PARAMÉTEREI
BÁRTFAI Zoltán1 – KÁTAI László 2 – SZABÓ István 3 – GÁRDONYI Péter 4
1 SZIE GEK, 2103 Gödöllő Páter K. u. 1, bartfai.zoltan@gek.szie.hu
2 SZIE GEK, 2103 Gödöllő Páter K. u. 1, katai.laszlo@gek.szie.hu
3 SZIE GEK, 2103 Gödöllő Páter K. u. 1, szabo.istvan@gek.szie.hu
4 SZIE GEK, 2103 Gödöllő Páter K. u. 1, gardonyi.peter@gek.szie.hu Bevezetés
A termelékenység növelése érdekében a mezőgazdasági iparágat XX. század közepétől nagyfokú gépesítés jellemzi, ezáltal a mezőgazdasági gépekkel szemben magas elvárások alakultak ki. A nagy értékű eszközrendszer optimális kihasználásához elengedhetetlen a megfelelő üzemeltetés. A gépüzemeltetés az erőgép CAN-bus rendszeréről gyűjtött adatokat alapján optimálható. Célunk az ehhez szükséges adatok meghatározása.
A mezőgépek fejlesztésénél a teljesítmény fokozása és a megbízhatóság mellett a gazdaságos üzemeltetés is lényeges irányelv, amely a gépszerkezet valamennyi részegységére igazak. A hatékonyság növelése érdekében nagy hangsúlyt fektetnek a gyártok a motorok fejlesztése mellett a munkavégző részegységek és a teljesítmény-átvitel elemeire is, amelyek a gépek összhatásfokának javítására irányulnak. A mezőgazdasági gyakorlatban a gépegységek energiaellátására elterjedten használnak rugalmas vonóelemes hajtásokat, ez ösztönözi a szíjhajtások területén történő kutatásainkat. A hajtások működésének mélyreható vizsgálatával pontos képet kapunk az üzemeltetés szempontjából fontos hajtásjellemzőkről.
Irodalmi áttekintés
Az ékszíjhajtás hatásfoka a hasznos és a bevezetett teljesítmény hányadosa. A hasznos teljesítmény a hajtott tengelyen jelenik meg, amely a szíjtárcsára átadott kerületi erő és a kerületi sebesség szorzata. A bevezetett teljesítmény a hajtó oldalon, a hajtó tárcsán keresztül tápláljuk be a rendszerbe (Kátai and Szabó, 2015):
a teljesítmény átvitel során jelentkező szíjcsúszás:
A hatásfokegyenletet tovább alakítva két tagból álló összefüggést kapunk. A zárójeles rész a mozgásveszteséget, a
κ
pedig a kerületi erőn megjelenő veszteségeket jelenti.30
Jellemzően az eddig megjelent kutatások mozgás- és egyéb nyomatékveszteségek vizsgálatán keresztül foglalkoztak az ékszíjhajtások teljesítményveszteségével. Gervas és Pronin szerint (Gervas and Pronin, 1967, 1969) az ékszíjhajtások nyomatékvesztesége egyrészt a vonóelem belső súrlódásából, amely a szíjágerők által előidézett alakváltozás mellett főként hajlítgatásából származik, másrészt a sugárirányú súrlódási veszteségből tevődik össze, amely a szíjelem tárcsahoronyba történő be- és kilépésekor jön létre. A mozgásveszteség az érintőirányú csúszásokból tevődik össze.
Anyag és módszer
A hajtásparaméter vizsgálatához hagyományos kísérleti módszer szerint (One-Factor-at-a-Time) állítottuk össze a mérési programot, ahol egyszerre az egyik hajtásparaméter lett módosítva a többi hajtásjellemző rögzített értéke mellett. A mért adatok kvalitatív analízisére többváltozós regressziós modellt használtunk. A modellek adekvát voltát varianciaanalízis (ANOVA) segítségével igazoltuk, valamint kiszámítottuk a modellben szereplő változók együtthatóinak értékét. Meghatároztuk az egyes faktorok súlyát, azaz hogy az egyes hajtásjellemzők a többi független változóhoz mérten mekkora hatást gyakorolnak a függő változóra. Az adatok elemzése Statistical Package for Social Science (SPSS) szoftverrel történt.
