Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса. Цель и задачи исследования 8
1.1. Рабочие жидкости и их физико-химические свойства 8
1.1.1. Рабочие жидкости на нефтяной основе 10
1.1.2. Рабочие жидкости гидроприводов землеройных машин 12
1.2. Надежность гидравлического оборудования землеройных машин 17
1.3. Особенности гидропривода управления землеройной машиной 29
1.3.1. Назначение, конструкция, гидросистема 29
1.3.2. Требования к чистоте рабочей жидкости 33
1.4. Сравнительный критический анализ фильтров и очистителей рабочих жидкостей гидросистем 35
1.4.1. Фильтры 35
1.4.2. Очистители 38
1.4.3. Комбинированные (трибоэлектрические) очистители 40
1.5. Основные показатели оценки и выбора средств очистки рабочей жидкости гидропривода землеройных машин 42
1.6. Выводы по разделу. Постановка цели и задач исследований 54
2. Теоретические исследования трибоэлектрофильтрации рабочей жидкости 58
2.1. Теоретическое обоснование целесообразности очистки рабочей жидкости в электромагнитных полях 58
2.2. Физико-математическая модель трибоэлектрофильтрации жидкостей 69
2.3. Прогнозирование эффективности трибоэлектрофильтрации рабочей жидкости 76
2.4. Выводы по разделу 77
3. Экспериментальные исследования 78
3.1. Методи ка определения загрязненности рабочей жидкости 78
3.2. Экспериментальный стенд для проверки эффекта трибоэлектризации 83
3.3. Экстремальное планирование экспериментов 87
3.4. Результаты экспериментальных исследований 96
3.5. Выводы по разделу 103
4. Эксплуатационная проверка трибоэлектрофильтрации рабочей жидкости 105
4.1. Методика проведения эксплуатационных испытаний 105
4.2. Результаты эксплуатационных испытаний 110
4.3. Оценка адекватности физико-математической модели 114
43.1. Расчет квадратичной ошибки . 116
4.3.2. Расчет абсолютной ошибки 117
4.4. Увеличение ресурса и безотказности гидроагрегатов привода управления за счет улучшения тонкости очистки рабочей жидкости трибоэлектрофильтрацией 118
4.5. Разработка типоразмерного ряда трибоэлектрофильтров 123
4.6. Выводы по разделу 130
5. Экономическое обоснование техпроцессов очистки рабочей жидкости гидросистем управления землеройных машин 131
Заключение 136
Библиографический список использованной литературы 141
Приложения 151
- Рабочие жидкости гидроприводов землеройных машин
- Фильтры
- Физико-математическая модель трибоэлектрофильтрации жидкостей
- Результаты эксплуатационных испытаний
Введение к работе
Гидравлический привод находит широкое применение потому, что затраты энергии при выполнении различного рода работ значительно ниже по сравнению с другими типами приводов. Применение гидравлического привода на; землеройных машинах позволяет упростить конструкции, увеличить производительность и количество сменного оборудования, улучшить условия труда обслуживающего персонала и т.д. К числу достоинств гидравлического привода относятся такие, как реализация больших усилий на рабочих органах, большие и бесступенчатые передаточные отношения, уменьшение массы и габаритов агрегатов, снижение инерции, простая и надежная зашита агрегатов и машин от перегрузок и т.д.
Непрерывное усовершенствование конструкции гидроприводов в направлении автоматического управления ведет к их усложнению t и как следствие к повышению требований к чистоте рабочей жидкости.
В настоящее время гидравлический привод землеройных машин (экскаваторов, драглайнов, гидромолотов и; т.п.) имеет недостаточную надежность и ресурс. Например, наиболее интенсивно изнашиваются детали насосов, гидрораспределителей и гидроцилиндров. При этом срок службы насосов составляет в среднем 350-450 часов, вместо гарантированного заводами-изготовителями 1500 - 4000 часов [27,28, 84, 85].
Для увеличения ресурса и безотказности агрегатов гидравлического привода применяют ряд мероприятий,, направленных на повышение износостойкости металлов, улучшение свойств рабочей жидкости и т.п.,
В процессе изготовления землеройных машин в гидравлическую систему вносятся частицы от абразивных кругов, притирочных паст, формовочной земли, металлов гальванических покрытий, стружки, краски, ржавчины. Крупность загрязнения доходит при этом до 500 мкм и больше. Концентрация загрязнений находится в пределах от тысячных до десятых долей
2 процента по массе. Кроме того, в процессе эксплуатации гидравлического привода, рабочая жидкость многократно подвергается воздействию резко изменяющихся механических нагрузок, температур, окисляется кислородом воздуха, в результате чего ухудшаются ее физические и химические свойства -жидкость стареет.
