CC BY
45
Literatura
1. Rukovodstvo po ekspluatacii. Tekhnicheskoe opisanie i instrukcii. Mashina dozhdeval'naya elektrificirovannaya krugovaya «Kuban'-LK1M» (Kaskad) / OOO «Meliomash». - Saratov.: Amirit, 2015. - 102 s.
2. Eroshenko G.P., Solov'ev D.A., Gluharev V.A., Bakirov S.M., Starcev S.V. Rezhimy i parametry elektroprivodov dozhdeval'noj mashiny krugovogo dejstviya // Jour of Adv Research in Dynamical & Control Systems, Vol. 10, 10-Special Issue, 2018.
3. YAvorskij B.M., Detlaf A.A. Spravochnik po fizike dlya inzhenerov i studentov vuzov: 7-oe izd., ispravlennoe. - M.: Izd. «Nauka», 1979. - 942 s.
4. Esin A.I., Solov'ev D.A., ZHuravleva L.A. Matematicheskoe modelirovanie vodoprovodyashchego poyasa dozhdeval'nyh mashin // Nauchnaya zhizn'. - 2017 - №9. - S. 20-28.
5. Mashinostroenie. Enciklopediya / Red.sovet: K. V. Frolov (pred.) i dr. - M.: Mashinostroenie. Matematika. T 1-1 / U. G. Pirumov, V. S. Zarubin, A. P. Krishchenko i dr.; Pod obshch. red. U. G. Pirumova, V. S. Zarubina. - 2003. - 992 s., il.
УДК 62.8.GG4.5 DOI 10.24411/2078-1318-2019-12184
Аспирант С.В. ПЬЯНЗОВ
(ФГБОУ ВО НИ МГУ им. Н.П. Огарёва, [email protected])
МЕТОДИКА ДИНАМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБЪЕМНЫХ ГИДРОПРИВОДОВ
Наиболее полную оценку технического состояния объемных гидроприводов отечественного и зарубежного производства с определением всех технических характеристик гидроагрегатов дает методика заводов-изготовителей [1, 2]. Однако в настоящее время на ремонтных предприятиях и в сервисных центрах практически отсутствуют средства для её реализации. Проблема заключается в создании на вращающемся валу испытуемого гидромотора переменной нагрузки. В основном используется косвенная оценка, не позволяющая дать достоверное заключение о работоспособности бывших в эксплуатации и отремонтированных гидроприводов, что затрудняет проведение ремонтных работ [3]. Особенно остро стоит вопрос с диагностированием и профессиональным ремонтом объемных гидроприводов зарубежного производства.
Цель исследования - разработка методики динамической оценки технического состояния объемных гидроприводов, способной реализовать методику заводов-изготовителей на испытательном стенде с гидравлическим нагружающим устройством в условиях ремонтных предприятий и сервисных центров.
Материалы, методы и объекты исследования. Проведенный анализ парка современной техники сельскохозяйственного назначения агропромышленного комплекса Республики Мордовия показал, что в комбайнах отечественного и зарубежного производства наиболее распространены следующие объемные гидроприводы: ГСТ-90, -112 (ОАО «Пневмостроймашина» и ОАО «Гидросила»); 9GR1GG и 9GM100 (Sauer-Danfoss); 6423-618 и 6433-113 (Eaton); BMV 70R и BMF75 (Linde); HPV1G5 и HMF105(Linde); AA4VG9G и A2FM9G (Bosch Rexroth) [4]. Технические характеристики данных гидроприводов позволили определить необходимые параметры стенда и разработать методику оценки их технического состояния, максимально приближенную к методике заводов-изготовителей.
Разработанная методика реализована с применением стенда с гидравлическим нагружающим устройством, разработанном на кафедре технического сервиса машин ФГБОУ ВО «НИ МГУ им. Н.П. Огарёва» [5]. Стенд предназначен для входного и выходного
контроля, регулировки и контрольных испытаний и послеремонтной обкатки агрегатов объемного гидропривода (гидронасосов и гидромоторов) отечественного и зарубежного производства. Особенность стенда заключается в том, что при оценке технического состояния объемных гидроприводов в условиях ремонтных предприятий и сервисных центров реализуется методика динамического испытания, при которой вал гидромотора вращается с переменной нагрузкой. Результат достигается за счет применения гидравлического нагружающего устройства, способного создавать на валу испытуемого гидромотора крутящий (тормозной) момент до 1000 Н-м.
