Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ современного уровня эксплуатации и методов обеспечения надежности гидрофицированных машин на железнодорожном транспорте 14
1.1 Особенности эксплуатации гидрофицированных машин на железнодорожном транспорте 14
1.2. Современный уровень надежности гидроприводов дорожных и строительных машин 24
1.3 Классификация отказов в гидроприводах мобильных машин 29
1.4 Неисправности прецизионных золотниковых и поршневых пар гидроагрегатов 36
1.5 Методы обеспечения надежности гидроприводов при техническом обслуживании и ремонте машин на железнодорожном транспорте 44
1.6 Определение цели исследования 57
ГЛАВА 2. Исследование методов поиска отказа в гидравлических системах дорожных и строительных машин 60
2.1. Характер процессов диагностирования гидросистем 60
2.2 Формы проявления отказов в гидроприводе 62
2 3. Энтропия состояния отказавших гидросистем и информационная ценность проверок 65
2.4 Разработка метода локализации подгруппы, содержащей отказ 76
2.5 Разработка метода локализации отказавшего элемента 78
2.6 Разработка блок-схемы алгоритма диагностирования 87
2.7 Разработка метода определения схемы контрольных точек при
поиске отказа в гидросистемах 90
2.8 Разработка алгоритмов диагностирования основных приводов дорожных и строительных машин 95
2.9 Выводы 105
ГЛАВА 3. Разработка методов и средств технической диагностики гидроаппаратов при ремонте машин и в эксплуатации 107
3.1 Основные положения для выбора метода и средств диагностирования 107
3.2 Сравнительный анализ применения диагностической аппаратуры 111
3.3 Основные требования и структура универсальной системы диагностики гидроприводов дорожных и строительных машин 118
3.4 Особенности применения турбинных расходомеров при диагностике гидроприводов 127
3.4.1 Взаимодействие ротора расходомера с потоком 127
3.4.2 Экспериментальные исследования применения турбинных расходомеров при диагностике гидроприводов 137
3.5 Основы создания и проектирования испытательных и диагностических гидростендов 142
3.6 Рекуперативные схемы испытания гидроаппаратов 146
3.7 Анализ тепловых режимов замкнутых контуров диагностических стендов 153
3.8 Разработка экспериментального образца испытательно-диагностического стенда 4-ой типоразмерной группы 159
3.9. Диагностирование гидроприводов машин в условиях эксплуатации без снятия агрегатов с машины 165
З.Ю.Выводы 175
4 Автоматизация работы диагностических и испытательных стендов 176
4.1 Основные положения эффективности системы автоматизации 177
4.2. Вопросы организации автоматизированной системы диагностики гидроприводов 180
4.3 Стендовые испытания элементов автоматизированной системы диагностики гидроприводов 184
4.3.1 Автоматизация процесса диагностики аксиально- поршневых гидромашин при стендовых испытаниях 184
4.3.2. Стендовые испытания элементов автоматизированной бортовой системы диагностики гидроприводов машин 189
4.4. Выводы 197
5 Анализ изменения состояния гидропривода машин в процессе эксплуатации и разработка метода прогнозирования остаточного ресурса по результатам диагностики 198
5.1 Влияние диагностирования на периодичность и организацию технического обслуживания гидроприводов 198
5.2 Характер изменения основного диагностического параметра 202
5.3 Разработка метода прогнозирования остаточного ресурса по результатам диагностики 208
5.4 Определение предельных значений объемного к.п.д., как основного диагностического параметра, для гидроприводов дорожных и строительных машин 215
5.5 Разработка метода прогнозирования надежности при наличии отказов двух типов 220
5.6 Анализ последствий проявления отказов в гидроприводах строительных и дорожных машин и разработка методики прогнозирования технического риска 229
5.7 Выводы 240
6. Экономическая эффективность применения диагностики гидроприводов 241
Заключение 247
Литература
- Современный уровень надежности гидроприводов дорожных и строительных машин
- Энтропия состояния отказавших гидросистем и информационная ценность проверок
- Сравнительный анализ применения диагностической аппаратуры
- Автоматизация процесса диагностики аксиально- поршневых гидромашин при стендовых испытаниях
Введение к работе
Современная экономическая ситуация в России ставит перед учеными, экономистами, инженерами ряд актуальных вопросов, связанных с эффективным функционированием железнодорожного транспорта.
Основную часть парка современных машин для строительства и ремонта железных дорог составляют машины с объемным гидравлическим приводом, получившим самое широкое распространение в силу известных его преимуществ.
