Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Состояние вопроса и задачи исследований 10
1.1. Условия работы насосов в гидросистемах машин, используемых в хлопководстве 10
1.2. Работоспособность шестеренных насосов 18
1.4. Задачи исследований 26
ГЛАВА 2. Теоретические исследования объемных характеристик и вероятности безотказной работы отремонтированных насосов Ш-32УР 27
2.1. Исследование влияния конструктивных параметров и эксплуатационных факторов на объемный к .п. д. насоса НШ-32УР 27
2.2. Вероятностная оценка технического состояния шестеренного насоса типа НШ-УР при эксплуатации 38
2.3. Выводы 41
ГЛАВА 3. Программа и методика экспериментмьных исследований 43
3.1. Программа экспериментальных исследований 43
3.1.1. Методика определения числа объектов наблюдений 43
3.2. Методика исследования условий эксплуатации гидросистем машин» применяемых в хлопководстве 45
3.3. Универсальная установка для ресурсных испытаний узлов гидросистемы машин 48
3.4. Методика исследования ремонтного фонда и качества ремонта шестеренных насосов 61
3.5. Методика исследования показателей безотказности и фактического ресурса отремонтированных шестеренных насосов ШІ-32УР 65
3.6. Методика исследования влияния износа основных деталей шестеренного насоса на его работоспособность 70
3.7. Методика математического планирования многофакторных экспериментов 73
ГЛАВА 4. Результаты эксперимштальшх исследований 79
4.1. Условия эксплуатации гидросистем машин, используемых в хлопководстве 79
4.2. Исследование ремонтного фонда и качества ремонта шестеренных насосов 87
4.3. Исследование износа деталей насоса в эксплуатационных условиях 99
4.4. Влияние износа основных деталей шестеренного насоса на его работоспособность 109
4.5. Математическая модель работы насоса типа НШ-УР.. 119
4.6. Обоснование рациональных зазоров при ремонте насосов Ш1-32У 124
ГЛАВА 5. Оценка технического состояний отржонтированных насосов в условишс эксплуатации 136
5.1. Определение показателей безотказности и фактического ресурса шестеренных насосов НШ-32УР 136
5.2. Исследование характера изменения выходных параметров насосов типа ШЬУР с различной наработкой 144
5.3. Прогнозирование остаточного ресурса отремонтированных насосов типа НШ-УР 152
5.4. Номограмма и экспонометр для оценки технического состояния насоса типа НШ-УР 158
5.5. Экономическая эффективность результатов исследований 166
5.6. Выводы 176
Основные выводы и рекомендации 177
Заключение 179
Литература
- Условия работы насосов в гидросистемах машин, используемых в хлопководстве
- Исследование влияния конструктивных параметров и эксплуатационных факторов на объемный к .п. д. насоса НШ-32УР
- Методика исследования условий эксплуатации гидросистем машин» применяемых в хлопководстве
- Условия эксплуатации гидросистем машин, используемых в хлопководстве
Введение к работе
В "Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1985... 1990 гг. ...", принятых на ХЇЇГІ съезде КПСС lj предусмотрено дальнейшее увеличение производства хлопка-сырца за счет расширения земель под посевы, повышения его урожайности, эффективности и качества выполняемых сельскохозяйственных работ. В этой связи возникает необходимость разработки мероприятий по еще более эффективному использованию машинно-тракторного парка.
В решениях майского и ноябрьского (1982 г.) Пленумов ЦК КПСС 2_J указывается, что наряду с вопросами увеличения количества поставляемой сельскому хозяйству техники, важнейшее значение придается проблеме повышения ее технического уровня, качества, внедрению более прогрессивных форм .организации использования техники, к снижению преждевременной отправки в ремонт и списания машин. В значительной степени это относится к раздельно-агрегатным навесным системам управления, которыми в настоящее время оснащены все сельскохозяйственные машины и тракторы.
Повышение эффективности работы машин, используемых в хлопководстве, их топливно-энергетические, ресурсные и экономические показатели во многом предопределяются работоспособностью гидравлической системы и ее основного элемента шестеренного насоса. Применяемые в настоящее время отремонтированные шестеренные насосы типа НШ-УР полноотыо не отвечают агротехническим и эксплуатационным требованиям, что приводит к частым простоям и снижению производительности машинно-тракторного агрегата (МТА). Специфическими особенностями хлопководства являются кратковременность и крайняя напряженность операций посева, возделывания и уборки хлопчатника, определяя тем самым повышенные требования к машинам и, в частности, к гидросистемам машин, занятых в данных технологических процессах. Изучение опыта эксплуатации гидроагрегатов в условиях Узбекистана позволило обнаружить их недостаточную надежность и, чаще всего, шестеренных насосов, являющихся наиболее нагруженными агрегатами гидравлической системы. Из-за отказов шестеренных насосов типа НЩ-У в хлопководстве простаивает 23...28$ гидрофицированных машин /""48,1197. При этом до 30$ насосов снимаются с эксплуатации с недоиспользованным ресурсом 11,27.7.
