CC BY
21
МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 623.87
ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОСИСТЕМ МАШИН КОММУНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ МЕТОДОМ ПОДОБИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
© 2012 г. И.К. Гугуев
Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты
South-Russian State University of the Economy and Service, Shahty
Приведены результаты использования стенда для диагностики элементов гидропривода машин коммунального назначения. Стенд позволяет проводить испытания элементов гидросистем термодинамическим методом и методом подобия функционирования технических систем. Кроме этого, представлены результаты диагностирования причин неисправностей пластинчатых насосов машин коммунального назначения.
Ключевые слова: гидросистема; техническое состояние; диагностический стенд; структурные и функциональные параметры.
In article results of use of the stand for diagnostics of elements of a hydraulic actuator of domestic cars are resulted. The stand allows to conduct tests of elements of hydrosystems by a thermodynamic method and a method of similarity of functioning of technical systems. Besides, in article results of diagnostics of the reasons of malfunctions of lamellar pumps of domestic cars are presented.
Keywords: hydrosystem; a technical condition; the diagnostic stand; structural and functional parameters.
Испытание элементов гидросистем машин коммунального назначения (МКН), в силу мобильного характера их работы и высоких требований к их технической готовности предлагается выполнять с использованием несложного испытательного стенда (рис. 1) и сочетания таких методов, как термодинамический [1] и метод подобия функционирования технических систем [2 - 4].
Испытательный стенд состоит из бака 1, датчиков давления 2, диагностируемого насоса 5, электродвигателя привода диагностируемого насоса 4, тахогенера-тора 3, виброметра 6, датчиков температуры 7, насоса стенда 8, электродвигателя привода насоса стенда 9, обратных клапанов 11, предохранительного клапана 10, масляного фильтра 12, регулятора расхода 13, гидротестера 14, гидрораспределителя 15, гидромоторов 16.
В процессе выполнения испытательных работ параметры диагностируемого насоса 5 можно сравнивать с параметрами насоса стенда 8 (аналога насоса 5) и делать заключение о его техническом состоянии, а в две параллельные гидролинии стенда включать различные элементы гидросистем машин коммунального назначения (гидромоторы 16, гидроцилиндры, клапаны предохранительные, обратные, редукционные и др., гидрораспределители, регуляторы расхода и т.д.).
Термодинамический метод исследования позволяет проводить экспресс-диагностику гидросистем МКН
непосредственно в процессе работы машин с использованием широко доступных в настоящее время переносных пирометров, например фирмы Fluke. Второй метод позволяет выполнять поиск неисправностей гидросистем МКН на стенде без разборки элементов в стационарных условиях, а в сочетании с термодинамическим методом без их демонтажа с машины.
На стенде можно определять не только структурные параметры (зазоры в сопряжениях, жесткость пружин и т.д.), но и функциональные параметры, характеризующие работоспособность элементов (величину утечек или КПД, давление срабатывания, статические характеристики и т.д.) Величина зазора, например, в сопряжении корпус - золотник гидрораспределителя определяется по критериальной зависимости
АРх 4
Q Р
где п - критерий подобия; д Р - перепад давления на гидрораспределителе; х - зазор в паре корпус - золотник; Q - величина утечек через зазор; р - плотность масла.
Эксплуатация стенда и реализация метода показали их высокую эффективность и универсальность, а погрешность результатов не превысила допустимых для технических задач значений.
71, =
/
16
<1/
XI)
<ЕУ
15
О'6
IL л
т т
Рис. 1. Принципиальная схема стенда для диагностики элементов гидросистем машин коммунального назначения
В качестве примера ниже приведены результаты испытания пластинчатых насосов.
Испытание насосов гидросистем машин коммунального назначения выполнялось в соответствии с разработанными автором методиками и представленным выше стендом, предусматривающими порядок включения испытываемых гидроэлементов, настройки стенда для регистрации и обработки данных. Стенд позволяет определить техническое состояние практически всех элементов гидросистем машин коммунального назначения.
При испытании пластинчатых насосов, например в качестве структурных параметров, были приняты: зазор между статором и ротором (по малой оси эллипса) - Z; высота - Н и средний шаг - М волнистости участков поверхности статора в местах его износа (в зонах начала и окончания процесса всасывания масла); суммарная площадь поперечного сечения кольцевых рисок на поверхности статора в зоне нагнетания - /.
В качестве диагностических параметров приняты: подача насоса - Q; давление нагнетания - Р; виброускорение в зонах износа статора - а; коэффициент кинематической вязкости - V; составляющая усилия прижатия пластин к поверхности статора, зависящая от давления нагнетания - ¥; ударная нагрузка, импульс силы на пластину со стороны волнистости - N условная величина изменения радиуса ротора вследствие неровностей, рисок на статоре - г; частота вращения вала насоса - п.
Методом анализа размерностей были получены следующие критерии подобия функционирования насоса:
vF QPZ
nAr
0,2
Ма
0,2
,0,4
Q
0,4
Пл = -
Fp pz 2
п5 =
vH
~Q
2
7
7
7
2
7
2
3
71, =
71-, =
71-> =
2
3
Эксперимент проводился на испытательном стенде (рис. 1), оснащенном гидротестером, виброметром и тахогенератором. Объем выборки рассчитывался и составил пять насосов типа БГ12-4Б.
Диагностируемые насосы имели различную наработку и степень износа, различные значения структурных параметров. Порядок исследования насосов был рандомизирован.
