CC BY
30<Тешетневс^ие чтения. 2016
УДК 662.822
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ГИДРОЦИЛИНДРОВ С ПОМОЩЬЮ СЖАТОГО ВОЗДУХА*
С. П. Ереско*1, Т. Т. Ереско1, А. С. Ереско1, В. С. Ереско1, Д. Ю. Кобзов2
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31.
2Братский государственный университет, Россия, 667509, г. Братск, ул. Макаренко, 40
* E-mail: eresko07@mail.ru
Приведен анализ диагностических стендов и технологий диагностирования гидроцилиндров. Представлены методика и результаты экспериментального исследования возможности применения сжатого воздуха для диагностирования уплотнительных устройств элементов гидропривода на примере диагностирования гидроцилиндров.
Ключевые слова: уплотнитель, гидроцилиндр, рабочая жидкость, сжатый воздух, утечка, канал износа, диагностика.
DEVELOPMENT OF METHOD OF DIAGNOSTICATING OF PACKOFFS OF HYDROCYLINDERS BY MEANS OF THE COMPRESSED AIR
S. P. Eresko*1, T. T. Eresko1, A. S. Eresko1, V. S. Eresko1, D. Y. Kobzov2
1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2Bratsk State University; 40, Makarenko St., Bratsk, Russia
* E-mail: eresko07@mail.ru
An analysis over of diagnostic stands and technologies of diagnosticating of hydrocylinders is brought. Methodology and results of experimental research ofpossibility of application of the compressed air are presented for diagnosticating ofpackoffs of elements of hydraulic drive on the example of diagnosticating of hydrocylinders.
Keywords: compression, hydrocylinder, working liquid, compressed air, loss, channel of wear, diagnostician.
Оценку герметичности уплотнительных устройств гидроцилиндров в стендовых условиях производят по объему фактической утечки рабочей жидкости через уплотнитель. В условиях эксплуатации применение такого метода практически невозможно в связи с отсутствием в конструкции гидроцилиндров специальных камер для сбора утечек жидкости.
Проверка гидроцилиндров, уже снятых с машин, требует применения специального испытательного оборудования.
Существующие стенды для испытания гидроцилиндров предусматривают поочередную опрессовку обеих полостей гидроцилиндров при неподвижном поршне. При подаче жидкости под давлением в одну из полостей от другой отбирают утечку, по объему которой судят о состоянии уплотнителя.
Предварительные исследования [1-5] показали, что применение данного метода позволяет выявить только такие отказы уплотнителей, которые связаны с нарушением их целостности (например, при наличии сквозных трещин, вырывов и т. д.). Равномерно изношенные уплотнители, которые дают при движении большую утечку, в статическом положении, как правило, утечки не имеют. Это объясняется эффектом
самоуплотнения манжетных уплотнителей, особенно при высоких давлениях рабочей жидкости.
Для диагностирования технического состояния уплотнительных узлов нами впервые было предложено использовать сжатый воздух [6-8]. Применение сжатого воздуха для диагностики гидроцилиндров обладает рядом преимуществ по сравнению с методами прямого измерения утечки жидкости. Во-первых, воздух обладает лучшей проницаемостью, мало меняет вязкость при изменении температуры, не прилипает к поверхностям сочлененных деталей. Следовательно, точность определения утечки воздуха выше, чем утечки жидкости. Во-вторых, отпадает необходимость в применении специальных камер для сбора утечки, работа с воздухом чище и позволяет экономить дорогостоящую рабочую жидкость. Кроме того, известно успешное применение сжатого воздуха в приборах контроля технического состояния цилинд-ро-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания при жестких зазорах.
Наряду с этим возникает необходимость экспериментальной проверки возможности применения сжатого воздуха для определения герметичности полостей гидроцилиндров, так как в последних применяются эластичные резиновые уплотнительные манжеты.
*Pe3ynbTaTbi nonyneHbi b paMKax BbinonHeHHs roc. 3aflaHHH: № 9.447.2014/k h 211/2014 (The results obtained in the framework of the state order № 9.447.2014 / k h 211/2014).
Механика специальных систем
С целью определения принципиальной возможности применения сжатого воздуха для диагностики гидроцилиндров были проведены предварительные экспериментальные исследования.
Исследования проводились на стенде, имитирующем работу штоковых уплотнительных устройств гидроцилиндров. Вместо жидкости в полость, герметизируемую двумя манжетными уплотнителями по ГОСТ 14896-84, подавался сжатый воздух по схеме, приведенной на рис. 1.