До настоящего времени еще нет достаточно полных экспериментально - проверенных показателей, позволяющих оценить пригодность гидроагрегатов к дальнейшей эксплуатации. В связи с этим, разработка вопросов оценки технического состояния отремонтированных шестеренных насосов условиях эксплуатации представляет определенный научно-практический интерес.
Детальное исследование ресурса, качества ремонта, износа и утечек в сопряжениях, их предельных значений позволяет разработать мероприятия по повышению работоспособности и долговечности отремонтированных насосов НШ-32УР.
В результате проведенных исследований определены: условия эксплуатации гидросистем тракторов хлопковой модификации; влияние зазоров в основных сопряжениях на рабочие характеристики; качество ремонта шестеренных насосов и причин, вызывающих их интенсивный износ; рациональные режимы эксплуатации насосов.
Доказано, что внедрение рациональных зазоров в технологию ремонта насосов и устройства для прогнозирования технического состояния насоса в эксплуатационных условиях повышают их работоспособность и долговечность.
Основные результаты работы проверены в эксплуатационных условиях учебно-опытного хозяйства ТИИШСХ, колхоза им. "Ким Пен Хва" Среднечирчикского района Ташкентской области и внедрены в производство на ремонтно-механичееком заводе ПКТБ "Госкомсель-хозтехника" УзССР, Нукусском моторо-ремонтном заводе им. "50-летия СССР" и предприятиях треста "Приаралводе трой" ККАССР.
Работа выполнена в соответствии с проблемой О.С.Х 108 МСХ СССР и планом НИР ТИИШСХ.
Условия работы насосов в гидросистемах машин, используемых в хлопководстве
К эксплуатационным факторам, характеризующим условия раооты гидравлических машин, относятся: запыленность окружающего воздуха, загрязненность рабочей жидкости, температура окружающей ореады и рабочей жидкости, нагрузочный режим, культура эксплуатации и др. 12,33,49,74,91,125_7. Запыленность окружающего воздуха зависит от вида выполняемых работ, типа ходовой системы трактора, конструкции рабочих органов сельскохозяйственных машин, механического состава и влажности почвы, скорости движения агрегата, влажности воздуха, скорости и направления ветра и других погодных условий. Различное сочетание этих условий влечет за собой колебание концентрации пыли в 100 и более раз, а также большие различия в дисперсном и минералогическом составе пыли.
Характерной особенностью климата Узбекской ССР является резко выраженная континентальность и периодичность выпадения атмосферных осадков с приуроченностью их к зимне-весеннему полугодию. Неравномерное и незначительное выпадение осадков по сезонам (80...380 мм в год) и быстрое нарастание температур по мере приближения лета (3I3...323K в тени, 343...358К на солнце) приводит к непостоянству гидротермического режима в течение срока эксплуатации гидросистем. Это приводит к тому, что некоторые агрегаты и детали гидросистемы во время работы машин в летний период времени (ПО... 160 дней)нагреваются до 358К.
Испарение влаги колеблется в пределах 11000... 14000 м3/га, на долю же атмосферных осадков приходится 2000...3000 м3/га.
После длительного пребывания под действием солнца ускоряет ся старение резино-технических изделий, в результате чего нарушается герметизация гидроузлов, что приводит к снижению объемного к.п.д. гидросистемы.
Распространенными видами почв в хлопковых районах УзССР являются сероземы 1.0J (с глубоким залеганием грунтовых вод), содержащие значительное количество пыле образующих частиц, являющихся основной причиной их слабой структурности, легко разрушающихся под действием воды и атмосферы.
Исследования минералогического состава / 86,127_7 показали, что оолако пыли сероземных почв содержит 65...70$ двуокиси кремния (о/(4), около 10% AL Us И Ъ% Гд203 являющихся основными ускорителями износа деталей гидросистем.
Величина запыленности на сероземных почвах колеблется в пределах 0,6...3,45 г/м3 (табл.1.1).