Исследования по очистке рабочих жидкостей от механических примесей проведены в «Стройдормаше», ВНИИ «Гидропривод», «Гипроникель», НАТИ, НАМИ, ВНИИ топливной аппаратуры, на заводах - изготовителях машин с гидравлическим приводом, Дмитровском экскаваторном заводе, Мотовилихинских заводах и в других организациях.
Работы ученых В.И. Соколова, Т.М. Башты, П.Н. Белянина, В.И. Барышева, Г.А. Никитина, В.И. Сапожникова, Г.А. Седлухи, А.З. Афлятонова, К.В. Рыбакова, В.П. Коваленко, А.Р. Шарифова, B.C. Башкирова, Ф.К. Будагова, Н.Н. Климова, В.К. Кутузова, А.Е. Литвака, С.А. Воронова, Ю.А. Микипориса, СВ. Кандыбы, М.А. Григорьева, Е.С Венцеля, Ю.П. Рывкина, П.Д. Алексеенко, А.К. Гельцера, Р.П. Капустина, П.Н. Пузя, П.И. Сумина, С.Г, Аниканова, А.Г. Торопова, СБ. Волюжского, А.И. Захарова и других содержат богатейший теоретический и экспериментальный материал, который может быть принят за основу при решении вопросов совершенствования гидропривода землеройных машин...
В настоящее время в системах управления гидроприводами землеройных машин очистку рабочих жидкостей от загрязнений производят в основном с помощью фильтров с сетчатыми и бумажными фильтроэлементами. Сетчатые фильтры обеспечивают тонкость очистки 40-10"6 - 80-10"6 м, а бумажные - 25*10"6 м. Необходимо отметить, что тонкость очистки 40-10"6 -80-10"6 м, недопустимо грубая, а тонкость 254 О"6 м в какой-то степени повышает надежность гидравлического привода, но в условиях отрицательных, температур фильтры с бумажными фильтроэлементами неработоспособны, а цикличность работы гидропривода землеройных машин приводит к пульсации давления рабочей жидкости перед фильтроэлементами, снижая тем самым качество очистки.
Исходя из вышеизложенного, существующие методы не обеспечивают требуемого качества очистки рабочей жидкости гидропривода землеройных машин.
Создание принципиально новых средств обеспечения чистоты рабочей жидкости на базе научно-обоснованных требований к ним с целью улучшения показателей надежности гидроагрегатов привода управления землеройной машиной является актуальной научной задачей.
Особенное значение эта проблемная задача имеет для гидроприводов, работающих в условиях сильно загрязненной среды.
Все это позволило выдвинуть гипотезу о возможности использования нетрадиционного способа очистки — эффекта трибоэлектризации, для обеспечения требуемой чистоты рабочей жидкости.
Предлагаемая гипотеза требует объяснения сущности и обоснования режимов и показателей для оценки способов очистки рабочих жидкостей.
Цель исследования - повышение ресурса гидроагрегатов привода управления землеройной машиной за счет улучшения качества очистки рабочей жидкости.
Задачи исследования:
1... Теоретическое подтверждение целесообразности очистки рабочей жидкости в электромагнитных полях.
Проведение теоретических исследований в области трибоэлектрофильтрации неполярных рабочих жидкостей, с составлением физико-математической модели процесса трибоэлектрофильтрации.
Разработка и исследование вставки - трибоэлектрофильтра, в котором используется эффект трибоэлекризации, для очистки рабочей жидкости в гидросистеме управления землеройной машиной.
Планирование и проведение экспериментальных исследований с последующим анализом полученных результатов по увеличению ресурса гидроагрегатов привода управления.
Разработка типоразмерного ряда трибоэлектрофильтров для очистки рабочей жидкости гидропривода землеройных машин.
Технико-экономический анализ эффективности использования трибоэлектрофильтра с учетом разработанных мероприятий.
Объект исследования - гидропривод управления землеройной машиной.
Предмет исследования - устройство очистки рабочей жидкости на основе эффекта трибоэлектризации.
Границы исследования:
Исследования проводятся в области определения качества очистки рабочей жидкости на нефтяной основе.