4 12 3
Рис. 1. Схема диагностирования уплотнительных устройств сжатым воздухом: 1 - имитатор; 2 - шток; 3 - уплотнительное гнездо; 4 - трубопровод; 5 - манометр; 6 - вентиль; 7 - компрессор
После нагнетания воздуха в полость имитатора 1 компрессором 7 объем воздуха в имитаторе отсекался вентилем 6 и производился отсчет времени при неподвижном имитаторе на разных уровнях давления. В гнезда имитатора устанавливались попарно вначале изношенные, а затем новые уплотнительные манжеты. Эксперименты проводились при наличии на штоках масляной пленки.
На рис. 2 приведен график зависимости падения давления воздуха в имитаторе от времени выдержки в статическом положении двух изношенных манжет, имеющих каналы износа. Падение давления в имитаторе происходит в результате утечки воздуха через уплотнители.
Р,МПа ______
I
\ "
2 4 6 8 10 12 Т.мин
Рис. 2. График изменения давления воздуха в имитаторе от времени выдержки в статическом положении, при установке в уплотнительных гнездах двух изношенных манжет
На графике (рис. 2) имеются три характерных участка: I - медленного падения давления; II - быстрого падения давления и III - постоянного давления. При увеличении давления до 0,22 МПа падение давления для всех испытанных манжет прекращается (утечка отсутствует). Новые манжеты выдерживают все уровни давления воздуха практически без утечки. Это можно объяснить следующим. На новых манжетах нет каналов износа, а предварительный натяг обеспечивает плотное прилегание рабочей кромки к уплотняемой поверхности, поэтому утечки воздуха в статике нет.
При наличии каналов износа на рабочих кромках и уплотняемых поверхностях утечка происходит в том случае, если эти каналы, хотя бы частично открыты. Если же уплотнитель при наличии каналов износа сохранил предварительный натяг, способный так деформировать рабочую кромку, до перекрытия каналов износа, то такой уплотнитель также не будет пропускать воздух в статике.
При снижении контактных давлений и увеличении размеров сечения каналов износа их перекрытие уменьшается. В этом случае происходит утечка воздуха, скорость которой зависит от степени открытия каналов износа, которая в свою очередь зависит от уровня давления, так как величина контактных давлений складывается из давления от предварительного натяга и давления воздуха.
Из рис. 2 видно, что при понижении давления до 0,05 МПа утечка воздуха ускоряется (участок 2), а при давлении 0,015 МПа утечка прекращается (участок 3), что, по-видимому, объясняется влиянием пленки масла, которая при этом давлении не выдавливается из каналов износа.
Изношенные манжеты, которые не давали утечки воздуха при неподвижном положении, и новые манжеты были затем испытаны при движении имитатора и следующих условиях: скорость движения 0,38 м/с; уровни начального давления в имитаторе от 0 до 0,1 МПа, время замера на каждом уровне 30 с.
Далее устанавливали различные уровни начального давления для изношенных и новых манжет, которые показывают, что утечка воздуха зависит от уровня начального давления в имитаторе и что новые манжеты при движении также пропускают воздух, но в значительно меньшей степени, чем изношенные.
Далее проверялось влияние степени износа центрирующих втулок штока на утечку воздуха через манжеты. В гнезда имитатора устанавливали центрирующие втулки, имеющие односторонний износ. При отклонении штока во втулке из одного крайнего положения в другое утечка воздуха происходила даже при установке новых манжет и отсутствии движения.
На основании проведенных исследований были сделаны следующие основные выводы:
1. Изношенные манжеты пропускают воздух в статике и в динамике, а неизношенные только в динамике.
2. Разница в утечке воздуха в динамике у изношенных и неизношенных манжет достаточна для регистрации ее приборами. Следовательно, утечка воздуха может быть принята в качестве диагностическо-
Решетневс^ие чтения. 2016
го параметра герметизирующей способности уплотнителей манжетного типа в уплотнительных узлах возвратно-поступательного движения и технического состояния гидроцилиндра в целом.
3. Разница в утечке воздуха через изношенные и неизношенные манжеты, а следовательно, точность и чувствительность диагностического параметра зависят от уровня начального давления воздуха.
4. На утечку воздуха влияет не только состояние уплотнителей, но также состояние поверхностей штока (гильзы) цилиндра, центраторов, защитных и стопорных колец, т. е. утечка воздуха - интегральный показатель технического состояния всего гидроцилиндра.
5. Результаты экспериментов выявили возможность применения сжатого воздуха для проверки герметичности эластомерных уплотнителей гидроцилиндров. Так как известно применение сжатого воздуха для измерения жестких зазоров в сопряжениях металлических деталей, можно считать, что применение сжатого воздуха возможно для контроля герметичности и всего гидроцилиндра.
Библиографические ссылки
1. Механика современных специальных систем : монография. В 3 т. Т. 2: Оборудование, исполнительные системы, устройства, узлы / Н. В. Василенко, Н. И. Галибей, В. К. Гупалов, С. П. Ереско, Т. Т. Ере-ско и др. ; под ред. Н. В. Василенко, Н. И. Галибея. Красноярск : ООО «Печатные технологии», 2004. 688 с.