Исследования дисперсного состава І7,69,ІІ8_/ показали, что в пылевом облаке сероземных почв содержится около 95$ частиц размерами до 50 мкм и $% - до 100 мкм. В среднем дисперсный сое тав пыли районов УзССР находится в пределах 20...40 мкм / 86_7. . Величина износа трущихся поверхностей деталей в большей степени зависит от количества и твердости проникающих в них частиц пыли. Так, твердость кварца (НВ 1050.,,1225) и окиси алюминия (НВ 2090 ...2290) в несколько раз превосходит твердость деталей гидроагрегатов, представленных в таблице 1.2.
Важным эксплуатационным фактором, влияющим на долговечность насоса, является чистота рабочей жидкости в гидромеханизмах. Исследованию этого вопроса посвящены работы /"12,31,47,52,63,75, 124,125,131 7.
Исследованиями /""12J выявлено, что физико-химические свойств масел тракторных гидросистем в течение срока службы (960 мото-ч), за исключением содержания механических примесей, остаются неизменными. Но при этом не учтены условия эксплуатации, а также характер нагружения гидросистемы и действие высоких температур. Свойства масла меняются при попадании в гидросистему воздуха. Наличие его в жидкости в пределах 0,4...0,5$ увеличивает ее ежи маемость в 5 раз, ухудшая смазку трущихся пар и повышая скорость" их изнашивания / 75,134_7.
Особенно чувствительны к механическим загрязнениям детали гидросистемы из цветных металлов, которые работают в условиях больших относительных скоростей и удельных нагрузок. Примером могут служить втулки насосов, которые определяют его ресурс Г697.
По ГОСТ 8581-63 и ГОСТ 1862-63 в маслах (Акп-10,М8В,М10В), применяющихся в гидравлических системах, допускается содержание механических примесей порядка 0,01$...О,025$. Исходя из условий надежности гидросистемы, пределом допускаемого загрязнения механическими примесями рабочей жидкости считается наличие в I см3 рабочей жидкости 800 частиц размером не более 25 мкм "12J. Но, как показывают исследования "31,46,47,63_7, степень концентрации механических примесей в свежем масле к моменту заправки в баки гидросистем может достичь 0,17...0,25 .
В хозяйствах рабочая жидкость хранится в металлических бочках и резервуарах, в основном, не имеющих герметических пробок и крышек. Анализ проб масел с мест их хранения показал, что содержание механических примесей в них достигает 0,02...0,25$ по весу, что в 50 раз превышает допускаемую величину (0,005$) по техническим условиям
Исследование влияния конструктивных параметров и эксплуатационных факторов на объемный к .п. д. насоса НШ-32УР
В процессе работы насоса происходит неизбежный износ его деталей, что приводит к увеличению зазоров в сопряжениях, нарушению уплотнений, повышению внутренних утечек рабочей жидкости (РЖ) и, как следствие, снижение работоспособности насоса.
Герметичность камеры нагнетания относительно камеры всасывания в насосах типа НШ-У обеспечивается сопряжениями в деталях "корпус-шестерня", "втулка-шестерня", "шестерня-шестерня". Из анализа возмояшых направлений течения РЖ в шестеренном насосе НШ-УР были приняты утечки через следующие основные сопряжения: "корпус-шестерня" (кольцевая цилиндрическая щель - у, ), межзубовое зацепление шестерен (плоская прямоугольная щель - у2 ), торцевые поверхности "шестерни-втулки" (плоская прямоугольная - У5 и кольцевая плоская щели - Уц ), "корпус-втулка" ( кольцевая цилиндрическая - .%- и плоская прямоугольная щели - Уб ), стыковые поверхности втулок , плоская прямоугольная щель - У7 ) и "втулка-цапфа" (кольцевая цилиндрическая щель - 14 ) Исходя из электрического аналога, построена структурная схема истечения РЖ. из камеры нагнетания в камеру всасывания через щели {// У# (рис.2.1, yt ...y/ f\f... I\s ).
При избыточных давлениях нагнетания РЖ. детали насосов упруго деформируются, такая же деформация происходит и при нагреве деталей, что приводит к изменению размеров герметизирующих щелей. І—г
Влияние параметров давления Н и температуры Lр.ж. на изменение размеров рассматриваемых щелей для новых и отремонтированных насосов различно.
В насосах типа НШ-УР, отремонтированных способом смещения (за счет эксцентричного расположения "качающего узла" относительно оси корпуса), со стороны камеры нагнетания, между корпусом и шестерней, образуется технологический серповидный зазор. Участок разделения всасывающей полости от нагнетательной (переходная зона) ограничен углом Г =4р:= 0,785 рад., остальная же часть 0\0 = 3,927 рад. входит в зону высокого давления. Формирование полного участка уплотнения осуществляется за счет пе ремещения цапфы в подшипнике и врезания шестерни в корпус на величину радиального зазора в сопряжении "втулка-цапфа" /" 66_7.