Значения эксплуатационных факторов изменяются в пределах отклонений, допускаемых соответствующими ГОСТами без проявления отказов.
Методы исследования:
Фундаментальные положения теоретической механики, математического моделирования, теории вероятностей, надежности, теории эксперимента.
Методы анализа в рамках оптической микроскопии и теории трения и износа,
Научная новизна работы состоит:
1. В теоретическом обосновании предельной тонкости очистки рабочих жидкостей в центробежных полях.
В физико-математическом моделировании трибоэлектрофильтрации рабочей жидкости.
В установлении закономерности распределения частиц загрязнения в рабочей жидкости землеройных машин по кривой Максвелла.
Практическая значимость работы состоит в разработке метода и устройства очистки рабочей жидкости гидропривода управления землеройной машиной, позволяющими повысить ресурс и безотказность гидроагрегатов.
Достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций: в обоснованно выбранной методологии исследования; в корректном применении теории моделирования и планирования экспериментов; в достаточной сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований с применением проверенной (установленным порядком) контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратуры.
На защиту выносятся:
Показатели оценки способов и средств очистки рабочих жидкостей гидропривода.
Расчетно-аналитическое обоснование очистки рабочей жидкости в электромагнитных полях трибоэлектрофильтрацией.
Физико-математическая модель трибоэлектрофильтрации рабочей жидкости.
Результаты экспериментальных исследований закономерностей изменения основных параметров трибоэлектрофильтрации рабочей жидкости гидропривода.
Результаты эксплуатационной проверки работы трибоэлектрофильтра и рекомендации по использованию результатов исследований.
Типоразмерный ряд трибоэлектрофильтров.
Технико-экономический анализ трибоэлектрофильтрации рабочей жидкости.
Апробация работы:
Основные положения диссертационного исследования доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях КГТА (1997 -2003 гг.), на Международной конференции «Системные проблемы качества математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий», прошедшей в Сочи в 2001 году и Всероссийской научно-технической конференции «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» прошедшей в Тольятти (ТГУ) в 2003 году.
Реализация результатов исследований:
Проведенные в работе исследования реализованы при проведении испытаний гидропривода ЭО-4225А на ООО «КЭЗ» («Ковровец») в 2002 - 2003 гг., а также при испытании гидроаппаратуры на ОАО «КЭМЗ» в 2002 году в рамках договора о творческом содружестве №32-с/99; при выполнении НИР ГБ №18/98 «Совершенствование жидкостных систем транспортных машин нетрадиционными методами» и в учебном процессе по дисциплине «Эксплуатационные материалы».
Публикации:
По результатам диссертационной работы опубликовано 14 статей, из них 5 в журналах центральной печати рекомендованных ВАК, 9 в сборниках трудов международных, Всероссийских и межвузовских научно-технических конференций, а также получено свидетельство № 28451 Российского агентства по патентам и товарным знакам на полезную модель самоэлектризующегося фильтра.
7 Структура работы:
Диссертация содержит 161 страницу машинописного текста, 17 таблиц, 38 рисунков, 124 формулы, состоит из введения, пяти разделов, заключения, библиографического списка использованной литературы, включающего 106 наименований, и 11 приложений.
Рабочие жидкости гидроприводов землеройных машин
Рабочие жидкости гидроприводов землеройных машин работают в тяжелых условиях, поэтому они по своим параметрам должны удовлетворять следующим требованиям: - вязкость рабочих жидкостей при 323К должна быть строго определенной, т.к. при слишком большой вязкости не будет обеспечиваться быстрая и плавная передача мощности по трубопроводам, а слишком малая вязкость приведет к значительным ее утечкам через уплотнения и соединения, что вызовет повышенные потери жидкости. При этом перетечки внутри агрегатов будут резко снижать рабочее давление в системе; - жидкости должны обладать высокой смазывающей способностью, иначе неизбежны повышенные износы подвижных деталей гидравлических агрегатов; - обладать низкой температурой застывания, которая должна быть ниже минимальной температуры воздуха при зимней эксплуатации машин; - температура кипения жидкости должна быть на 20 - 30К выше возможных рабочих температур, иначе могут образовываться паровоздушные пробки, которые приведут к ненормальной работе системы; - жидкости должны быть стабильными, при длительном хранении не расслаиваться, не выделять осадков, которые могли бы засорять каналы гидросистемы и не вызывать коррозию металлов, а также не разъедать рукава и уплотняющие устройства; - жидкости должны иметь высокий коэффициент теплопроводности и удельной теплоемкости, а также малый коэффициент теплового расширения; - жидкости должны иметь высокий объемный модуль упругости; - жидкости и продукты их разложения не должны быть токсичными, иметь низкую гироскопичность; - в жидкостях механические примеси должны быть в соответствии с ГОСТ 17216-71 (ИСО4406).
