученная схема соединения элементов аппаратной части изображена на рисунке 2.1. __________________________________________________ Рисунок 2.1 – Схема соединения элементов аппаратной части Из схемы соединения видно, что у каждого аналогового датчика имеются 3 выхода. По первым двум течет ток плюс и минус, третий – GND. Плюс соединяется с выходом на плате 5V. Этот выход питает датчик. По названию выхода легко понять, что напряжение на нем равно 5В. Для работы выбранного датчика давления ###### требуется 1111 ампер и 5В. Таким образом, датчику не потребуется отдельное питание. Минус подключается к одному из аналоговых входов на плате. Всего на выбранной плате Arduino Uno 3 шесть аналоговых входов. Значения давления, измеряемые датчиком, будут передаваться как раз на аналоговый вход. Провод GND подключается к выходу на плате GND. Этот выход – является землей, потенциал на котором равен нулю. Таким образом, два датчика подключатся к плате параллельно, с разницей в подключении провода минус, их подключаем к разным аналоговым входам. Согласно предъявленным требованиям к продукту, диапазон измерения от 0 Па до 1.2 МПа. Электропитание платы может быть обеспечено через специальный выход, предназначенный только для подачи тока на плату, либо через USB соединение. В нашем случае, плата питается от компьютера, подключенного с помощью USB кабеля. Аналоговые входы на плате соединены с АЦП. Разрешение АЦП равно 10 битам, значит точность равна 1024. Таким образом, цифра 0 полученные АЦП равно 0 Па, а 1024 – 1.2 МПа. Микроконтроллер на плате ATMEGA8 прошит программой. Данная программа пишется в среде разработки Arduino, затем программатор записывает ее на МК. Так как на плате Arduino АЦП является периферией МК, то программа на МК может считывать показания датчиков и обрабатывать их. В дипломной работе, считанные данные отправляются на другое периферийное устройство – USB контроллер. К USB порту подключен провод. Другой конец которого подключается к USB порту компьютера. На этом схема подключения элементов аппаратной части дипломной работы закончена. Схема подключения узлов компьютера не рассматривается, так как устройства разных компьютеров может быть разным и разрабатывается не мной.
2.5. Структура программно-аппаратного комплекса На рисунке 2.1 представлена структура программно-аппаратного комплекса диагностирования ГМ КПП. Верхний уровень – это компьютер, на котором установлено основное программное обеспечение, которое производит оценку измерительных данных. Средний уровень представлен микроконтроллером с прошитой программой. Нижний уровень – это два датчика давления. Взаимодействие уровней происходит следующим образом: два датчика давления подключаются к аналоговым входам АЦП, модуль преобразует аналоговый сигнал в цифровой, который передается в микроконтроллер платы. Программа, прошитая на МК, считывает данные с АЦП с заданной частотой и отправляет полученные данные на USB порт. Для того чтобы на графике изменения давления в гидросистеме КПП были плавными и не было потерь данных в переходных процессах, частота опроса равно 10 Гц. Микроконтроллер подключен к компьютеру через последовательный USB порт, посредством которого происходит обмен данными. На компьютер установлена основная программа, которая считывает диагностические параметры с USB последовательно порта. Полученные данные добавляются в конец массива входных данных. В последующем, основная программа преобразует полученные данные так как ей нужно. Теперь легко представить как передаются показания датчиков основной программе.
Рисунок 2.1 – Структура программно-аппаратного комплекса 2.6. Вывод В результате проведенной работы разработан метод диагностирования состояния фрикционов ГМ КПП; выбран наиболее подходящий к предъявленным требованиям алгоритм экспертной оценки указанного состояния; разработана структура базы данных для хранения измерений диагностических параметров с возможность последующего воспроизведения оценки технического состояния коробки передач; разработана структура программного обеспечения и схема аппаратной части, а так же механизм взаимодействия аппаратной и программной части.
Технологический раздел 3.1. Обоснование выбора языка программирования 3.2. Обоснование выбора СУБД 3.3. Обоснование выбора элементов аппаратной части 3.4. Краткое руководство пользователя 3.5. Вывод В данной главе описан процесс написания и тестирования программного обеспечения. Представленная информация, необходимая для запуска и работы ПО и информация для подключения аппаратной части, установки датчиков давления. Помимо руководства пользователя в разделе тестирования можно ознакомиться с некоторыми аспектами работы программно-аппаратного комплекса.
Экспериментальный раздел 12 |
