CC BY
49
УДК 629.1; 656.13
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ДРОССЕЛЬ-РАСХОДОМЕРА ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ГИДРОАГРЕГАТОВ ТРАНСПОРТНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН
А.Н. Чебоксаров
Показано совершенствование конструкции дроссель-расходомера, применяемого для диагностирования гидроагрегатов транспортных и технологических машин. Совершенствование конструкции позволит повысить точность и достоверность диагностирования за счет конструктивного усовершенствования механической части дроссель-расходомера и введения в комплект прибора электронного блока регистрации параметров.
Ключевые слова: транспорт, диагностика, гидропривод, дроссель-расходомер, точность.
В настоящее время объемный гидравлический привод является основным типом привода транспортных и технологических машин.
Уменьшение затрат на техническое обслуживание и поддержание гидроприводов машин в исправном состоянии возможны за счет применения различных технических средств и методов диагностирования. Техническая диагностика гидроприводов позволяет устанавливать и корректировать сроки и объем работ по обслуживанию и ремонту гидрофицирован-ных машин, исключать ненужные разборочно-сборочные работы, определять действительную потребность в регулировках, прогнозировать остаточный ресурс и наработку гидроагрегатов.
Согласно МДС 12-20.2004 «Механизация строительства. Организация диагностирования строительных и дорожных машин. Диагностирование гидроприводов» при диагностировании гидроприводов транспортных и технологических машин могут использоваться различные методы [1].
Методы диагностирования гидравлических приводов по их трудоемкости условно разделяют на пять групп: параметрический метод; методы амплитудно-фазовых и переходных характеристик; методы спектрального анализа и индикации продуктов износа в рабочей жидкости; акустический, виброакустический, силовой методы; кинематический метод [2, 3, 4].
Параметрический метод получил в практике диагностирования гидравлических систем достаточно широкое распространение. Он основан на измерении параметров функционирования гидропривода: величины давления Р (МПа) и подачи рабочей жидкости Q (л/мин).
Для измерения вышеперечисленных параметров используются тестеры гидравлические (гидротестеры), представляющие собой комплекс приборов и устройств, которые могут иметь различные исполнения. Вы-
93
пускаются три типа (исполнения) гидравлических тестеров: механические, электронные цифровые, электронные осциллографические. При этом механические гидротестеры представляют собой набор средств измерений давления, температуры и расхода рабочей жидкости. В основе конструкции электронных гидротестеров используются индикаторы статических или динамических параметров с учетом комплектации датчиками давления, температур и расхода рабочей жидкости.
В практике диагностирования гидроприводов транспортных и технологических машин могут использоваться различные гидротестеры и дроссель-расходомеры [5, 6] технические характеристики которых представлены в табл.1.
Таблица 1
Технические характеристики гидротестеров и дроссель-расходомеров
Параметры Модель
ДР-70 ДР-90М ДР-160 ДР-350 4220 «ОТС» ГТ-150 ГТ-600 ГТП-6
Расход рабочей жидкости Диапазон, л/мин 10-70 10-90 10-200 10-350 10-200 10-150 10-250 20-360
Погрешность, % 7 5,5 5 3 2,5 1,5 1,5 1
Давление Диапазон, МПа 0-15 0-15 0-32 0-40 0-40 0-32 0-40 0-40
Погрешность, % 3,3 3,3 1,5 1,25 2,5 1,5 1,5 1,5
Температура Диапазон, °С - - - - 0-100 0-100 0-100 0-100
Погрешность, % - - - - 1,5 2 1,5 1,5
Температура рабочей жидкости в режиме диагностирования, С 45-55 45-55 45-55 45-55 50-60 45-55 50-60 50-60
Масса, кг 0,8 0,8 1,5 3,5 2 8 6 6,5
Как видно из табл. 1, приборы, представленные дроссель-расходомерами (ДР-70, ДР-90М, ДР-160) и гидротестерами (4220, ГТП-150, ГТ-600, ГТП-6) имеют разные диапазоны и погрешности измеряемых диагностических параметров.
Прибор ДР-90М (рис. 1) предназначен для оценки технического состояния и прогнозирования величины остаточного ресурса агрегатов гидропривода транспортных и технологических машин и позволяет измерять расход рабочей жидкости от 10 до 90 л/мин при давлении в гидролинии до 15 МПа [7].