Характеристики отечественных гидравлических жидкостей на нефтяной основе приведены в табл. 1.2. Для гидросистем землеройных машин, работающих в полевых условиях, в зависимости от климатической зоны диапазон изменения температуры окружающей среды может составлять 100 - П 0С, а температура масла при работе достигает 150 - 160С, что требует пологой вязкостно-температурной характеристики масла. Для обеспечения пуска насосов при низких температурах вязкость масла v должна быть не более 4000 - 5000 сСт, а нормальное функционирование гидроавтоматики возможно при вязкости vma не более 1500 сСт. Минимальная вязкость vmhk по условиям сохранения смазочной пленки и допустимому уровню утечек должна быть не менее 3 сСт. Всесезонное масло, допускающее пуск гидросистемы в любой климатической зоне, не обеспечивает длительного ресурса при высоких температурах, поэтому необходимо иметь несколько сортов масел с разными вязкостями.
Для гидросистем землеройных машин, эксплуатируемых в холодных зонах при температурах ниже - 55 С, и для систем гидроавтоматики с насосом гидродинамического типа применяют масла МГЕ-10А, ВМГЗ, АМГ-10, МГ-30М. Данные марки масел по нашему убеждению должны быть основными для гидросистем автоматического управления, гидросистем как строительно-дорожных, так и подъемно-транспортных машин. Характеристики отечественных гидравлических жидкостей землеройных машин
РОЛЬ климатических условий. Более 60% строительной техники страны свыше 5 месяцев в год работает в условиях низких температур [17, 32, 49]. Тем не менее, выпускаемая в настоящее время отечественной промышленностью техника предназначена в основном для эксплуатации в умеренном климате и мало приспособлена к работе в суровых и даже обычных зимних условиях Севера, Сибири и Дальнего Востока. Так, при сильных ветрах, достигающих скоростей 5-7 м/с, а в отдельных случаях до 16 - 20 и даже 40 м/с, усложняется работа машин из-за сплошных заносов. При скорости 5-7 м/с начинается отрыв снега от поверхности снегового покрова. Вследствие трения частиц друг о друга снег измельчается и проникает через самые малые зазоры в масло и смазку, застывает вместе с ними при остановке машин.
Температура воздуха для районов Севера, Северо-востока и Дальнего Востока различна из-за обширности территорий. Например, среднегодовая температура на Чукотском полуострове составляет - 7,8С, в Верхоянске 15 16,3 С. Среднегодовые температуры воздуха отрицательны на всем протяжении северных районов страны: в Якутии, Магаданской области, севере Хабаровского края. Средняя температура января на территории Сибири достигает - 40С. Продолжительность периода с устойчивым снежным покровом превышает 170, а в северных широтах и 300 суток [93].
Влажность воздуха, достигающая на большей части северных, северовосточных и дальневосточных районов 80 - 90 %, при влагосодержании от 4 до 0,002 г/м вызывает коррозию металлических частей машин, снижает эффективность смазки, т. е. способствует потере ее подвижности, что ведет к облитерации прецизионных пар, отверстий, и соответственно, к увеличению износов деталей. Пары воды, попадая из окружающей среды в рабочие жидкости гидросистем и смазочные масла, способствуют их застыванию при более высоких температурах.
Фильтры
В качестве материалов для фильтрующих элементов применяют картон, фетр, различные поглощающие массы и бумагу, пропитанную специальным составом. Анализ отечественных и зарубежных фильтров тонкой очистки показал, что подавляющее большинство из них - это полнопоточные фильтры со сменным бумажным фильтрующим элементом поверхостно- и объемно-адсорбирующего типа (Д12-А, ВАЗ, АЗЛК, ФОРД (США), Лейланд (Англия) и другие) [1, 10,24,87, 88,94,103-105].
