Measuring of reliability of cardan shaft

Автор: Gligori R., Aonja A., Пастухов А., Kuznetsov Y, Degtyarev M, Molnar T.

Журнал: Агротехника и энергообеспечение @agrotech-orel

Рубрика: Технический сервис в агропромышленном комплексе

Статья в выпуске: 1 (1), 2014 года.

Бесплатный доступ

Application conditions of cardan shafts on agricultural machines are not optimal. Leads to deviations of the angle of rotation with respect to the recommended values, as well as other sizes. There is the unacceptable values bearing temperature, velocity and acceleration vibration of cardan joint, and their lifetime is low. The aim of the study was to determine the limits for the angle of rotation in the laboratory, in which the shaft work with the allowable bearing temperature and vibration. These values are compared with values which are used back in sub-optimal conditions.

Короткий адрес: https://sciup.org/14769933

IDR: 14769933

Текст научной статьи Measuring of reliability of cardan shaft

UVODNO RAZMATRANJE

Pouzdanost poljoprivrednih mašina je veoma važna, jer rade u kratkim optimalnim periodima. Otkazi u tim periodima povlače velike gubitke [1, 2, 4, 5, 9,10].

Kardanska vratila imaju široku primenu na poljoprivrednim mašinama, jer prenose kretanje sa jednog vratila na drugo koji su pod uglom zakretanja α . Меđutim, pri jednolikom kretanju pogonskog vratila (1), radno (gonjeno) vratilo (2) obrće se nejednoliko (sl. 1a). Nejednolikost obrtanja gonjenog vratila (2) je veća što je ugao zakretanja α veći. Za kardansko vratilo sa dva kardanska zgloba i jedno međuvratilo ugaone brzine pogonskog vratila (1) i gonjenog (3) su iste ako su uglovi α ₁ = α ₂ . Kada se pojavi razlika ovih uglova Δα problem se ponova javlja, da ugaone brzine nisu iste ω ₁ ≠ ω ₃ (sl. 1b). Dozvoljena vrednosт ugla zakretanja kreće se do 30 ^o zavisno od toga gde se kardansko vratilo koristi i od ostalih uslova rada. U protivnom javljaju se neprihvatljive vrednosti momenata inercijalnih sila koje prouzrokuju povećane vibracije. Drugi uslov koji treba da je ispunjen je da se sva vratila (pogonsko 1, međuvratilo 2 i gonjeno 3) nalaze u istoj ravni, naprimer horizontalnoj (sl. 2a), vertikalnoj (sl. 2b), ili bilo kojoj drugoj. Za kardanska vratila koja prenose obrtno moment sa priključnog vratila traktora na radne organe priključnih mašina teško je ispinite navedene uslove, a poseno je teško ispuniti drugi uslov.

a) b)

Sl. 1. Osnovne veličine koje definišu obrtanje kardanskog vratila (Elementary variables that define the rotation of cardan shaft)

a) b)

Sl. 2. Položaj kardanskih vratila u jednoj ravni (The position of cardan shafts in one plane)

U cilju definisanja graničnih vrednosti ugla zakretanja α , na Poljoprivrednom fakultetu Univerziteta u Novom Sadu napravljen je laboratorisjki sto za ispitivanje kardanskih vratila „Ana“ [3] vodeće se iskustvom drugih autora [10,11] (sl. 3).

Sl. 3. Laboratorijski sto „Ana“ za ispitivanje kardanskih vratila ( Laboratory device "Ana" for testing of cardan shafts)

