CC BY
11
УДК 69.002.51.192:621.225.2
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ГИДРОЦИЛИНДРА ПО ПАРАМЕТРАМ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЕГО УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ УЗЛОВ
Д. Ю. Кобзов1*, С. П. Ереско2*, В. Г. Губанов3*, А. А. Трофимов 1, Е. А. Слепнева1
1Братский государственный университет Российская Федерация, 665709, Иркутская область, г. Братск, ул. Макаренко, 40
E-mail:kobzov7159@mail.ru 2Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail:eresko07@mail.ru 3ООО НТЦ «Гидротранс» Российская Федерация, 197374, Санкт-Петербург, Мебельный проезд д. 10, лит. А
E-mail: info@hydrotrans.ru
Диагностирование гидроцилиндра по параметрам герметизирующей способности его уп-лотнительных узлов с использованием в качестве контролируемой среды обычного атмосферного воздуха имеет целый ряд преимуществ по сравнению с диагностированием с применением жидкости, среди которых: точность и достоверность диагноза вследствие более высокой проницаемости газа, нежели жидкости, низкая энергоёмкость, экономичность, экологичность и высокая культура производства работ по техническому обслуживанию и ремонту гидроцилиндров.
Ключевые слова: воздух, диагностирование, газ, герметизирующая способность, гидроцилиндр.
DIAGNOSIS OF HYDRAULIC CYLINDER ON SEALING ABILITY PARAMETERS OF ITS SEALING UNITS
D. Y. Kobzov1, S. P. Eresko2, V. G. Gubanov3, A. A. Trofimov1, E. A. Slepneva1
xBratsk State University 40. Makarenko Str., Bratsk, Irkutsk Region, 665709, Russian Federation E-mail: kobzov7159@mail.ru 2Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: eresko07@mail.ru 3OOO NTS "Gidrotrans" 10, lit. A, Furniture passage, St.-Petersburg, 197374, Russian Federation E-mail: info@hydrotrans.ru
Diagnosis of hydraulic cylinder on parameters of sealing ability of its sealing nodes using controlled substances as normal atmospheric air has a number of advantages compared to diagnosis with application of fluid, among which are: precision and accuracy of diagnosis as a result of higher permeability of gas than a liquid, low energy consumption, efficiency, environmental friendliness and high culture ofproduction, maintenance and repair of hydraulic cylinders.
Keywords: air, diagnostics, gas, sealing ability, hydrocylinder.
Под герметизирующей способностью гидроцилиндра понимается способность его уплот-нительных узлов удерживать рабочую жидкость, находящуюся под давлением в полостях гидроцилиндра, с минимальными перетечками из области высокого в область низкого давления.
Согласно многочисленным исследованиям отечественных и зарубежных учёных с потерей этой способности гидроцилиндра связано около 70 % всех его отказов. Информацию о герметизирующей способности принято получать путём контроля параметров негерметичности, то есть измерением наружных утечек и/или внутренних перетечек рабочей жидкости. При этом актуальной остаётся задача повышения достоверности диагноза, которая решается, в частности, посредством замены при диагностировании рабочей жидкости на газ, обычный атмосферный воздух с учётом большинства его характеристик. Запатентованная технология (Патент РФ № 2139510), обеспечивающая диагностирование уплотнительных узлов гидроцилиндра в динамическом режиме, предпочтительнее метода [1] из-за целого ряда преимуществ [2] и основана на применении переносного диагностического устройства (рис. 1), которое состоит из вентилей 1...4, мановаку-умметров 5, 6, газовых расходомеров 7, 8, соединительных магистралей 9, 10, выпускного 11 и впускного 12 патрубков.
Данная технология диагностирования гидроцилиндра по параметрам герметизирующей способности предполагает создание перепада давления воздуха в результате перемещения его штока и определения утечек воздуха через уплотнительные узлы путём измерения давления воздуха в полости низкого давления, объёма воздуха, вытесненного движущимся поршнем из полости высокого давления, и объёма воздуха, поступившего в полость низкого давления при неподвижном штоке.
В зависимости от конструктивных параметров гидроцилиндра перед проведением диагностирования задаются начальные условия: - соотношение ходов поршня для гидроцилиндра с односторонним штоком при его выдвижении, при этом скорость движения выбирается из условия, что давление в полостях цилиндра не должно превышает 0,09.0,1 МПа, при котором возможно «захлопывание» уплотнителя [1]. Перемещение выбирается произвольно в зависимости от интересующего участка уплотняемой поверхности. Диагностирование осуществляется в несколько этапов, на последнем из которых по объёмным утечкам воздуха и его плотности р оценивается удельная массовая утечка газа в динамическом режиме. К недостатку упомянутого метода следует отнести недостаточную точность определения утечек воздуха, в частности, его удельных массовых утечек в статическом и динамическом режимах при колебаниях его плотности из-за изменения влажности, температуры и высоты расположения испытываемого гидроцилиндра от уровня мирового океана, что снижает достоверность результатов испытания. Для его исключения предлагается устройство, представленное на рис. 1 дополнительно снабдить барометром 13, психрометром 14 и термометрами 15, 16 для контроля соответственно: давления, влажности и температуры воздуха в месте проведения диагностирования гидроцилиндра (рис. 2).