Главной особенностью эксплуатации этих машин является то обстоятельство, что весь объем работ выполняется на железнодорожных линиях в «окно», т.е. в специально выделяемый промежуток в расписании движения поездов, в ограниченные сроки. Готовность машин в значительной степени зависит от состояния гидропривода, на долю которого приходится свыше 50 % отказов по машинам. Традиционные методы обеспечения надежности гидроприводов, основанные на системе планово-предупредительных ремонтов, не обеспечивают в полной мере необходимый результат с одной стороны, а с другой - ведут к большим материальным и финансовым издержкам.
Так, например, в СССР затраты на поддержание нормального функционирования парков только строительных машин составляли 5-6 млрд руб. в год (в текущих ценах), при этом срок службы большинства гидроаппаратов был в 1.5-2 раза ниже нормы. Система технического обслуживания и планово-предупредительных ремонтов начала складываться в 30-х годах прошлого столетия, когда были разработаны первые "Правила по уходу за тракторами и прицепным инвентарем и их полевому ремонту" (1932 г.), предусматривавшие 8 ступеней производства работ с обязательной сменой ряда деталей. В дальнейшем они послужили прототипом для разработки системы технического обслуживания и планово-предупредительных ремонтов других машин. Однако идею, предложенную еще в 40-х годах проф. Г.В. Веденяпиным о производстве работ по потребности, до сих пор в полной мере реализовать не удалось.
Современная ситуация, сложившаяся за последнее десятилетие, изменение методов и средств управления обуславливает необходимость в совершенствова-
7 ний теории и практики эксплуатации гидроприводов строительных и дорожных машин, в частности, за счет применения технической диагностики, которая позволяет контролировать состояние гидропривода машин и точнее устанавливать сроки и объем работ по обслуживанию и ремонту, помогает поддерживать готовность машин для производства работ, прогнозировать остаточный ресурс и наработку гидропривода, его узлов и отдельных аппаратов.
Развитие методов и средств технической диагностики гидроприводов создает новую ситуацию в эксплуатации и делает возможным применение индивидуального подхода при решении вопросов ремонтной политики. Техническая диагностика позволяет исключить ненужные разборочно-сборочные работы, определить действительную потребность в регулировках, выявить и проконтролировать основные эксплуатационные показатели гидропривода машин во время работы, маневрировать сроками технического обслуживания и ремонтов в зависимости от напряженности работ. Диагностика позволяет контролировать состояние новых или отремонтированных машин в период гарантийного срока, что способствует качеству изготовления и ремонта.
Техническая диагностика гидроприводов машин является сравнительно но
вым разделом науки эксплуатации мобильных машин. Её основы были заложены
в начале 70-х годов XX в. A.M. Харазовым, Р.А. Макаровым, когда получил ши
рокое распространение объемный гидропривод. Вопросам технической диагно
стики сложных систем посвящены работы И.А. Биргера, Г.Ф. Верзакова,
Н.Я. Говорущенко, Б.В. Павлова, П.П. Пархоменко, Б.Г. Кима и других ученых.
Вопросы диагностирования объемного гидропривода исследованы в работах
В.И. Загребельного, В.А. Коржова, Р.А. Макарова, Н.А. Мальцевой,
Т.С. Морозовой, В.Н. Сидорова, В.И. Сидорова, СИ. Шумейко, A.M. Шолома, П.М. Черейского, СБ. Багина, В.В. Тайца, К.В. Рулиса, а также автора и других исследователей.
Вопросы эксплуатации объемного гидропривода мобильных машин рассмотрены в работах В.Н. Прокофьева, Т.В. Алексеевой, В.Ф. Ковалевского, И.А. Панина, В.А. Першина, В.К. Свешникова, В.А. Васильченко, И.И. Елинсона и др.
На основе изучения теории и опыта проведения технического обслуживания и технической диагностики можно сделать вывод о том, что существующие методы обеспечения надежности и организации ремонтов гидрофицированных машин на железнодорожном транспорте не позволяют получить наиболее эффективные с точки зрения экономики, ресурсосбережения и собственно техники и технологии решения в области управления процессами обеспечения исправности и работоспособности. Развитие процессов механизации путевых и транспортных работ требует разработки научного обоснования принимаемых решений в области организации функционирования техники, в частности в вопросах прогнозирования остаточного ресурса гидропривода в целом и отдельных аппаратов.
Наиболее эффективным инструментом решения круга вопросов, относящихся к данной проблеме, является тщательное рассмотрение их взаимосвязей как между собой, так и со смежными факторами, а также со способами воздействия на эти факторы. Необходим анализ применимости частных теорий и разработок с целью создания единой системы технической диагностики гидроприводов, включающей как технические средства, так и методологические разработки по принятию управленческих решений в области эксплуатации гидроприводов как сложных систем.