REZULTATI ISTRAŽIVANJA

Postavljen je ekperiment na laboratorijskom stolu „Ana“. Snaga pogonskog elektromotora je 11 kW, a broj obrtaja 965 ^o /min. Opterećenje ispitivanog kardanskog vratila je zadavano električnom kočnicom od 36,15 Nm, 55,25 Nm i 74,86 Nm. Broj obrtaja pogonskog vratila je bio 540 i 1000 ^o /min. Sva vratila su bila u jednoj, horizontalnoj ravni. Ugao zakretanja a se menjao od 18 do 24 ^o . Merena je temperatura u nepokretnim ležajima L u kojima se oslanjaju pogonsko i gonjeno vratilo sa bezkontaktnim laserskim infracrvenim termometrom. Broj obrtaja je meren ručnim kontaktnim mernim instrumentom „Probator“. Brzine i ubrzanja vibracija su merene u kardanskim zglobovima instrumentom „Marlin“ sonda SMVL 3600 IS u pravcu vertikalne V, horizontalne H i aksijalne A ose. Ispitivana su po tri vratila I, II i III različito opterećena. Ispitivanje je trajalo po 300 sati za svaku varijantu, sa vrlo kratkim prekidima sa konstantnim opterećenjem u uglom zakretanja. Spoljna temperatura je bila između 30 i 40 ^o .

Nekih od rezultata merenja prikazani su u tabeli 1, za ugao a = 20 ° . Dobijeni rezulati pokazuju da su temperatute svih lezaja bile u granicama preporučenih. Preporuka je da su zadovoljavajuće vrednosti temperature ležaja do 62 ^o C, nedozvoljavajuće od 62 do 73 ^o C, a nepoželjne iznad 73 ^o C.

Vrednosti brzina vibracija na pogonskom zglobu bile su zadovoljavajuće, dok su na gonjenom zglobu bile nešto veće, ali još uvek zadovoljavajuće. Vrednosti ubrzanja vibracija bile su na pogonskom zglobu u zadovoljavajućim granicama, izuzev u pravcu aksijalne ose A bile su malo povećane, ali još uvek u dozvoljenim garnicama. Vrednosti ubrzanja u gonjenom zglobu su bile nepoželjne u alsijalnom pravcu (podvučene i podebljane brojke).

Tabela 1. Rezultati merenja kardanskih vratila u laboratorijskim uslovima pri opterećenju od 55,25 Nm (The measurement results of cardan shafts under laboratory conditions at a load of 55,25 Nm) [2]

-3 'Д cd .8	сб "cd i> CZ) '£< ^	Krstak na pogonskom vratili 1 (doubletree on the drive shaft 1)						оз В у "В H	Krstak na gonjenom vratilu 2 (doubletree on the on prosecuted shaft 2)						оз В В в н
		Brzina vibracija (vibration velocity) (mm/s)			Ubrzanje vibracija (the vibration acceleration) (gE)			оз В у "В H	Brzina vibracija (vibration velocity) (mm/s)			Ubrzanje vibracija (the vibration acceleration) (gE)			оз В В в н
		V	H	A	V	H	A	L	V	H	A	V	H	A	L
о	I	0,9	0,9	0,6	0,9	0,5	0,9	35	1,0	0,6	1,6	0,9	0,6	1,3	36
	II	0,8	0,7	0,7	0,8	0,4	1,1	33	1,0	0,7	1,6	0,8	0,9	1,5	35
	III	0,7	0,7	0,6	0,9	0,5	1,0	32	0,9	0,5	1,4	0,7	0,7	1,3	33
о	I	0,8	0,8	0,7	0,8	0,5	1,3	43	0,9	0,6	1,9	0,8	0,8	2,2	44
	II	0,9	0,9	0,7	0,7	0,5	1,4	45	1,2	0,7	1,8	0,9	0,7	2,6	47
	III	0,8	0,8	0,6	0,6	0,6	1,3	46	1,1	0,6	1,6	1,0	0,6	2,8	48
о	I	0,8	0,7	0,6	0,7	0,4	1,2	40	1,1	0,6	1,8	0,8	0,9	1,4	42
	II	0,9	0,8	0,7	0,8	0,8	0,9	40	1,0	0,6	1,6	1,1	0,5	1,5	41
	III	0,8	0,9	0,6	0,6	0,5	1,3	39	0,9	0,7	1,7	0,9	0,7	1,4	30
s	I	0,8	0,7	0,7	0,9	0,5	1,1	41	1,0	0,6	1,7	1,0	0,8	1,6	41
	II	0,8	0,7	0,5	0,7	0,4	1,0	41	1,0	0,7	1,6	0,8	0,9	1,5	42
	III	0,8	0,7	0,6	0,7	0,5	1,3	43	1,2	0,6	1,6	1,2	0,6	1,6	45
	I	0,8	0,6	0,5	0,7	0,7	1,7	42	0,8	0,5	1,8	1,2	0,7	2,6	44
	II	0,7	0,7	0,6	0,9	0,7	1,5	45	0,9	0,6	1,7	0,9	0,8	2,1	47
	III	0,9	0,6	0,6	0,9	0,5	1,4	46	1,1	0,6	1,6	1,0	0,9	2,3	49
о	I	0,9	0,7	0,6	0,7	0,6	1,6	47	1,0	0,5	1,9	1,1	0,9	3,1	49
	II	0,8	0,7	0,7	0,9	0,5	1,8	51	1,2	0,7	1,8	1,4	0,7	2,8	53
	III	0,7	0,6	0,6	0,8	0,5	1,6	49	1,1	0,6	2,0	1,4	0,9	3,0	51