По данным исследований Г. А. Смирнова применение фильтров тонкой очистки уменьшает содержание механических примесей в масле в соотношении 1:25, смол -1:15 [77]. Однако такие фильтры считаются часто неэффективными вследствие быстрого засорения, низкой долговечности. Более того, в НАТИ обнаружено явление снижения способности минеральных масел к адсорбции на металлических поверхностях при их фильтрации бумажными и неткаными материалами. При этом, как следствие, происходит увеличение утечек до трех раз [6,7,26].
В настоящее время в гидросистемах управления землеройных машин применяются поверхностные и объемные фильтры, с сетчатыми, бумажными фильтроэлементами, в которых осуществляется лишь механический процесс фильтрации, что снижает, по мнению автора, эффективность очистки и ресурс фильтров.
Сетки фильтроэлементов весьма разнообразны по конструкции, используемым материалам, способу переплетения, размерам и форме отверстий и т.д. В основном применяют металлические сетки крестообразного переплетения. Тонкость фильтрования сетками может изменяться в пределах 5 -300 мкм и более.
Исследования и наблюдения за работой поверхностных фильтров показали, что происходит их относительно быстрая "забивка" и нарушение целостности (рис. 1.7.). При этом, а также в случае запуска машин при низких температурах, давление на входе в фильтр повышается до 0,2 - 0,35 МПа. Это приводит в свою очередь к срабатыванию перепускного клапана,, встроенного в фильтр, и жидкость без очистки попадает в гидросистему.
Засоренный фильтроэлементСложным и трудоемким процессом является разборка, промывка фильтроэлементов или их замена новыми. Следует отметить, что даже при нормальной работе тонкость очистки фильтров сравнительно невысокая и составляет 15-50 мкм, а ресурс — 1000 мото-ч, при этом срок службы фильтроэлементов, например, Реготмас 666(665) из бумаги БТ-100 или БФМП (до очистки от загрязнений) составляет всего 250 мото-ч.
Многообразие конструкций характерно не только для фильтров, но и для силовых очистителей, принцип которых основан на использовании силовых полей различной природы. 1.4.2. Очистители Центрифуги. Широкое применение находят центробежные очистители (центрифуги) [3, 22, 43, 47, 70, 75, 82]. Многочисленные преимущества центрифуг (большая грязеемкость, прочность и т.д.) позволяют судить об их использовании в гидросистемах вместо фильтров.
Центрифуги, установленные вместо фильтра, увеличивают срок службы гидроагрегатов: насосов, гидрораспределителей, гидроцилиндров и др. в 2 - 3 раза, что объясняется повышением тонкости очистки жидкости до 10 - 20 м км [10]. Очищающая способность центрифуг зависит не только от частоты вращения ротора, но и от организации в ней потока жидкости. При одинаковых расходах жидкости и прочих равных условиях центрифуги превосходят фильтры по грязеемкости и по интенсивности удаления из масел как неорганических, так и органических загрязнений.
Однако наряду со сложностью изготовления в центрифугах и гидроциклонах наблюдается смыв и унос частиц загрязнений со стенок ротора и корпуса, особенно в момент включения гидропривода. Такие центрифуги неэффективно задерживают «легкие» частицы, волокна и ухудшают фильтрацию рабочей жидкости при понижении температуры и повышении вязкости. Кроме того, часть потока жидкости расходуется на привод реактивных центрифуг; выделение частиц загрязнений идет из толстого слоя жидкости; при истечении жидкости в воздушную среду зачастую образуется пена.
