Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса 8
1.1. Эффективность экскаваторов и герметичность гидроцилиндров рабочего оборудования 8
1.2. Факторы, влияющие на герметичность гидроцилиндров экскаваторов .19
1.3. Требования к уплотнителям гидроцилиндров 27
1.4. Существующие представления о процессе возникновения утечки рабочей жидкости
через уплотнители гидроцилиндров 39
1.5. Цели и задачи исследований 47
1.6. Выводы 50
Глава 2. Теоретические исследования влияния утечек рабочей жидкости на эффективность использования экскаваторов 54
2.1. Составление математической модели в общем виде 54
2.2. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на утечку через уплотнители 58
2.3. Зависимость утечки от наработки уплотнителей 76
2.4. Влияние герметичности уплотнителей гидроцилиндров на годовую производительность экскаватора 79
2.5. Влияние герметичности штоковых уплотнителей на себестоимость единицы продукции
экскаватора 86
2.6. Определение оптимальной наработки уплотнителей до замены 89
2.7. Выводы 100
Глава 3. Экспериментальные исследования уплотнителей 103
3.1. Методика проведения экспериментов и обработка экспериментальных данных 103
3.2. Оборудование 108
3.3. Проверка соответствия теоретических положений экспериментальным данным 120
3.4. Определение предельного снижения объемного коэффициента полезного действия гидропривода из-за снижения работоспособности штоковых уплотнителей по результатам экспериментов 132
3.5. Испытания двухступенчатых уплотнительных узлов 139
3.6. Выводы 147
Глава 4. Оценка экономической эффективности внедрения методики определения оптимальной наработки до замены уплотнителей 148
4.1. Экономическое обоснование методики определения оптимальной наработки уплотнителей до замены 148
4.2. Расчет предполагаемого экономического эффекта применения методики определения оптимальной наработки уплотнителей до замены 162
4.3. Расчет предполагаемого экономического эффекта от применения уплотнителей с оптимизированной длиной рабочей кромки . 167
4.4. Внедрение результатов исследований . 169
4.5. Выводы 171
Выводы 173
Литература 177
Приложение 189
Методика расчета оптимальной наработки уплотнителей гидроцилиндров 189
Акт внедрения 193
Акт внедрения 194
- Эффективность экскаваторов и герметичность гидроцилиндров рабочего оборудования
- Составление математической модели в общем виде
- Методика проведения экспериментов и обработка экспериментальных данных
- Экономическое обоснование методики определения оптимальной наработки уплотнителей до замены
Введение к работе
В основных направлениях развития народного хозяйства, принятых на ХХУ1 съезде КПСС, указано, что "претворить в жизнь большую и разностороннюю программу подъема народного благосостояния мы можем только на основе развития материального производства, роста его эффективности". В решениях съезда отмечается также важность решения задачи обепечения "более высоких результатов производства при меньших затратах и ресурсах". Таким образом актуальность повышения производительности труда в строительстве неизмеримо возрастает. Отсюда видна важность задачи повышения эффективности использования экскаваторов, как основной машины строительного механизированного комплекса. Значительным резервом повышения эффективности использования строительных экскаваторов является совершенствование их технической эксплуатации. В этом направлении большое значение имеет оптимизация организации ремонта и технического обслуживания. Особенно это.относится к гидравлическим экскаваторам, которые становятся основным типом экскаваторов, применяемых в условиях современного производства.
Опыт эксплуатации показывает, что более половины отказов гидросистем строительных экскаваторов являются следствием снижения герметичности гидроцилиндров рабочего оборудования (ГРО). Разгерметизация приводит к снижению производительности машины, увеличению потерь рабочей жидкости, ухудшению внешнего вида машины, загрязнению окружающей среды и другим отрицательным последствиям.
При увеличении утечек через поршневые уплотнители растет количество рабочей жидкости, бесполезно перетекающей из магистрали высокого давления в бак. Потерь рабочей жидкости из гидросистемы в этом случае может и не быть, но уменьшение объемного коэффициента полезного действия (ОКПД) снижает ее производительность, а значит и эффективность работы.
Однако вопросы, связанные с герметичностью Г?0, рассматривались до настоящего времени главным образом с целью улучшения конструкции строительных машин.
Целью настоящей работы является разработка рекомендаций по определению параметров предельного состояния уплотнителей ГРО и оптимальной наработки экскаваторов между заменами уплотнителей. Для достижения поставленной цели было исследовано влияние герметичности гидроцилиндров на эффективность работы экскаваторов.