Принципиальная схема испытательного стенда с гидравлическим нагружающим устройством представлена на рис. 1.
Согласно схеме (рис.1) испытуемый регулируемый гидронасос 2 обеспечивает рабочей жидкостью гидромотор 3 через две гидролинии, вследствие этого выходной вал последнего совершает вращение совместно с приводным валом нагружающего реверсивного насос-мотора 7. Насос-мотор 7, с гидробаком 8, регулируемым дросселем 5, предохранительным клапаном 10, манометром 4, расходомером 6 и обратными клапанами 11 образует отдельную гидросистему. В процессе испытания подачу, расход, давление на входе и выходе испытуемого гидромотора 3 и нагружающего реверсивного насос-мотора 7 определяют по манометрам 4 и расходомерам 6. Нагрузка на валу испытываемого гидромотора 3 создается регулируемым дросселем 5.
Рис. 1. Принципиальная схема стенда с гидравлическим нагружающим устройством: 1 - электродвигатель стенда; 2 - регулируемый испытуемый гидронасос; 3 - испытуемый гидромотор; 4 -манометры; 5 - дроссели; 6 - расходомеры; 7 - нагружающий реверсивный насос-мотор; 8 - гидробак
нагружающего устройства; 9 - вентиль; 10 - предохранительный клапан; 11 - обратные клапаны
Результаты исследования. Методика динамической оценки технического состояния объемных гидроприводов отечественного и зарубежного производства в условиях ремонтных предприятий и сервисных центров заключается в следующем:
1. Устанавливаем объемный гидропривод на стенд (рис. 1): для этого жестко закрепляем испытуемый гидронасос на установочной плите стенда и гидромотор на раме гидравлического нагружающего устройства, соединив при этом приводной вал электродвигателя 1 стенда через муфту с валом испытуемого гидронасоса 2, а выходной вал гидравлического нагружающего устройства 7 при помощи муфты соединяем с валом испытуемого гидромотора 3. Соединяем гидравлическую систему согласно рекомендациям заводов-изготовителей и подключаем контрольно-измерительную аппаратуру. Заправляем рабочей жидкостью внутренние полости корпусов гидронасоса и гидромотора. Проверяем уровень рабочей жидкости в гидробаке.
2. Протираем наружную поверхность гидроагрегатов уайт-спиритом «Нефрас С4-155/200» ГОСТ 3134, обдуваем сухим сжатым воздухом ГОСТ 17433 под давлением 0,3-0,6 МПа, до полного отсутствия следов промывочной жидкости.
3. На пульте управления приводным электродвигателем стенда 1 устанавливаем значение частоты вращения вала гидронасоса пнмин, соответствующее минимальному значению (табл. 1 п. 1), при этом осуществляем контроль разряжения в линии всасывания (не допускается увеличение более 0,075 МПа при рабочей температуре жидкости). При заполнении рабочей жидкостью всей гидросистемы объемного гидропривода, плавно увеличиваем частоту вращения приводного вала гидронасоса до номинальной пнном (табл. 1 п. 2).
Таблица 1. Минимальное и номинальное значение частоты вращения вала гидронасоса
Порядок испытаний Требования к произ! гид юдителю и марки объемных роприводов
PSM-Hydraulics и Гидросила Sauer-Danfoss Eaton Linde Bosch Rexroth
ГСТ-112 90Ш00 90М100 6423-618 6433-113 HPV105 HMF 105 AA4VG A2FM
1 .Минимальная частота вращения вала гидронасоса «нмин, об/мин, не менее 500 500 500 500 500
2.Номинальная частота вращения вала гидронасоса «нном, об/мин, не более 2000 3300 3500 2900 2000
4. Контроль температуры рабочей жидкости. Поддерживаем номинальное значение температуры рабочей жидкости ¿ном с помощью системы терморегулирования (табл. 2 п. 1).