Рис. 1. Дроссель-расходомер ДР-90М: 1 - корпус; 2 - входной штуцер;
3 - выходной штуцер; 4 - штуцер для подключения манометра;
5 - гильза; 6 - золотник; 7 - рукоять; 8 - лимб; 9 - указатель
Дроссель-расходомер ДР-90М состоит из корпуса с входным и выходным штуцерами, рукояти дросселя с лимбом и манометра. Действие прибора основано на контроле положения лимба дросселя, при котором измеряемый поток рабочей жидкости Q создает давление Р = 10 МПа. Шкала лимба проградуирована в единицах расхода рабочей жидкости с вязкостью (48-80)-106 м2/с при температуре (50±5) °С [8]. Давление измеряется с помощью манометра и его предельное значение достигается за счет поворота золотника. Золотник имеет спиралевидную форму и предназначен для уменьшения или увеличения проходного сечения щели. Величина расхода рабочей жидкости по шкале прибора определяет величину (угол) поворота золотника (рукояти, лимба).
В полезной модели дроссель-расходомера ЯИ 91759 [9] конструктивно реализована возможность измерять параметры расхода и давления рабочей жидкости в гидроагрегатах транспортных и технологических машин с лучшими метрологическими характеристиками. В комплект прибора входит механическая часть (дроссель-расходомер с блоком датчиков расхода рабочей жидкости, давления, температуры) и электронный блок регистрации параметров. В комплекте прибора предусматривается также использование датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Конструкция механической части дроссель-расходомера представлена на рис. 2.
Лц
Рис. 2. Дроссель-расходомер (Яи 91759): 1 - корпус; 2 - входной штуцер; 3 - выходной штуцер; 4 - гильза; 5 - фиксирующий винт; 6 - золотник; 7 - рукоять; 8 - эпициклическая шестерня; 9 - сателлиты; 10 - солнечная шестерня; 11 - водило (коническая шестерня); 12 - коническая шестерня; 13 - потенциометрический датчик; 14 - датчик давления; 15 - муфта;
16 - датчик температуры
В корпусе 1 дроссель-расходомера размещена гильза 4, фиксирующаяся винтом 5, содержащая сквозной дифференциальный канал в виде щели. Площадь дроссельного отверстия перекрывается золотником 6 при передаче вращения от рукояти 7. Передача вращения от рукояти к золотнику осуществляется посредством планетарной передачи, которая состоит из эпициклической шестерни 8, заторможенной относительно корпуса 1.
96
Эпициклическая шестерня 8 входит в зацепление с сателлитами 9. При повороте рукояти 7 вращение передается на солнечную шестерню 10, которая передает вращение на сателлиты 9. Сателлиты 9 соединяются с конической шестерней 11. Эта шестерня одновременно выполняет функции водила и передает вращение на золотник 6 и коническую шестерню 12. Коническая шестерня 12, передает вращение на ось движка потенциометри-ческого датчика 13, сигнал от которого подается в электронный блок регистрации параметров. Для измерения давления рабочей жидкости прибор содержит датчик давления 14. Для измерения температуры рабочей жидкости на входной штуцер 2 крепится муфта 15, в которую вмонтирован датчик температуры 16.
Повышение показателей точности и достоверности диагностирования, расширение диапазонов измеряемых параметров дроссель-расходомером (ЯИ 91759) в сравнении с дроссель-расходомерами (ДР-70, ДР-90М, ДР-160), а также гидротестером 4220 «ОТС» достигается за счет конструктивного усовершенствования механической части дроссель-расходомера и введения в комплект прибора электронного блока регистрации параметров.
Введение в комплект прибора электронного блока регистрации параметров (рис. 3) позволит обеспечить повторные измерения в серии, обработку результатов измерений, расчет среднего значения измеряемых параметров, их разброса, минимального и максимального значений.