В связи с этим проведен анализ исследований с целью выявления известных в настоящее время формул, пригодных для составления указанной математической модели и определения направлений дальнейших исследований. При этом оказалось, что несмотря на важность вопроса в настоящее время отсутствует даже единое мнение на механизм появления утечки в уплотнительных узлах ГРО. Имеющиеся теории, описывающие механизм появления утечки в уплотнительных узлах ГРО, противоречивы. Результаты предшествующих экспериментов не дают возможности отдать предпочтение какой-либо из них. Поскольку правильная эксплуатация машины невозможна без знания происходящих в ней процессов, в диссертации рассмотрен и механизм появления утечки через уплотнители ГРО.
В диссертации углублены теоретические представления о механизме возникновения утечки и уточнены расчетные положения по определению объема утечки через уплотнители, составлена математическая модель влияния герметичности гидроцилиндров на эффективность использования экскаватора с целью определения параметров предельного состояния уплотнителей и оптимального ресурса, проведена экспериментальная проверка теоретических положений, определены параметры эмпирических формул и некоторые конструктивные параметры уплотнителей, сделан анализ результатов исследований и практического внедрения.
Давление в гидросистемах строительных экскаваторов непрерывно возрастает. Это определяется тем, что повышение давления позволяет уменьшить вес машины,с сохранением величины рабочих усилий. В настоящее время в СССР и за рубежом используются экскаваторы с давлением до 32 МПа. Имеются сообщения о попытках использования экскаваторов с рабочим давлением до 45 МПа. Поэтому исследования проводились при давлениях до 50 МПа.
Все рекомендации диссертации проверены экспериментально в лабораторных и в производственных условиях. Предполагаемый экономический эффект внедрения методики определения оптимальной наработки уплотнителей составляет не менее 50 руб. на каждый гидроцилиндр экскаваторов 3-ей и 4-ой размерных групп за весь срок службы машины.
Эффективность экскаваторов и герметичность гидроцилиндров рабочего оборудования
Анализ, проведенный в ряде организаций, показывает, что основной причиной снижения производительности экскаваторов в процессе эксплуатации является уменьшение 0КГІД гидропривода. График зависимости производительности экскаватора ЭО-2621 от ОКПД гидропривода представлен на рис.1.1 [2]. Как видно из графика, производительность прямо пропорциональна ОКПД.
Основной причиной снижения ОКПД гидропривода является уменьшение ОКПД насосов, гидромоторов, распределителей, а также силовых гидроцилиндров. ОКПД гидроцилиндра определяется в свою очередь работоспособностью уплотнителей. По некоторым данным, более половины отказов строительных экскаваторов происходит вследствие отказов уплотнителей ГРО [3,11,12,22,52 и др]. Схема расположения основных уплотнителей ГРО показана на рис.1.2»
В настоящее время принято использовать два критерия эффективности работы строительных экскаваторов. В качестве одного из критериев принимают максимум годовой производительности при приемлемых затратах на поддержание работоспособности, а другого -минимум затрат на единицу продукции при приемлемом уровне производительности.
Составление математической модели в общем виде
Конечной целью теоретических исследований является получение оптимальной наработки по двум, указанным в первой главе, критериям: максимальной производительности и минимальной себестоимости единицы продукции. Для получения этих результатов нужно исследовать математическую модель влияния герметичности ГРО на годовую производительность и себестоимость единицы продукции. Для составления этой модели, как показал анализ состояния вопроса, нужно получить формулы зависимости утечки от конструктивных и эксплуатационных факторов, а также зависимости утечки от наработки.
Для уточнения необходимого объема работы составим математическую модель в общем виде (рис.2.1). В процессе эксплуатации гидравлических экскаваторов установлено, что отказ экскаватора происходит, как правило, только при отказе не более, чем одного из уплотнителей ГРО. Ввиду того, что ремонт экскаватора производится при каждом отказе уплотнителя, вероятность двух и более одновременных отказов уплотнителей ГРО настолько мала, что этот случай можно исключить. Примем, что снижение эффективности работы строительного экскаватора происходит вследствие изменения герметичности одного уплотнителя ГРО. Таким образом, на первом этапе наибольший интерес представляет выявление такого уплотнителя ГРО, который откажет первым.
С целью сравнительной оценки уплотнителей ГРО требуется провести наблюдение за работой экскаватора в эксплуатационных условиях и получить графики зависимости времени выдвижения и штоков для каждого ГРО от наработки. Анализируя полученные зависимости, выявляем уплотнитель, утечка через который растет наиболее быстро.