Аналитическими исследованиями по методике / 89_7 был0 определены силы, действующие на детали насоса НШ-32УР. По своей при-роде они делятся на механические и гидравлические. Для определения механических сил по известным формулам / 13_7 были рассчитаны значения: мощности (/у/г), крутящего момента {Мхр), осевых ( гQ ), радиальных ( Рр ) и результирующих ( гмex.) сил (табл.1, приложение I).
Используя данные изменения 0(0 и у0 / 66_7 и величины давлений в уплотнительной зоне / 89,101_ были рассчитаны результирующие гидравлических сил ( Pr ) в отремонтированном насосе НШ-32УР по формуле / 55,89_7 :
Графическим суммированием определены значения результирующей Рк , механической {Рмех ) и гидравлической (рг ) сил, угол ее наклона Ї1 к оси ординат для ведомой и ведущей шесте рен отремонтированного насоса Ш1-32УР (рис,2.2). Аналогичные расчеты проведены для нового насоса НШ-32У (приложение I).
Расчет усилий, возникающих в опорах отремонтированного насоса, показал, что за счет технологического серповидного зазора со стороны нагнетания, увеличивается зона распределения давления (рис.2.2). Тем самым со стороны всасывания создается противодавление, что позволяет уменьшить: величину результирующей Д , распорное усилие между втулками, а также усилить контакт межзубового зацепления, стыковых поверхностей втулок и внешней поверхности опорных втулок с колодцами корпуса, (рис.2.2, 2.3).
С учетом возможных смещений деталей под действием давления жидкости, упругого деформирования и теплового расширения материалов деталей были учтены поправки к размерам щелей У , У -от давления и температуры: У5 , У6 - от давления.
При расчетах утечек Р.Ж. были приняты допущения: - течение жидкости в щелях - ламинарное, напряжения сдвига жидкости прямо пропорционально градиенту скорости в поперечном сечении; - стенки щелей неподвижные; - для щелей, образованных деталями из одинаковых материалов, влиянием температуры пренебрегаем; - высота уплотняющего зазора постоянная; - шероховатость сопрягаемых поверхностей, по сравнению с высотой зазора, незначительна; - давление, температура и вязкость жидкости по высоте зазора постоянны. - на жидкость не действуют никакие силовые поля.
Методика исследования условий эксплуатации гидросистем машин» применяемых в хлопководстве
Исследования запыленности воздуха проводились по определенным методикам /""23,99,П8_7.
Исследования загрязнения РЖ гидравлической системы тракторов осуществлялись путем периодического отбора проб масла с последующими их анализами по принятым оценочным параметрам. В качестве основного параметра оценки загрязнения РЖ была принята весовая концентрация в ней механических примесей (Г0СТ6370-59). Пробы отбирались из гидравлических систем тракторов различных марок, эксплуатируемых на разнообразных работах по возделыванию хлопчатника. Отбор npodмасел- М8В, МІ0В (ГОСТ 8581-63) проводился по разработанной для этой цели методике. Перед началом полевых работ гидросистему тракторов промывали дизельным топливом и заправляли чистой РЖ. Промывке подвергался также фильтр. Через каждые 100,..200 часов работы трактора из гидросистемы отбирали пробу масла в чистую посуду емкостью 500 см3, которая закрывалась пластмассовой пробкой. На каждом сосуде крепилась этикетка с указанием местонахождения хозяйства, хозяйственный и заводской номер трактора, наработка трактора в мото-ч. Пробу брали при работающей гидросистеме через сливную горловину гидробака. Перед взятием пробы масла место вокруг сливной горловины очищали от грязи, промывали, сливали первые порции масла (100 см3) в отдельную тару.
При периодическом контроле технического состояния гидравлической системы, исследуемых машин диагностическим устройством КИ-5473, пробу масла брали непосредственно из шлангов устройства.
Всего было отобрано 52 пробы масла и проведено исследование по определению весового содержания механических примесей. Исследования проводились в центральной лаборатории Ташкентского тракторного завода.
В условиях эксплуатации концентрация частиц загрязнителя рабочей жидкости гидросистемы возрастает в зависимости от наработки. Для выявления зависимости загрязненности рабочей жидкости механическими примесями от наработки была подобрана "(на основании экспериментальных данных), аппроксимирующая функция вида у =(/(Х), (3.3) где X - наработка, мото-ч., у - величина загрязненности,%, Построим аппроксимирующую функцию для 1 (х) в виде полинома второго порядка: При этом используем метод наименьших квадратов. Согласно этому . методу сводится к минимуму следующая сумма квадратов: Тогда, в рассматриваемом случае /" 65_/, Q0 , Qf , / находятся из системы уравнений:
Решением системы уравнений (3.6) с помощью ЭВМ (EC-I022) на основании экспериментальных данных, получены зависимости загрязненности РЖ механическими примесями от наработки (с учетом дозаправок) с новыми и отремонтированными узлами гидросистемы.