Физико-математическая модель трибоэлектрофильтрации жидкостей
Трибоэлектризация жидких неполярных диэлектриков, связана с существованием двойного электрического слоя Квинке-Гельмгольца-Гуи, образующегося на границе раздела фаз (рис. 2.6.) [20, 21,49,50, 67, 73].. Возникновение двойного электрического слоя является следствием относительного перемещения жидкости и твердого тела. Согласно теории Квинке-Гельмгольца-Гуи, двойной слой на границе твердой фазы и жидкости представляет собой плоский конденсатор. Одна обкладка связана непосредственно с твердой фазой, а другая расположена в жидкости. По толщине слоя напряженность электрического поля постоянна, а потенциал изменяется на величину полной разности потенциалов между электродом и электролитом. Толщина двойного слоя — величина порядка диаметра иона (10ю м). Схема строения двойного электрического слоя lfr0?foffo0%. 60 %f в а - ионного; б - адсорбционного; в - ориентационного Рис. 2.6. Теория трибоэлектризации жидкостей, развитая Гэвисом, Козманом и Бобровским в настоящее время не удовлетворяет современным требованиям. В частности, не исследовано дополнительное воздействие трибоэлектризации на твердые частицы в поверхностных и объемных фильтрах. Следует отметить, что сложность гидродинамических и электростатических процессов позволяет выполнять эту задачу с помощью математического моделирования [11, 100, 101]. Схема движения загрязненной жидкости на нефтяной основе, т.е. неполярного диэлектрика (например, моторного масла, топлива или рабочей жидкости) внутри поверхностного фильтра представлена на рис. 2.7. [80, 90]. Схема движения твердой частицы в жидкости — крышка (корпус); 2,4 - отверстия, соответственно, входа и выхода жидкости; 3 - сетки - электризаторы. Рис. 2.7. Под действием гидродинамических (движущих) сил жидкость проходит через фильтроэлементы (сетки - электризаторы). Вследствие электризации трением между сетками, выполненными из материалов разной поляризационной ориентации (например, фторопласт - капрон - металл) и корпусом возникает двойной электрический слой и, соответственно, трибоэлектрическое поле [98,99]. Для получения уравнений, описывающих движение твердой частицы загрязнений по осям X и У, представим исходное уравнение в следующем виде: (2.34) y=FA+Fr+FM.y+FCr.y где: Fax — движущаяся гидродинамическая сила по X; FA - сила Архимеда по оси У; Рэ - трибоэлектрическая сила; F(Ti - сила гидравлического сопротивления по Стоксу (по X ); Fr - сила гравитации; FMy- движущаяся гидродинамическая сила по У; Fcr.y сила гидравлического сопротивления по Стоксу (по У). Принимая форму частицы шарообразной с диаметром dlf, представим выражение сил, входящих в правую часть уравнений (2.34): ж/3 Fr = m4g = —і- p4g, (2.35) о где тч - масса частицы; рч - плотность частицы. F mxg Pxgt (2.36) где тж - масса жидкости в объеме частицы; рж - плотность жидкости. F3=q-Ext (2.37) где е"т [102] (2.38) 4тге0Ех + еи0т/ д = 4же0Ехг2\1+2 2 g,) где є0 - диэлектрическая постоянная; г - радиус частицы; є13є2 - относительная диэлектрическая проницаемость, соответственно, жидкой среды и материала твердой частицы; е - заряд электрона; / — время движения частицы; п - концентрация ионов; т - подвижность ионов. Е " 1/1 7 / Л (2 39) где Ех - напряженность трибоэлектрического поля; U - электрический потенциал. FCT=3K{id4-v, (2.40) где ц — динамический коэффициент вязкости; v — скорость движения частицы. д= жу. (2.41) Тогда уравнение (2.34) с учетом (2.35 - 2.41) имеет вид: f х = —- р„ — + (2.42) Введем обозначения: 5 = W1 . . , (2.43) ах = ау=Ъжрс1ч\ (2.44) Ь,=Ьу= Рж; (2.45) су= В(рч-ржУ, (2-46) о cx=-qE0. (2.47) С учетом (2.43 - 2.47) нелинейная система дифференциальных уравнений движения частицы будет представлена в виде: тх = Ър\-арж-сх (2.48) my = byo]-ayvy-cy Интегрирование первого уравнения системы (2.48) возможно только приближенными методами (численными или аналитическими). Интегрирование второго уравнения можно провести аналитически, но получающееся при этом выражение для и довольно сложное. Поэтому в первом приближении (тх) и {ту) пренебрежимо малы по сравнению с суммой слагаемых в правой части уравнений (2.48): 0 = bul -a.v. -с. IX 2 ... _ (2-49) 0 = 6 v —а и -с У У У У У Правомерность такого пренебрежения доказана в работах П.Н. Белянина и Б.А. Русакова [10,45]. После решения уравнений (2.49) были получены выражения для определения основных характеристик процесса: траекторий и скоростей движения твердой частицы х = f{t); и = f{x,y).