Рис. 3. Структурная схема электронного блока регистрации параметров: МП - микропроцессор; К - клавиатура; ИМУ - измерительное многоканальное устройство; ЦУУ - центральное управляющее устройство; ИП - источник питания; ЦТ - цифровое табло 97
Точность снимаемых показаний расхода рабочей жидкости повышается за счет исключения лимба со шкалой и стрелки указателя путем введения в конструкцию прибора потенциометрического датчика положения золотника. Движок потенциометра взаимодействует с механизмом передачи вращения от рукояти к золотнику путем введения конической передачи с передаточным отношением, равным 1.
Точность установки золотника достигается за счет введенного в конструкцию прибора механизма передачи вращения от рукояти к золотнику. Конструктивно механизм передачи вращения от рукояти к золотнику представляет собой верньерное устройство с зубчатыми передачами.
Верньеры используются для точной и грубой настройки аппаратуры. Известны различные типы верньерных устройств. Например, верньеры фрикционного типа, верньеры с зубчатыми передачами или верньеры барабанного типа [10, 11]. В механической части прибора [9] используется верньер с планетарной передачей.
Передаточное число планетарной передачи [10]
_ Шр_Фр и — — ,
Ш фз
где юр - угловая скорость рукояти, рад/с; юз - угловая скорость золотника, рад/с; фр - угол поворота рукояти, град; фз - угол поворота золотника, град.
Чувствительность измерительного прибора - отношение перемещения указателя прибора относительно шкалы (выраженного в линейных или угловых единицах) к изменению значения измеряемой величины [12]
5 _АФ р
где Дфр - угол поворота рукояти (лимба), град; Д^ - изменение измеряемого значения расхода рабочей жидкости, л/мин.
Результаты расчетов передаточного отношения и чувствительности дроссель-расходомера ДР-90М и дроссель-расходомера (ЯИ 91759) представлены в табл. 2.
Одним из основных требований к верньерным устройствам является возможность быстрого перемещения рукояти из исходного положения в конечное, с учетом исключения «мертвых зон». Поэтому в конструкции прибора целесообразно предусмотреть возможность фиксации рукояти в крайних положениях по углу поворота. Такое техническое решение может быть реализовано использованием шлицевого соединения рукояти с солнечной шестерней. При этом рукоять должна устанавливаться на валу посредством трапецеидальной резьбы, что позволит фиксировать рукоять в крайних положениях с углом поворота больше 360°.
Таблица 2
Передаточное отношение и чувствительность дроссел ь-расходомеров
Дроссель-расходомер Передаточное отношение и Чувствительность 8, град л / мин
ДР-90М 1 1,9
ЯИ 91759 2,5 4,7
На рис. 4 представлены сравнительные градуировочные зависимости приборов ДР-90М и (ТО 91759).
Рис. 4. Градуировочные зависимости приборов: 1 - дроссель-расходомер ДР-90М; 2 - дроссель-расходомер (Яи 91759)
Из рис. 4 видно, что при одном и том же изменении расхода рабочей жидкости угол поворота рукояти (лимба) у дроссель-расходомера (RИ 91759) больше, чем у дроссель-расходомера ДР-90М.
Разработанный прибор позволяет определять следующие диагностические параметры: величину подачи нерегулируемых насосов, давление настройки предохранительных клапанов, величину утечек в гидрораспределителях, внутренние утечки в гидроцилиндрах (табл. 3) [6].
Таблица 3
Схемы подключения дросселя-расходомера при диагностировании элементов гидропривода транспортных
и технологических машин
Диагностируемый элемент
Схема подключения дроссель-расходомера
Диагностические параметры
Насос
Подача насоса, объемный КПД
Предохранительный клапан
Давление настройки предохранительного клапана
Гидравлический распределитель
Утечки в гидрораспределителе
Гидравлический цилиндр
Перетечки в гидроцилиндре
Примечание: 1 - датчик температуры; 2 - датчик давления; 3 - датчик расхода; 4 - дроссель.
Таким образом, в конструкции прибора реализована возможность повышения точности и достоверности диагностирования гидроагрегатов транспортных и технологических машин за счет модернизации известных конструкций дроссель-расходомеров.
100
Список литературы
1. МДС 12-20.2004. Механизация строительства. Организация диагностирования строительных и дорожных машин. Диагностирование гидроприводов. М.: Изд-во стандартов, 2005.