В настоящее время использование экскаваторов в различных условиях эксплуатации считается наиболее эффективным, если производительность имеет наибольшее значение, или себестоимость единицы продукции - наименьшее. В первой главе было показано,что поршневые и штоковые уплотнители работают в различных условиях, поэтому и критерии эффективности их использования должны быть различными .
Утечка при работе поршневых уплотнителей остается в гидросистеме, а при работе штоковых - теряется из нее. Отсюда следует, что поршневые уплотнители нужно заменять при снижении 0ІЩ ниже некоторого значения, а штоковые - при превышении предельной величины утечки.
Методика проведения экспериментов и обработка экспериментальных данных
Исследования проводились с целью определения соответствия экспериментальным данным полученных теоретических формул утечки в уплотнительном узле и оптимальном длины уплотнителя. Кроме того, проверялась возможность использования эмпирической формулы утечки для описания экспериментальных данных.
Для достижения поставленной цели необходимы наблюдения за работой уплотнителей с варьированием факторов в требуемых пределах. При работе машины, как уже было указано в первой главе, многие факторы, определяющие работоспособность уплотнителей ГРО, например, давление в рабочей полости, не только непрерывно изменяются, но и их значения в каждый момент времени имеют случайный характер. Это исключает возможность выявления влияния кавдого отдельно взятого фактора на работоспособность уплотнителей. Поэтому использовался стендовый метод испытаний, который позволяет изменять отдельные факторы при неизменности других.
При проведении испытаний уплотнителей ГРО можно воспользоваться одним из двух способов выявления зависимости работоспособности уплотнителей от наработки и других факторов. В настоящее время принято измерять объем утечки в единицу времени. В результате получается зависимость утечки от наработки, заданная в табличной форме, из которой определяются постоянные oL ,В и х . Наряду с этим можно измерять общий объем утечки через уплотнитель с начала испытаний. В этом случае коэффициенты 0І и j и величина показателя степени Q определяются из полученной экспериментальной зависимости общего объема утечки с начала испытаний от наработки. Для оценки этих способов сравним их мевду собой.
Методы непосредственного измерения расхода утечки в настоящее время находятся в стадии разработки [64], поэтому утечку можно замерить только косвенным путем, по объему за некоторый промежуток времени, полагая, что в течение этого времени она не изменяется. Рассмотрим погрешность, обусловленную применением косвенного метода измерений (рис.3.1).
Принимая в пределах принятых интервалов расход утечки постоянным, тем самым заменяем фактическую зависимость (позиция I, рис.3.1) на ступенчатую, состоящую из отрезков прямых (позиция 2 на рис.3.1). Очевидно, что при уменьшении длины интервала дХ. рассматриваемая зависимость приближается к фактической.
Вместе с тем, утечка за каждый ход штока является случайной величиной, поэтому, если наработка ДХ: превышает один ход штока, утечка является суммой некоторого количества случайных величин. Очевидно, что уменьшение суммируемого количества случайных величин, каждая из которых представляет собой утечку за один ход штока, увеличивает разбросы результатов.
Экономическое обоснование методики определения оптимальной наработки уплотнителей до замены
В литературных источниках обычно приводятся предельные нормы утечки из ГРО [4]. В практике эксплуатации на реальных машинах удобнее пользоваться показателем наработки, так как в настоящее время периодичность мероприятий технического обслуживания и ремонта строительных машин установлена в виде наработки в часах [2]. Произведем оравненне двух вариантов замены уплотнителей ГРО: по критерию оптимальной наработки до замены и ,по критерию предельной утечки.
Рассмотрим, за счет чего получается экономический эффект при замене уплотнителей ГРО по критерию оптимальной наработки. Графическая интерпретация уравнения (1.2) представлена на рис.4.1. Как видно из рисунка, приведенные затраты на установку уплотнителя уменьшаются с увеличением его наработки. Иными словами, чем дольше эксплуатируется уплотнитель, тем меньшая часть стоимости его установки приходится на единицу наработки, а затраты на восполнение потерь рабочей жидкости в виде утечки, с увеличением наработки, наоборот, возрастают.
Очевидно, что наиболее выгодным является эксплуатация уплотнителя ГРО до такого значения наработки,при котором сумма затрат на установку уплотнителя и на восполнение потерь утечки имеет наименьшее значение, то есть до X Х0ПТ .