Preporuka ISO standarda [8] za brzine vibracija za ovu klasu mašina su zadovoljavajuće do 1,8 mm/s, od 1,8 do 4,4 mm/s su nezadovaljavajuće, a preko ove vrednosti su nedozvoljene. Isti standard preporučuje da su ubrzanja vibracija do 0,75 gE zadovoljavajuća, od 0,75 do 1 gE nezadovoljavajuća i preko 2 gE su nepoželjna.

Prosečne vrednosti brzina i ubrzanja vibracija u pogonskom zglobu prikazane su na sl. 4a, a u gonjenom na sl. 4b. Prosečne vrednosti su bile veće na gonjenom zglobu, što je bilo i za očekivati. Ova vratila korišćena u laboratorijskim uslovima bila su i nakon 300 h rada za upotrebu, jer su temperature u ležajima bile u dozvoljenim vrednostima, sa malim povećanjem ubrzanja vibracija, samo u aksijalnom pravcu.

Pri povecanju ugla a > 20 ° naglo se povecavala temperatura u ležajima, kao i brzine i ubrzanja vibracija, te ovaj ugao nije dalje povećavan.

Na istom laboratorijskom stolu ispitana su tri kardanska vratila koja su korišćena u stvarnim neoptimalnim uslovima rada za pogon poljoprivrednih mašina. Vratila su bila u upotrebi 155, 119 i 143 h. Ispitivanja ovih vratila su pokazala da su dalje neupotrebljiva, zbog nedozvoljenih vrednosti temperatura u ležajima i ubrzanja vibracija na gonjenom zglobu (tabela 2). Za kratko vreme ispitivanja temperatura na gonjenom vratilu dostigla je vrednost od 91 ^o C. Ovi rezultati merenja jasno pokazuje da su vrednosti osnovnih veličina pri korišćenju kardanskih vratila bile iznad preporucenih (ugao zakretanja a i polozaj vratila).

Sl. 4. Prosečne vrednosti brzina i ubrzanja kardanskog zgloba pri laboratorijskom ispitivanju (Average values of velocity and acceleration of cardan joint in laboratory testing)(2)

Tabela 2. Rezultati merenja kardanskih vratila nakon eksploatacije pri opterećenju od 55 Nm (The measurement results of cardan shafts after exploitation at a load of 55 Nm) [2]

cd P ^ cd co J	cd "cd 43 £ ^ 5 ⁴⁵	Krstak na pogonskom vratili 1 (doubletree on the drive shaft 1)						cd p cd 'cd H	Krstak na gonjenom vratilu 2 (doubletree on the on prosecuted shaft 2)						cd p cd 'cd H
		Brzina vibracija (vibration velocity) (mm/s)			Ubrzanje vibracija (the vibration acceleration) (gE)			cd p cd 'cd H	Brzina vibracija (vibration velocity) (mm/s)			Ubrzanje vibracija (the vibration acceleration ) (gE)			cd p cd 'cd H
		V	H	A	V	H	A	L.S.	V	H	A	V	H	A	L.S.
155	I	1,6	1,5	1,3	1,2	1,0	3,5	62	2,5	1,0	3,6	2,5	1,5	4,2	87
119	II	1,2	1,2	1,1	1,4	0,8	2,8	68	1,8	1,1	2,9	1,2	1,8	2,6	65
143	III	1,5	1,3	1,4	1,5	0,6	3,2	72	2,0	0,0	2,9	1,8	1,6	3,2	91