Eredmények és értékelésük
Az ékszíj hőmérsékletének emelkedése, azaz a kiindulási és a telítődési hőmérséklet különbség segítségével meghatároztuk a nyomatékveszteséget befolyásoló faktorokat a hajtásparaméterek körében. Az ékszíj hőmérsékletének emelkedés modell:
A hajtásparaméter vizsgálatoknál a szíjhőmérséklet mellett folyamatosan mértük a hajtás csúszását, amellyel az üzemszerű állapot fennállását is ellenőriztük. A hőmérséklet vizsgálatoknál felállított regressziós egyenlet alapján a modell:
A hajtásparaméterek vizsgálatával lehetőség nyílik a kísérletbe vont hajtások energiamérlegének létrehozására. A hajtás hatásfoka a hasznos és a bevezetett teljesítmény hányadosaként értelmezhető:
ahol a bevezetett teljesítmény a hajtó oldalon mért nyomaték és szögsebesség szorzata. A hasznos teljesítmény a hajtott tengely nyomaték és szögsebesség értékekből határoztuk meg. Az elvégzett kísérleteknél az ékszíjhajtás-beállítások hatásfoka és között változott. A vizsgálatok során mért hajtásparaméterek segítségével meghatározható a teljesítményveszteség:
31
A veszteség a 3 egyenlet szerint tovább bontható nyomaték- és mozgásveszteségből származó teljesítményveszteségekre:
ahol a nyomatékveszteség meghatározható a mért nyomatékok különbsége és a hajtó oldal szögsebességének szorzatával:
A mozgásveszteség a hajtott tengely elméletileg meghatározható szögsebességét csökkenti, ezzel szintén hozzájárul a teljesítményveszteséghez:
A 9 és a 10 egyenleteket a 8 összefüggésbe helyettesítve a 7 egyenletet kapjuk vissza:
A kísérleti beállítások teljesítmény-átvitele 450 és 1660 W között változott, ahol a teljesítményveszteség (20-153 W) is beállítástól függő érték. A veszteség további felbontását varianciaanalízis segítségével, a független változók varianciája alapján becsüljük meg (1. ábra).
1. ábra. Ékszíjhajtás kvalitatív energiamérlege Figure 1. Belt drive energy components
32
(Z/10 profil; ; ; ; ;
; )
A vizsgált ékszíjhajtások bevezetett teljesítményének 3-21%-a veszteség. A teljesítményveszteség nagyobb részét, 75-92%-át a nyomatékveszteség, a megmaradt részt a mozgásveszteség teszi ki. A nyomatékveszteség meghatározóan az ékszíj hajtogatásából (belső súrlódásból) származik, amelyet a szíj hajtogatásának sugara, illetve annak gyakorisága határoz meg. Az erőzáró hajtás érintkező felületeinek súrlódási vesztesége összetett módon jelentkezik. Egyrészt az ékszíj felületi rétegének ismétlődő deformációjából, amely nyomatékveszteségként realizálódik, illetve a szíjelem relatív elmozdulásából tevődik össze. A mozgásveszteséget a kapcsolódó felületek súrlódási viszonya befolyásolja, amelyet az átadott kerületi erő nagysága, illetve változása (átfogási ívhossz menti alakváltozás lefolyása) és az ékszíj előfeszítése határoz meg.
Összefoglalás
Az ékszíjhajtások teljesítményvesztesége mozgás- és kerületi erőn megjelenő veszteségből tevődik össze. Létrehoztuk a szíjmelegedés matematikai modelljét a hajtásparaméterek függvényében, és a független változók súlyozásával meghatároztuk az egyes paraméterek hatását. A kísérletsorozatból felállítottuk a hajtás egész rendszerre nézett csúszásának matematikai modelljét is, és szintén meghatároztuk a hajtásparaméterek hatását a vizsgált jelenségre. Az eredmények felhasználásával létrehoztuk az ékszíjhajtás energiamérlegét, és elemeztük az egyes összetevők hatását, így meghatározhatók az üzemeltetés szempontjából fontos hajtásjellemzők.
Kulcsszavak: precíziós gépüzemeltetés, ékszíjhajtás, teljesítményveszteség, Köszönetnyilvánítás
A publikáció az EFOP-3.6.1-16-2016-00016 azonosítószámú, SZIE Szarvasi Campusának kutatási és képzési profiljának specializálása intelligens szakosodással:
mezőgazdasági vízgazdálkodás, hidrokultúrás növénytermesztés, alternatív szántóföldi növénytermesztés, ehhez kapcsolódó precíziós gépkezelés fejlesztése című projekt keretében jött létre.
Irodalom
Kátai L, Szabó I.: 2015, Identification of V-belt power losses with temperature measurement. Journal of Mechanical Science and Technology 29:(8), pp. 3195-3203.
K. J. Gervas and B. A. Pronin: 1967, Calculation of power losses in belt drives, Russian Engineering Journal, 47 (3), pp. 26-29.
K. J. Gervas: 1969, Determining the power losses in V-belt drives during flexure, Soviet Rubber Technology, 28 (2) 42.
33