Таблица 2. Значения температуры рабочей жидкости объемных гидроприводов
Порядок испытаний Требования к произ1 гид юдителю и марки объемных роприводов
PSM-Hydraulics и Гидросила Sauer-Danfoss Eaton Linde Bosch Rexroth
ГСТ-112 90R100 90М100 6423-618 6433-113 HPV105 HMF 105 AA4VG A2FM
1. Температура рабочей жидкости t ном, °С, не мене 50±5 60-85 80±2 80±5 80-90
2.Максимальная температура рабочей жидкости tmax, °С, не более 75 115 100 100 115
Таблица 3. Давление в линии управления объемных гидроприводов
Порядок испытаний Требования к произ1 гид юдителю и марки объемных роприводов
PSM-Hydraulics и Гидросила Sauer-Danfoss Eaton Linde Bosch Rexroth
ГСТ-112 90R100 90М100 6423-618 6433-113 HPV105 HMF 105 AA4VG A2FM
1. Номинальная частота вращения вала гидронасоса пнном, об/мин, не менее 2000 3300 3500 2900 2000
2. Давление в линии управлении при отклоненном рычаге сервораспределителя, Pу, МПа, не менее 1,45 1,4 1,5 1,9 2,2
3. В нейтральном положении рычага управления сервораспределителя, р'у, МПа, не менее 1,6 2,2 1,85 2,5 3,0
5. Контроль давления в линии управления без нагрузки. Контролируем давление в линии управления pу при максимальном угле наклона люльки гидронасоса (табд. 3, п. 2). Затем контролируем давление в линии управления p у при нейтральном положении люльки гидронасоса (табл. 3, п. 3).
6. Контроль постоянного pд (табл. 4, п. 2) и максимального кратковременного p д (табл. 4, п. 3) давления в линии дренажа гидронасоса и гидромотора. Максимальное кратковременное давление в линии дренажа (до 5 сек.) создаем путем дросселирования рабочей жидкости на сливе.
Таблица 4. Давление в линии дренажа объемных гидроприводов
Порядок испытаний Требования к произ! гид юдителю и марки объемных роприводов
PSM-Hydraulics и Гидросила Sauer-Danfoss Eaton Linde Bosch Rexroth
ГСТ-112 90R100 90М100 6423-618 6433-113 HPV105 HMF 105 AA4VG A2FM
1. Номинальная частота вращения вала гидронасоса инном, об/мин, не менее 2000 3300 3500 2900 2000
2. Постоянное давление в линии дренажа pд, МПа, не менее 0,25 0,3 0,3 0,25 0,4
3. Максимальное кратковременное давление в линии дренажа (до 5сек) p д, МПа, не более 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
Таблица 5. Определение технических характеристик объемных гидроприводов под нагрузкой
Порядок испытаний Требования к произ1 гид юдителю и марки объемных роприводов
PSM-Hydraulics и Гидросила Sauer-Danfoss Eaton Linde Bosch Rexroth
ГСТ-112 90R100 90М100 6423-618 6433-113 HPV105 HMF 105 AA4VG A2FM
Контроль объемной подачи гидронасоса и давления в линии управления
1. Номинальная частота вращения вала гидронасоса инном, об/мин, не менее 2000 3300 3500 2900 2000
2.Номинальное давление в линии нагнетания P, МПа, не менее 27 42 24,1 25 40
3. Давление в линии управления p у, МПа, не менее 1,45 1,4 1,5 1,9 2,2
4. Объемная подача гидронасоса Qн, л/мин, не менее 212,8 330,0 350,7 289,3 171,0
Контроль частоты вращения и расхода гидромотора
5. Номинальная частота вращения вала гидромотора имном, об/мин, не менее 1950±50 3250±50 3450±50 2850±50 1950±50
б.Расход через гидромотор Q м, л/мин, не менее 212,8 330,0 350,7 289,3 171,0
Контроль максимального давления
7. При вращении вала гидромотора давление срабатывания предохранительных клапанов высокого давления Pmax, МПа, не более 42 48 41,5 42 45
7. Контроль технических характеристик объемных гидроприводов под нагрузкой при номинальной частоте вращения гидронасоса пнном. Задаем максимальный угол наклона люльки гидронасоса. Гидравлическим нагружающим устройством создаем тормозной момент на валу испытуемого гидромотора повышая давление в линии нагнетания P до номинального (табл. 5, п. 2), при этом фиксируем следующие значения: давление в линии управления pу (табл. 5, п. 3), подача гидронасоса Qн (табл. 5, п. 4), частота вращения гидромотора пм (табл. 5, п. 5), расход гидромотора Qм (табл. 5, п. 6), параметры нагружающего устройства (подача Qнаг, давление в линии нагнетания Pнаг, частота вращения П наг вала реверсивного гидронасоса).