2. Гидроцилиндры дорожных и строительных машин. Ч. 5. Техническая диагностика : монография / Д. Ю. Кобзов, С. П. Ереско, А. А. Трофимов, А. Ю. Кулаков, В. В. Жмуров // Братск. гос. ун-т. Братск, 2011. 119 с.
3. Ереско, С. П. Исследование влияния нагрузочного режима одноковшовых экскаваторов на надежность гидроцилиндров рабочего оборудования и их уплотнительных устройств : дис. ... канд. техн. наук: 05.05.04. Л. : ЛИСИ, 1981. 260 с.
4. Эффективные методы и средства диагностики гидроцилиндров / С. П. Ереско, Т. Т. Ереско, Е. В. Мер-кушев, В. И. Новоселов // Транспортные средства Сибири : межвуз. сб. науч. тр. с междунар. уч. / под ред. С. П. Ереско. Вып. 5. Красноярск : КГТУ, 1999. С. 330-335.
5. Ереско С. П. Математическое моделирование, автоматизация проектирования и конструирование уплотнений подвижных соединений механических систем : монография. М. : Изд-во ИАП РАН, 2003. 156 с.
6. Ереско С. П. Система управления надежностью уплотнений подвижных соединений гидроагрегатов строительных машин : дис. ... д-ра техн. наук : 05.02.02. Красноярск, 2003. 425 c.
7. Патент РФ на полезную модель № 114496. Стенд для испытания уплотнений / С. П. Ереско, В. С. Ереско, Т. Т. Ереско, В. А. Меновщиков, А. С. Янюшкин ; по заявке 2011126727/06(039614) приоритет 29.06.2011. Опубл. 27.03.2012, Бюл. № 9.
8. Стенд для испытания уплотнений. Патент РФ на полезную модель № 119833 / С. П. Ереско, В. С. Ереско, Т. Т. Ереско, А. С. Ереско, А. Н. Анта-мошкин, В. И. Усаков ; по заявке 2012113029 приоритет 03.04.2012. Опубл. 27.08.2012, Бюл. № 24.
References
1. Vasilenko N. V., Galibej N. I., Gupalov V. K., Eresko S. P., Eresko T. T. Mekhanika sovremennyh spe-cialnyh sistem. [Mechanics of the modern special systems]. Krasnoyarsk : Pechatnye tekhnologii publ., 2004. 688 p.
2. Kobzov D. Yu., Eresko S. P., Trofimov A. A., Ku-lakov A. Yu., ZHmurov V. V. Gidrocilindry dorozhnyh i stroitel'nyh mashin. CHast' 5. Tekhnicheskaya diagnostika. [Hydrocylinders of travelling and building machines. Part 5. Technical diagnostics]. Bratsk, 2011. 119 p.
3. Eresko S. P. Issledovanie vliyaniya nagruzochnogo rezhima odnokovshovyh ehkskavatorov na nadezhnost' gidrocilindrov rabochego oborudovaniya i ih uplot-nitel'nyh ustrojstv [Research of influence of the loading mode of single-bucket power-shovels on reliability of hydrocylinders of working equipment and their packoffs. techn. sci. diss]. Leningrad : LISIpubl., 1981. 260 p.
4. Eresko S. P., Eresko T. T., Merkushev E. V., No-voselov V. I. [Effective methods and facilities of diagnostics of hydrocylinders] // Transportnye sredstva Sibiri : 1999. № 5. P. 330-335. (In Russ.)
5. Eresko S. P. Matematicheskoe modelirovanie, av-tomatizaciya proektirovaniya i konstruirovanie uplotnenij podvizhnyh soedinenij mekhanicheskih sistem. [Mathematical design, computer-aided design and constructing of compressions of movable connections of the mechanical systems]. Moscow : IAPRAN publ., 2003, 156 p.
6. Eresko S. P. Sistema upravleniya nadezhnost'yu uplotnenij podvizhnyh soedinenij gidroagregatov stroitel'nyh mashin. [Control system by reliability of compressions of movable connections of hydroelectric generators of building machines. Dr. techn. sci. diss]. Krasnoyarsk, 2003. 425 p.
7. Eresko S. P., Eresko, T.T. Eresko V. S., Menovsh-chikov V. A., YAnyushkin A. S. Stend dlya ispytaniya uplotnenij [Stand for the test of compressions]. Patent RF, No. 114496. 2011.
8. Eresko S. P., Eresko T.T. Eresko V. S., Eresko A. S., Antamoshkin A. N., Usakov V. I. Stend dlya ispytaniya uplotnenij [Stand for the test of compressions]. Patent RF, No. 119833. 2012.
© Ереско С. П., Ереско Т. Т., Ереско А. С., Ереско В. С., Кобзов Д. Ю., 2016