Настоящая работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ МПС РФ, ОАО «РЖД» и кафедры «Путевые, строительные машины и робототехнические комплексы» Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ).
Цель работы Разработка методов и средств обеспечения бесперебойной работы гидроприводов дорожных и строительных машин, в том числе при работе в «окно», повышения коэффициентов технической готовности и технического использования.
Идея работы заключается в оптимизации процессов поиска отказов и прогнозирования ресурса гидроприводов машин на основе применения методов и средств технической диагностики.
Для достижения поставленной цели необходимо:
определить факторы, влияющие на надежность гидропривода машин, проанализировать последствия возникновения отказов и разработать метод оценки последствий и определения технического риска при эксплуатации в различных подгруппах гидропривода с учетом их структурной схемы;
разработать метод формализации и оптимизации процессов поиска отказов и определения достаточного числа контрольных точек измерений для гидроприводов машин;
изучить особенности применения основных типов диагностического оборудования в эксплуатационных условиях, дать научно обоснованные рекомендации по их использованию;
исследовать характер изменения надежности гидроаппаратов и гидропривода дорожных и строительных машин в целом при сочетании внезапных и изно-совых отказов и разработать метод прогнозирования остаточного ресурса по результатам диагностики;
разработать конструкции и провести эксплуатационные испытания средств диагностики в производственных условиях, разработать методики их практического применения.
Методы исследований включают анализ источников научно-технической информации, постановку и проведение теоретических и экспериментальных исследований, базирующихся на применении основных положений теории вероятностей, математической статистики, теории информации, гидравлики, логической алгебры, теории планирования эксперимента и обработки результатов экспериментальных данных.
Основные научные положения, защищаемые автором
В гидроприводах дорожных и строительных машин подсистемы, наиболее чувствительные к появлению отказов, определяются по степени тяжести последствий их возникновения по предложенному разделению на шесть групп, каждая из которых характеризуется безразмерным численным коэффициентом.
Рост уровня технического риска при эксплуатации гидроприводов,
10 определяемого как отношение обобщенного показателя тяжести последствий к вероятности безотказной работы, имеет нелинейный характер, позволяющий определить критическую наработку, после которой необходимо выполнение ремонтно-профилактических работ.
Минимизацию всех видов затрат при диагностике сложных гидроприводов следует осуществлять путем применения алгоритма поиска отказов по комплексному критерию, учитывающему информационную ценность проверок, затрачиваемое время и их стоимость.
Характер проявления отказов в гидроприводах дает возможность оптимизировать схему размещения и число контрольных точек измерения , определяемых с его учетом. Получить при этом наибольшее количество информации о состоянии объекта при диагностировании гидропривода дает возможность оборудование, реализующее статопараметрический метод.
Повышение качества и точности прогнозирования остаточного ресурса достигается путем применения экспоненциального и нормального законов для внезапных и износовых отказов гидроаппаратов и гидропривода в целом с учетом их совместного действия, а также характера изменения объемного КПД в процессе эксплуатации.
6. При использовании турбинных расходомеров в качестве средства
диагностики следует вводить поправочный коэффициент, учитывающий
изменение вязкости рабочей жидкости в связи с изменением давления и
температуры при диагностике гидросистемы статопараметрическим методом.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается достаточным объемом и сходимостью результатов теоретических исследований и расчетов, результатов эксплуатационных наблюдений за состоянием гидроприводов строительных и дорожных машин, а также результатов лабораторных и натурных экспериментов (расхождение расчетных и экспериментальных данных не более 10).
Научная новизна работы заключается
- в классификации последствий отказов по степени тяжести и определении
степени технического риска для гидроприводов дорожных и строительных ма
шин в современных эксплуатационных условиях;
-в разработке метода определения безразмерного коэффициента технического риска, учитывающего тяжесть последствий отказа и вероятность безотказной работы;
-в разработке метода поиска отказов в гидросистемах, в том числе в автоматизированном режиме, учитывающего время, стоимость и количество элементов в системе и вероятность их отказа, и метода оптимизации размещения контрольных точек;
- в разработке метода определения границы априорной вероятности отказа,
при которой целесообразно изменение стратегии поиска отказа;
-в разработке метода определения поправочных коэффициентов к статической характеристике турбинных расходомеров при использовании их в качестве средств диагностики;
-в разработке метода уточнения ресурса гидроаппаратов дорожных и строительных машин по результатам диагностики и определении параметров законов распределения отказов при совместном действии экспоненциального и нормального законов.