Далее кратковременно, не более 5-10 сек. с помощью гидравлического нагружающего устройства повышаем давление в линиях нагнетания до максимального значения срабатывания клапанов высокого давления Pmax, МПа. Проверяем их функционирование (табл. 5 п. 7).
8. Контроль косвенных параметров: вибрация, шум, герметичность, повышенный нагрев гидронасоса и гидромотора tmax (табл. 2, п. 2), скачки давления в линиях нагнетания и управления. Контроль герметичности осуществляли путем проведения по стыкам корпусных деталей фильтровальной бумагой. Для этого повышается давление дренажа до номинального значения и выдерживается в течение 20 мин. На фильтровальной бумаге допускаются следы масла, не выходящие за пределы полосы шириной до 1,5 мм от кромки бумаги.
9. Заключение о работоспособности испытуемого объемного гидропривода и формирование отчета о результатах испытаний. Определение фактических значений объемного КПД отдельных элементов гидропривода (гидронасоса цноб и гидромотора ц"об) определяем исходя из следующих выражений:
,м
1000 • О Vg • пм Пн = пм =_£_ т
'об V • п н , 'об 1000 • О '
£ -М
где Он - объемная подача гидронасоса, л/мин; О м - расход через гидромотор, л/мин; У% - рабочий объем, см3/об; пн - частота вращения вала гидронасоса, об/мин; пм - частота вращения вала гидромотора, об/мин.
Определение объемного КПД всего гидропривода в целом цоб получаем, подставив экспериментальные и теоретические значения подач в выражение (1), (табл. 6, п. 3). Произведение объемных КПД гидромотора и гидронасоса (2) даст объемный КПД всего гидропривода (табл. 6, п. 4).
Поб = пНб • пОМб, (2)
Крутящий (тормозной) момент, развиваемый испытуемым гидромотором с учетом параметров гидравлического нагружающего устройства, определяем исходя из следующего выражения [6]:
= _Он, • 500-Ар»
кр
м = ^^-__—, (3)
п • п • п • п
наг •об .наг • гм.наг
где 0 наг - подача реверсивного насос-мотора, л/мин; Дрнаг = (Р2 наг _ г 1 наг ) - перепад давлений в гидролиниях реверсивного насос-мотора, МПа; пнаг - частота вращения вала реверсивного насос-мотора, об/мин; Поб.наг и Пгм.наг - объёмный и гидромеханический КПД реверсивного насос-мотора.
По результатам замеров технических параметров и расчетов делается оценка технического состояния объемного гидропривода: если при номинальной частоте вращения вала гидронасоса и номинальном давлении в линиях нагнетания величины объемных КПД гидропривода не менее значений, представленных в табл. 6 (п. 3,4), то объемный гидропривод считается годным к эксплуатации.