Дяя измерения температуры РЖ в баках гидросистемы тракторов использовали ртутные стеклянные лабораторные термометры группы ЕГ № 1-4 (ГОСТ 215-57) с точностью до 0,1К. Замеры производили трехкратно, среднеарифметические значения заносились в журнал наблюдений.
При выполнении различных сельскохозяйственных операций по возделыванию хлопчатника насос тракторной гидросистемы работает в различных нагрузочных режимах. По времени подъема и опускания орудия можно судить о работоспособности насоса и своевременности его замены.
Рабочий режим гидросистемы оценивается временем нагрузки, в течение которого совершается процесс подъема и опускания орудия (время рабочего цикла). Расчет времени рабочего цикла для любых гидроподъемников можно произвести, используя зависимость приведенную в работе Z 5Q_7 J
Условия эксплуатации гидросистем машин, используемых в хлопководстве
На изменение физико-механических свойств рабочей жидкости и протекание процесса изнашивания деталей влияют факторы, осусловленные природно-климатическими условиями эксплуатации гидравлических навесных систем (рис.4.1).
Как показали исследования (таол.4.1), концентрация пыли при работе МТА на различных операциях в хлопководстве имеет большой разброс, что может быть объяснено, главным образом, нестабильностью содержания пыли в воздухе и зависимостью ее от направления ветра в отдельных точках трактора. При исследовании Р&,взятой из гидравлических баков тракторов МТЗ-50Х, Т24Х4, было установлено, что концентрация загрязнений в процессе эксплуатации тракторов колеблется в пределах 0,05...0,36$ (приложение У,рис.1). Это в десятки раз больше значений (0,01$), допускаемых ГОСТом 6370-59. Даже в состоянии поставки, масла MIOBg имеют значительную концентрацию механических примесей (0,04...0,071$). Интенсивное .нарастание механических примесей в РЖ наблюдается в первые 100...150 часов работы МТА-(0,І4$), в последующие же 250...300 - ai часов снижается до 0,08$. Интенсивность загрязнения РЖ в первые часы работы вызвана приработкой трущихся деталей, загрязнением гидравлической системы в производственных условиях, из-за несовершенства методов очистки при сборке, обкатке, заправке РЖ и т.д., а также тем, что фильтрующие элементы в начальный период удерживают меньше примесей, чем их поступает в РЖ. Размер механических примесей и их количество в РЖ уменьшается по мере загрязнения фильтрующих элементов, т.е. тонкость фильтрации по мере загрязненности фильтра повышается.
Обработка результатов анализов проб масел показала, что средняя концентрация продуктов загрязнения находится на уровне 0,132$ (положение У, рис.1).
В период заправки гидросистемы в РЖ содержатся частицы размерами до 50 мкм - 85$ и более 50 мкм - 15$. С увеличением времени работы гидросистемы трактора размеры частиц уменьшаются, а концентрация их увеличивается, что приводит к снижению объемного к.п.д. насоса (приложение У, таол,2). Уменьшение размеров частиц механических примесей в РЖ происходит за счет истирания частиц о трущиеся поверхности деталей, а также за счет уменьшения размеров ячеек фильтрующих элементов.
Анализ результатов проведенных исследований позволяет сделать вывод о том, что повышение эффективности фильтрации РЖ серийными фильтрами возможно вследствии увеличения периода работы фильтра без промывки (до 960 мото-ч.), или уменьшения количества фильтрующих элементов, за счет сокращения поверхности фильтра при сохранении принятой периодичности его обслуживания.
В целях обеспечения эффективной работы фильтров и максимального снижения времени на их техническое обслуживание, видимо, скажется целесообразным проведение их обслуживания по необходи мости.
В результате спектрального анализа был определен минералогический состав загрязнений, который существенно влияет на интенсивность изнашивания деталей гидросистемы. Выявлено, что основную часть загрязнений составляют элементы, являющиеся материалом деталей гидроагрегатов и элементы, входящие в состав почвенной пыли (приложение У, табл.З). Имеет место закономерность изменения дисперсного и минералогического состава и концентравди загрязнений в зависимости от наработки и нагружения гидросиотемы машин.