9 1 7
11 2 10
9
7
II 2 10
Рис. 1. Принципиальная схема устройства Рис. 2. Принципиальная схема усовершенствованного
для диагностирования гидроцилиндров воздухом устройства для диагностирования гидроцилиндров
воздухом
Переменная плотность воздуха р с учётом его влажности и температуры, а также с учётом высоты расположения испытываемого гидроцилиндра от уровня мирового океана рассчитывается по формуле
В Р р =--0,0013 .
явг т
где В - барометрическое давление, определяется по показаниям барометра в кПа; Рн - давление насыщенного пара в кПа; Т - абсолютная температура определяется по показаниям термометра, °К; ЯВ - универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/Кмоль; ф - относительная влажность по данным психрометра.
Следует отметить, что возможные резкие колебания показаний мановакуумметров 7, 8 при движении штока указывают на наличие таких повреждений уплотняемых поверхностей штока и корпуса гидроцилиндра, как царапины, вмятины и задиры. Соотнесение показателей мановакуумметров 7, 8 с расположением штока позволяет локализовать эти повреждения без разборки гидроцилиндра и своевременно отправить его в ремонт, сократив, тем самым, время на дефек-товку.
Кроме того, так как для большинства гидравлических жидкостей р^ = 0,7...1,2 г/см3, удельные массовые утечки жидкости примерно равны их удельным объёмным утечкам. Это позволяет применять единую шкалу для удельных объёмных утечек жидкости [мм3/(мхс)] и удельных массовых утечек газа [мг/(мхс)].
К рекомендациям по использованию данного метода можно отнести следующее: реальные газы с хорошим приближением подчиняются объединенному закону газового состояния Менде-леева-Клайперона при значениях давления и температуры вблизи 100 кПа и 273 °К.
Кроме того, в реальных условиях, при диагностировании гидроцилиндров с применением данного способа, необходимо учесть ряд факторов, оказывающих влияние на точность оценки утечки воздуха. К ним можно отнести газопроницаемость элементов гидроцилиндров, газоотделение их поверхности, газовыделение остаточной гидравлической жидкости. Проявление двух первых возможно только при довольно высоких температурах, последний эффект, так называемое «холодное кипение», появляется при давлениях воздуха ниже атмосферного. При давлении воздуха в полости гидроцилиндра 0,015 МПа и ниже утечка воздуха через уплотнитель прекращается, поскольку остаточная пленка рабочей жидкости не выдавливается из микроканалов и герметизирует их [3].
Метод диагностирования гидроцилиндра по параметрам герметичности его уплотнитель-ных узлов с использованием воздуха [4] обеспечивает: высокую точность диагностирования из-за незначительной зависимости вязкости воздуха от температуры и его высокой проницаемости; достоверность диагноза в динамическом режиме для цилиндров, работающих циклически, и в статическом режиме для цилиндров поддержки, возможность локализации повреждений уплотняемых поверхностей; низкую потребляемую мощность, так как перепад давлений создаётся движением штока и перекрытием полости; безопасность (пожаробезопасность); простоту конструкции и управления диагностическим средством; исключение потерь рабочей жидкости; эколо-гичность и экономичность процесса диагностирования. Метод диагностирования гидроцилиндров по параметрам герметичности может быть интегрирован в технологию испытаний контактных уплотнений гидропневмосистем [5].
Библиографические ссылки
1. Ереско С. П. Исследование влияния нагрузочного режима одноковшовых экскаваторов на надёжность гидроцилиндров рабочего оборудования и их уплотнительных устройств : дис. ... канд. техн. наук ; ЛИСИ. Л., 1981. 260 с.
2. Кобзов Д. Ю., Трофимов А. А., Лханаг Д., Жмуров В. В., Плешивцева С. В. Диагностирование уплотнительных узлов гидроцилиндра воздухом // Тр. Братск. гос. техн. ун-та. Т. 2. Братск : БрГТУ, 2003. 341 с.
3. Ереско С. П. Система управления надежностью уплотнений подвижных соединений гидроагрегатов строительных машин : дис. ... докт. техн. наук 05.02.02. защищена 31.10.2003, утв. 12.03.2004 ; НИИ СУВПТ. Красноярск, 2003. 425 с.
4. Разработка метода диагностирования уплотнительных устройств гидроцилиндров с помощью сжатого воздуха / С. П. Ереско, Т. Т. Ереско, А. С. Ереско и др. // Решетневские чтения : материалы ХХ Междунар. конф. Т. 1 ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2016. С. 412-414.
5. Разработка технологии испытаний контактных уплотнений гидропневмосистем / С. П. Ерес-ко, А. В. Ереско, В. С. Ереско и др. // Решетневские чтения : материалы XVIII Междунар. конф. Т. 1 ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2014. С. 273-274.
© Кобзов Д. Ю., Ереско С. П., Губанов В. Г., Трофимов А. А., Слепнева Е. А., 2018