Таблица 6. Значения расчетных параметров отдельных агрегатов и объемного гидропривода в целом
Порядок испытаний Требования к произ1 гид юдителю и марки объемных роприводов
PSM-Hydraulics и Гидросила Sauer-Danfoss Eaton Linde Bosch Rexroth
ГСТ-112 90R100 90М100 6423-618 6433-113 HPV105 HMF 105 AA4VG A2FM
Контроль объемного КПД отдельных агрегатов и гидропривода в целом
1. Номинальная частота вращения вала гидронасоса инном, об/мин, не менее 2000 3300 3500 2900 2000
2. Номинальное давление в линии нагнетания P, МПа, не менее 27 42 24,1 25 40
3. Объемный КПД гидронасоса цн об и гидромотора цмоб не менее 0,95 0,96 0,96 0,95 0,95
4.Объемный КПД гидропривода ц о не менее 0,90 0,92 0,92 0,90 0,90
Контроль крутящего момента на валу испытуемого гидромотора
5. Номинальный крутящий момент на валу гидромотора М кр, Нм, не менее 401 667 449 418 501
6. Максимальный крутящий момент на валу гидромотора МЛсах кр, Нм, не менее 610 763 656 702 573
Таблица 7. Результаты испытаний объемного гидропривода ГСТ-112
Паспортное значение Фактическое Фактическое значение бывшего в эксплуатации
Параметр диагностирования значение нового
Измеряемый
Номинальное давление в линии нагнетания, МПа 27 27,2 27,1
Объемная подача гидронасоса, л/мин 212,8 210,3 170,2
Расход через гидромотор, л/мин 212,8 198,9 157,6
Давление в линии управления при отклоненном рычаге сервораспределителя, МПа 1,45 1,39 1,15
Давление в линии управления при нейтральном
положении рычага управления 1,6 1,57 1,5
сервораспределителя, МПа
Температура рабочей жидкости в линиях объемного гидропривода, °С 50±5 52±1 54±1
Давление в линии нагнетания гидравлического нагружающего устройства, МПа 20 20,3 20,5
Подача в линии нагнетания нагружающего гидравлического устройства, л/мин 224,0 223,1 148,4
Температура рабочей жидкости в линиях гидравлического нагружающего устройства, °С 50±5 51±2 52±1
Расчетный
Объемный КПД гидронасоса 0,95 0,939 0,76
Объемный КПД гидромотора 0,95 0,920 0,71
Общий КПД объемного гидропривода 0,90 0,86 0,54
Развиваемый крутящий момент, Нм 401 395,6 357,8
10. Демонтируем объемный гидропривод. Представляем отчет о результатах испытаний.
По разработанной методике была проведена серия испытаний по оценке технического состояния объемного гидропривода. В качестве объекта исследований выбран объемный гидропривод ГСТ-112, применяемый в гидросистемах зерноуборочных и кормоуборочных комбайнов (Дон 1500 Б, 680, 680 М) в количестве 8 новых комплектов и 15 комплектов бывших в эксплуатации (после 4-5 лет эксплуатации). В качестве рабочей жидкости использовалось масло МГЕ-46В ТУ 38.001347-2000.
В табл. 7 представлены усредненные фактические значения результатов испытаний для нового и бывшего в эксплуатации объемного гидропривода ГСТ-112.
На рис. 2 представлен график, который показывает процесс испытаний объемного гидропривода ГСТ-112 в режиме реального времени. Представлено 5 этапов испытания: I -выход гидронасоса на номинальную частоту вращения; II - отклонение люльки качающего узла гидронасоса в максимальное положение, что соответствует максимально возможной подачи (расходу); III - создание нагрузки (тормозного момента) гидравлическим нагружающим устройством на валу гидромотора; IV - определение параметров работоспособности объемного гидропривода; V -завершающий этап испытаний.
Рис. 2. Результаты испытания объемного гидропривода ГСТ-112: 1 - кривая измерения подачи гидронасоса; 2 - кривая измерения расхода гидромотора; 3 и 4 - кривые измерения давления в линиях нагнетания; 5 - кривая измерения температуры рабочей жидкости в процессе испытания; I - V - этапы
испытаний
В результате проведенных испытаний объемного гидропривода ГСТ-112 на стенде с гидравлическим нагружающим устройством по разработанной динамической методике были получены все технические характеристики, регламентированные заводом-изготовителем ОАО «Гидромаш» [7, 8] (табл. 7), что позволяет сделать заключение о работоспособности гидропривода. Проведенные испытания показали высокую эффективность предложенной методики.