2. Савельев С.В., Потеряев И.К. Техническая эксплуатация строительной и нефтегазовой техники: учебное пособие [Электронный ресурс]. Омск: СибАДИ, 2016. 234 с.
3. Богдан Н.В., Жилевич М.И., Красневский Л.Г. Техническая диагностика гидросистем. Мн. Белавтотракторостроение, 2000. 120 с.
4. Техническая диагностика гидравлических приводов / Т.В. Алексеева [и др.]; под общ. ред. Т.М. Баллы. М.: Машиностроение, 1989. 264 с.
5. Потеряев И.К. Техническая эксплуатация транспортных и транс-портно-технологических машин и оборудования: учебно-методическое пособие [Электронный ресурс] / И.К. Потеряев, Р.Ф. Салихов, В.И. Иванов. Омск: СибАДИ, 2015. 169 с.
6. Чебоксаров А.Н. Совершенствование технических средств диагностирования двигателей силовых установок и гидроагрегатов дорожно-строительных машин: дис... канд. техн. наук. Омск, 2011. 173 с.
7. Эксплуатация и техническое обслуживание дорожных машин, автомобилей и тракторов: учебник / Е.С. Локшин, С.Ф. Головин, В.М. Коншин, А.В. Рубайлов; под ред. Е.С. Локшина. М.: Мастерство, 2002. 464 с.
8. Технологические машины и комплексы в дорожном строительстве (производственная и техническая эксплуатация): учеб. пособие для вузов по направлению "Эксплуатация назем. тр-та и трансп. оборудования" / В.Б. Пермяков [и др.]; под ред. В.Б. Пермякова. Омск: Изд-во СибАДИ, 2007. 437 с.
9. Патент 91759 РФ. Дроссель-расходомер / В.И. Иванов, Р.Ф. Салихов, А.Н. Чебоксаров. Опубл. 27.02.2010. Бюл. №6.
10. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. М.: Машиностроение, 1987. 438 с.
11. Левандовский Б. А. Шкалы и верньерные устройства. М.: Гос-энергоиздат, 1952. 64 с.
12. Димов Ю.В. Метрология, стандартизация и сертификация: учебник для вузов. СПб.: Питер, 2004. 432 с.
Чебоксаров Алексей Николаевич, канд. техн. наук, доц., скап23@1пЪох.ги, Россия, Омск, Сибирский автомобильно-дорожный университет
IMPROVING THE DESIGN OF THE THROTTLE FLOWMETER FOR THE DIAGNOSIS OF HYDROELECTRIC UNITS OF TRANSPORT AND TECHNOLOGICAL MACHINES
A.N. Cheboksarov
The article is devoted to improving the design of the choke the fuel used for the diagnosis of hydroelectric units transport and process-ing machines. The design improvement will allow to increase the accuracy and reliability of diagnosis due to improvements in the design of the mechanical unit of the throttle of the Venturi and the introduction of the instrument electronic unit registration parameters.
Key words: transport, diagnostics, hydraulic, throttle flow meter accuracy.
Cheboksarov Aleksey Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, chan23@inbox. ru, Russia, Omsk, Siberian State Automobile and Highway Academy
УДК 533.605
НЕКОТОРЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ ЗАДАЧИ РАСЧЕТА ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ТЕЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ПОДВИЖНЫХ ГРАНИЦ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
В.М. Грязев, Н.В. Могильников
Рассматриваются особенности моделирования газодинамического течения при наличии подвижных тел в счетной зоне и возможности использования разработанного вычислительного модуля для решения различных прикладных задач.
Ключевые слова: математическое моделирование, метод крупных частиц, нестационарные газодинамические процессы.
В настоящее время для анализа функционирования различных технических устройств в условиях взаимодействия с газодинамическими течениями различной природы широко используется численное имитационное моделирование газодинамических процессов. В первую очередь, это относится к процессам, требующим решения многомерных, пространственно нестационарных задач.
Реализация имитационного моделирования требует выбора математической модели процесса и ее вычислительной реализации с использованием соответствующих численных методов. При разработке большинства программных продуктов, предназначенных для решения различных задач механики сплошной среды, стремятся, в первую очередь, к обеспечению максимальной их универсальности. Подобные программные разработки, как правило, являются результатом работы большого коллектива
102