Результаты эксплуатационных испытаний
С целью определения эффективности трибоэлектрофильтрации в условиях эксплуатации были исследованы два гидропривода управления экскаваторов ЭО-4225А (рис. 4.5.), один из которых был оснащен серийным фильтром со специальной вставкой из фторопласта (рис. 4.6.), а другой -обычным серийным фильтром (рис. 4.7.). Трибоэлектрофильтр - вставка (рис. 4.6.) выполнен из фторопласта, с размером ячеек 200 мкм и установлен на фильтроэлемент грубой очистки (для БС 2.966.001). При использовании в гидросистеме управления экскаватором ЭО-4225А фильтров типа «Роготмас» трибоэлектризатор устанавливается внутри фильтроэлемента. Экскаватор ЭО-4225А Рис. 4.5. Ill Трибоэлектрофильтр - вставка Рис. 4.6. 113 Серийный фильтр гидросистемы управления ЭО-4225А Установка трибоэлектризаторов не должна нарушать маслоподачу. Для этого по известным формулам Вейсбаха и Бернулли был проведен расчет потерь напора, которые составили 0,37 ат, что является незначительной величиной, компенсированной за счет запаса по мощности насосной установки экскаватора. Перед началом испытаний экскаваторов, работающих в одинаковых эксплуатационных условиях (рытье котлованов), гидросистемы были промыты до такой степени, чтобы начальная загрязненность в % по весу к гранулометрическому составу отличалась не боле чем на ± 3%. Длительность испытаний составила 170 мото-ч. Отбор трехкратных проб проводился перед началом испытаний через 15 минут после остановки дизеля в середине и в конце испытаний. 114 Результаты гранулометрического анализа проб представлены в табл. 4Л. Результаты гранулометрического анализа проб Таблица 4.1. Размерные группы по ГОСТ 17216-71 Исследуемые пробы (по три) начало испытания / середина / конец испытания среднее значение шт.х20 фильтр с вставкой серийный фильтр до 10 мкм 1117 1908 1925 1105 2401 2514 до 50 мкм 175 206 215 177 236 250 до 100 мкм 122 141 157 127 160 181 Более 100 мкм 85 90 98 9298 102 Результаты показали, что фильтр с трибоэлектризационной вставкой очищает рабочую жидкость, в среднем эффективнее на 11%. Особенно это заметно в малых размерных группах: до 10 мкм — на 22%; до 50 мкм - на 14%; до 100 мкм — на 12% и свыше 100 мкм - на 6%. Отказов в работе гидропривода управления экскаватором ЭО-4225 А и изменения вязкости не наблюдалось. 4.3. Оценка адекватности физико-математической модели Сравнение результатов испытаний и расчетов физико-математической модели проведены по анализу гранулометрического состава механических примесей (рис. 4.8.). По результатам прогнозирования физико-математической модели (табл. 2.1) при напряжении U = 0,5-1,5 кВ средняя тонкость очистки (d) 115 трибоэлектрофильтрации, соответственно, на 6,7% - 15% выше обычной фильтрации с тем же размером ячеек сетки. Сравнительная эффективность по тонкости очистки 100 более 100 мкм Рис. 4.8. Анализ тонкости очистки по результатам эксплуатационных испытаний (табл. 4.1) показал, что фильтр с трибоэлектризационной вставкой очищает эффективнее рабочую жидкость в среднем на 11%. Оценка качества физико-математической модели зависит от того, насколько полно достигнута цель моделирования. Данная модель не претендует на всесторонний учет факторов, влияющих на процесс трибоэлектрофильтрации рабочей жидкости. Однако наиболее существенные из факторов учтены и рассмотрены. Представляется необходимым сравнение результатов модели и испытаний с математической точки зрения. Такое 116 сравнение в данном случае произвести однозначно невозможно (даже в статистическом смысле), поскольку на результаты испытаний влиял ряд субъективных факторов (например, некоторое различие условий работы фильтров и их техническое состояние при эксплуатационных испытаниях, навыки операторов и т.д.), а также невозможность в ходе испытаний измерить напряженность трибоэлектрического поля. Поэтому возникла необходимость использования нескольких критериев оценки физико - математической модели [68, 86]. Из табл. 2.1 и 4.1 определим среднее значение эффективности трибоэлектрофил ьтрации: теоретическое -10,7%; экспериментальное— 11%. Абсолютная погрешность среднего значения определится по разности экспериментального и теоретического значений эффективности и составит 0,3%. Относительная погрешность определится путем деления абсолютной погрешности на экспериментальное значение эффективности и составит 2,7%. Усредненная оценка физико-математической модели проведена с использованием квадратичных погрешностей (что является наилучшим при максвелловском распределении результатов испытаний), а также абсолютных погрешностей (что является адекватным при двойном экспоненциальном распределении результатов). Необходимо отметить, что при влиянии на результаты испытаний субъективных факторов распределение погрешностей является промежуточным.