ZAKLJUČAK

Na osnovu sprovedenog istraživanja autori su zaključili da je optimalni ugao zakretanja kardanskog vratila na poljoprivrednim masinama do a = 20 ° . Pri povecanju ove vrednosti, obzirom da se teško može na poljoprivrednim mašinama zadovoljiti drugi uslov, da su sva vratila u jednoj ravni, doćiće do povećanih vrednosti brzina, posebno ubrzanja vibracija, koje će dovesti do kratkog perioda rada kardanskog vratila, tj. do smanjene pouzdanosti.

ZAHVALNICA

Rad je rezultat istraživanja u okviru tehnološkog projekata broj TR 31025 koji finansira Ministarstvo prosvete, nauke i tehnološkog razvoja Republike Srbije.

Список литературы Measuring of reliability of cardan shaft

Ašonja A., Mikić Danilo, Gligorić R. (2010): Analiza eksploatacione pouzdanosti poljoprivrednih kardanskih vratila, часопис Traktori i pogonske mašine, vol. 15, broj 5, pp. 42-46,
Ašonja A. (2012): Dijagnostika stanja kotrljajnih ležaja i njen uticaj na pouzdanost kardanskih vratila na poljoprivrednim mašinama, doktorska disertacija, Fakultet tehničkih nauka „Mihajlo Pupin“ Zrenjanin Univerziteta u Novom Sadu,
Ašonja, A., Adamović, Ž., Gligorić, R., Пастухов А.Г., Savin. L. Tomić M., Simikić M., Desnica, E. Mikić D. (2012): Tehničko rešenje: Laboratorijsko -opitni sto za ispitivanje pouzdanosti poljoprivrednih kardanskih vratila, model: „Ana”, Poljoprivredni fakultet Univerziteta u Novom Sadu
Дегтярев М.Г. (2003): Методы средства повышения ресурса трансмиссии тракторов с шарнирной рамой. Монография/.-Орел: изд-во Орел ГАУ, 257 с.
Ерохин М.Н. Пастухов А.Г. (2008): Надежность карданных передач трансмиссий, сельскохозяйственной техника в эксплуатации, монография, Белгородская государственная сельскохозяйственная академия, Белгород
Gligorić R., Radomirović D., Anđelković S. (2002): Primena i izbor kotrljajnih ležaja u traktorima, Letopis naučnih radova, Poljoprivredni fakultet, Novi Sad, vol. 26, broj 1, s. 145-161
Gligorić R., Ašonja A. (2005): Problemi uravnoteženja vibracija i mehanizama, časopsi Održavanje mašina, vol 2, No 5, 52-56
ISO 10816-1: 1995/Amd 1:2009. Mechanical vibration -Evaluation of machine vibration by m easurements on non-rotationg parts -Part 1: General guidelines
Кузнецов Ю.А., Гончаренко В.В., Кулаков К.В. (2011): Инновационные способы газотермического напыления покрытий. Монография/. -Орел: изд-во Орел ГАУ, -124 с.
Пастухов, А. Г., Глигорић, Р., Тимашов, Е. П., Ашоња. А. Н. (2012): Резервы формирования безотказности карданных передач, Mеждународной научно-производственной конференции, Cовременные проблемы инновационного развития агроинженерии и информационных технологий, №.5, Издательство Белгородской ГСХА. Белгород
Пастухов, А. Г., Глигорић, Р., Ашоња, А.Н. (2012): Стендовые испытания -механизм оценки качества, XVI международная научно -производственная конференция, „Инновационные пути развития АПК на современном этапе”, №.148, Издательство Белгородской ГСХА, Белгород.

Еще

Статья научная