Эксперимент проводился в следующей последовательности. Перед началом испытаний стенд выводился на рабочий установившийся температурный режим. Насосы в заданном порядке устанавливали на стенде и после 30-минутной обкатки на холостом ходу постепенно, через интервал времени 20 с, повышали давление в гидросистеме стенда от 0 до 10 МПа с промежутком 1 МПа по насосам № 1 и 2, а по остальным насосам от 0 до 20 МПа с промежутком 2 МПа.
По окончании эксперимента проводилась обработка осциллограмм в соответствии с тарировочными графиками, а результаты их обработки оформлялись в виде таблиц и графиков. Исследованные насосы разбирались с целью измерения действительных значений структурных параметров.
На рис. 2 и 3 представлены, в качестве примера, вибрационные характеристики различных насосов с характерными значениями структурных параметров.
1
у1 1 2
1' г
<--
г
волнистости приводит при малых диапазонах давления и к некоторому повышению подачи насоса (очевидно вследствие увеличения рабочего объема насоса).
1 2 3 4 5 6 7 8 Р, МПа
Рис. 2. Зависимость величины вибрации в насосах от давления нагнетания при: 1 - волнистости и значительных рисках на статоре; 2 - волнистости и незначительных рисках на статоре; 3 - значительной волнистости на статоре;
4 - волнистости на статоре; 5 - новый насос
Как следует из графиков, характер и величина изменения структурных параметров по-разному влияют на величину вибрации и давления нагнетания насоса (и изменения утечек масла). Из сравнения насосов № 1 и 2 следует, что на вибрацию насоса существенное влияние оказывает изменение зазора ДZ; при достижении значения давления, 4 и 2,8 МПа соответственно, виброускорение снижается в 1,1 раза. Характерно также влияние величины волнистости (выработки) статора. Этот вывод следует из сравнения насосов № 3 и 4. Кроме того, установлено, что наличие
Насос № 1
: 5 м с-2, условный зазор между статором и ротором 1,025 мм
Насос № 2
: 4,8 м с-2, волнистость и незначительные риски на внутренней поверхности статора
Насос № 4
amax = 2,9 м с-2, волнистость внутренней поверхности статора
Насос № 5 amax = 1,9 м с-2 - новый насос
Рис. 3. Осциллограммы вибрации пластинчатых насосов при давлении нагнетания Р = 4 МПа
На величину давления и подачи влияет также износ пластин насоса и пазов ротора. При больших давлениях увеличивается центробежная составляющая усилия прижатия пластин к статору за счет увеличенного зазора между пластинами и пазами ротора и вследствие уменьшения трения (сухого и вязкого) между ними.
Выводы, сделанные на основе анализа результатов экспериментальных исследований, подтверждают предположения о возможности диагностики гидравлических элементов без их разборки (в данном примере насосов) с помощью критериев подобия (к, = const). Действительно, характеризуя насосы № 1 и 2, в соот-
а
а
2
а, мс
5
1
ветствии с критерием приходим к заключению, что при постоянных значениях вязкости масла V и усилия прижатия пластин ^ возрастание зазора приводит к снижению давления вследствие увеличения утечек.
Согласно второму критерию изменение расхода Q при постоянной вязкости масла зависит от высоты волнистости участков поверхности статора Н, значения которой теоретически возможно определить из третьего критерия, измерив предварительно виброускорение.
Требование постоянства значения третьего критерия выполняется, если величина утечек, следовательно, расхода, изменяется пропорционально величине виброускорений (высоте неровностей поверхности статора). Но, согласно критерию четвертому (и графикам для насосов № 4 и 5), величина высоты неровностей и повышение давления приводят к росту величины импульсов N за счет возрастания составляющей ¥, что приводит к снижению подачи насоса.
Таким образом, приведенные примеры использования метода подобия функционирования технических систем при диагностике технического состояния элементов гидросистем машин коммунального назначения дают наглядное представление об эффективности этого метода.
Выводы
1. Исследования, проведенные с использованием предложенного стенда для диагностики гидросистем
Поступила в редакцию
машин коммунального назначения без разборки гидроэлементов, показали его эффективность.
2. Применение метода подобия функционирования технических систем для диагностики технического состояния пластинчатых насосов позволяет определять не только причины неисправностей, но и отклонение структурных параметров элементов гидросистемы от их номинальных значений без выполнения операций разборки.
Литература
1. Шолом А.М. Разработка и исследование термодинамического метода диагностирования объемных гидромашин с целью управления их качеством : дис. ... канд. техн. наук. М., 1981. 186 с.
2. Зорин В.А. Основы работоспособности технических систем : учебник для вузов. М., 2005. 536 с.
3. Гугуев И.К., Першин В.А. Прискоо С.С. Обобщённые математические модели формирования и управление техническим состоянием гидропривода транспортных машин в процессе их жизненного цикла // Политранспортные системы: материалы VI Всерос. науч.-техн. конф. Новосибирск, 21-23 апреля 2009 г. Ч. 1. 540 с.
4. Гугуев И.К., Першин В.А. Подобие функционирования гидросистем автотранспортных средств // Физико-механические вопросы движения транспортных средств, безопасности их конструкции и эксплуатации на автомобильных дорогах: глава монографии / ФГБОУ ВПО «Южно-Российский гос. ун-т экономики и сервиса. Шахты, 2009. 204 с.
4 марта 2012 г.
Гугуев Иван Кондратьевич - доцент, кафедра «Организация и безопасность движения», Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты. Тел. 8-905-485-97-63. E-mail: [email protected]
Guguev Ivan Kondratyevich - assistant professor, department «Organization and Safety of Motion», South-Russian State University of the Economy and Service. Ph. 8-905-485-97-63. E-mail: [email protected]_