Выводы. Таким образом, поставленная цель достигнута. Разработана методика динамической оценки технического состояния объемных гидроприводов, реализующая
методику испытаний заводов-изготовителей в условиях ремонтных предприятий и сервисных центров. Внедрение разработанной методики и стенда для ее реализации позволит с высокой точностью и достоверностью оценивать техническое состояние объемных гидроприводов отечественного и зарубежного производства.
Литература
1. Каталог гидравлического оборудования. ОАО «Пневмостроймашина». - Екатеринбург, 2017. - 52 с.
2. Mandal S.K., Singh A.K., Verma Y., Dasgupta K. Performance investigation of hydrostatic transmission system as a function of pump speed and load torque // Journal of The Institution of Engineers (India). - 2012. - №93 (2). - P. 187-193.
3. Земсков А.М., Ионов П.А., Столяров А.В. Методики и средства оценки технического состояния объемных гидроприводов // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы. - 2016. - С. 348-356.
4. Пьянзов С.В., Ионов П.А. Объемные гидроприводы, применяемые в трансмиссиях отечественных и зарубежных комбайнов // XL VI Огарёвские чтения. - 2018. - №1. - С. 447-454.
5. Патент на полезную модель № 2018137976. Устройство для оценки технического состояния объемных гидроприводов / П.А. Ионов, П.В. Сенин, А.М. Земсков, А.В. Столяров, С.В. Пьянзов. Зарегистрировано 29 октября 2018 г.
6. Пьянзов С.В., Ионов П.А., Величко С.А., Земсков А.М. Устройство для оценки технического состояния объемного гидропривода // Пермский аграрный вестник. - 2018. -№ 2 (22). - С.15-22.
7. Сборник методических материалов по устройству, обслуживанию и ремонту гидростатических трансмиссий ГСТ / ОАО «Гидромаш». - Салават, 2016. - 176 с.
8. Земсков A.M. Технология повышения долговечности объемного гидропривода: на примере ГСТ-112: дис. ...канд. техн. наук. - Саранск, 2014. - 295 с.
Literatura
1. Katalog gidravlicheskogo oborudovaniya. OAO «Pnevmostrojmashina». - Ekaterinburg, 2017. - 52 s.
2. Mandal S.K., Singh A.K., Verma Y., Dasgupta K. Performance investigation of hydrostatic transmission system as a function of pump speed and load torque // Journal of The Institution of Engineers (India). - 2012. - №93 (2). - P. 187-193.
3. Zemskov A.M., Ionov P.A., Stolyarov A.V. Metodiki i sredstva ocenki tekhnicheskogo sostoyaniya ob"emnyh gidroprivodov // Energoeffektivnye i resursosberegayushchie tekhnologii i sistemy. - 2016. - S. 348-356.
4. P'yanzov S.V., Ionov P.A. Ob"emnye gidroprivody, primenyaemye v transmissiyah otechestvennyh i zarubezhnyh kombajnov // XLVI Ogaryovskie chteniya. - 2018. - №1. - S. 447-454.
5. Patent na poleznuyu model' № 2018137976. Ustrojstvo dlya ocenki tekhnicheskogo sostoyaniya ob"emnyh gidroprivodov / P.A. Ionov, P.V. Senin, A.M. Zemskov, A.V. Stolyarov, S.V. P'yanzov. Zaregistrirovano 29 oktyabrya 2018 g.
6. P'yanzov S.V., Ionov P.A., Velichko S.A., Zemskov A.M. Ustrojstvo dlya ocenki tekhnicheskogo sostoyaniya ob"emnogo gidroprivoda // Permskij agrarnyj vestnik. - 2018. - № 2 (22). - S.15-22.
7. Sbornik metodicheskih materialov po ustrojstvu, obsluzhivaniyu i remontu gidrostaticheskih transmissij GST / OAO «Gidromash». - Salavat, 2016. - 176 s.
8. Zemskov A.M. Tekhnologiya povysheniya dolgovechnosti ob"emnogo gidroprivoda: na primere GST-112: dis. ...kand. tekhn. nauk. - Saransk, 2014. - 295 s.