Научная значимость работы заключается в решении проблемы обеспечения безотказной работы гидроприводов строительных и дорожных машин при работе в «окно», обосновании теоретических положений, разработке технических и технологических решений по созданию универсальной системы диагностики и ее компонентов, а также методов эффективного её применения для повышения эксплуатационной надежности гидроприводов строительных и дорожных машин. Повышение надежности гидроприводов достигается за счет оптимизации процессов поиска отказов, предотвращения их появления и более полного использования ресурса гидроагрегатов.
Личный вклад автора состоит в обобщении известных результатов, постановке проблемы и задач исследования, разработке математических моделей поис-
12 ка отказа и прогнозирования ресурса и их численного анализа применительно к гидросистемам строительных и дорожных машин, выборе и обосновании направления по совершенствованию конструкции портативных и стационарных средств диагностики. Разработаны технические и технологические решения, позволяющие более полно использовать ресурс гидроагрегатов и обеспечить бесперебойную работу гидропривода.
Практическая ценность работы заключается:
в разработанных технических средствах для систем диагностики гидроприводов, одна из работ (гидротестер) отмечена медалью «Лауреат ВВЦ» за 1998 г.;
в методике поиска отказов в основных подсистемах гидроприводов машин и автоматизации определения схемы контрольных точек;
в методике прогнозирования состояния гидропривода в целом и его основных элементов в процессе эксплуатации;
в рекомендациях по применению диагностического оборудования для гид-рофицированных машин, в том числе по стабилизации температурных режимов замкнутых контуров в заданных пределах для диагностических стендов;
в определении порога минимально необходимого повышения эксплуатационной производительности, при котором достигается экономический эффект от применения средств диагностики
Реализация работы. Результаты работы использованы при создании экспериментальных образцов средств технической диагностики для гидроприводов машин транспортного строительства в ЦРММ ОАО "Трансвзрывпром", где они успешно эксплуатируются в течение ряда лет, при организации технического обслуживания гидрофицированных машин восстановительного поезда ст. Юдино Горьковскй ж.д., на Грязинской дистанции пути Юго-Восточной ж.д., Грязинской дистанции гражданских сооружений Юго-Восточной ж.д., в условиях ПМС №35 Юго-Восточной ж.д., Белгородской дистанции пути Юго-Восточной ж.д., Ани-совской дистанции пути Саратовского отделения Приволжской ж.д.. Полученные результаты нашли отражение при разработке методических указаний Госстроя РФ по организации диагностирования парков строительных машин. Также разрабо-
13 тайные средства диагностики и методики их применения используются при проведении научно-исследовательских и лабораторных работ на кафедре «Путевые, строительные машины и робототехнические комплексы» МИИТа.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на заседании кафедры «Механизация погрузочно-разгрузочных и строительных работ» МИИТа в 1999 г., на 4-й и 5-й межвузовских научно-методических конференциях "Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта" в РГОТУПС в 1999 г. и в 2000 г., на заседании кафедры "Строительные и дорожные машины и оборудование" РГОТУПС в 2000 и 2003 гг., на заседании научно-методического совета по специальности 170900 - «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» УМО вузов по образованию в области машиностроения и приборостроения на базе МГТУ им. Баумана и СПбГТУ в 1999 г., на конференции «Подъемно-транспортные машины на рубеже веков» в МГТУ им. Баумана в 1999 г., на заседании кафедры «Строительные и дорожные машины» Белорусской государственной политехнической академии в 2000 г., на международной конференции «Высшее профессиональное заочное образование на железнодорожном транспорте» в 2001 г., на заседании кафедры «Системы приводов» МГТУ «Станкин» в 2002 г.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 28 работах, в том числе в 19 изданиях, рекомендованных ВАК для докторских диссертаций.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 115 наименований, пяти приложений. Основная часть работы содержит 260 страниц текста, 115 рисунков, 18 таблиц.
Современный уровень надежности гидроприводов дорожных и строительных машин
В соответствии с ГОСТ надежность гидропривода есть свойство выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования [68]. Проблемам обеспечения надежности гидроприводов машин посвящено много работ советских и российских ученых - Т.А. Сырицына [92, 93], Ю.А. Беленкова [11], В.Н Лозовского [73], А.А. Комарова [65] и других.
В разработках по обеспечению надежности гидроприводов дорожных, строительных, подъемно-транспортных машин в настоящее время можно выделить два основных направления:
1) повышение надежности за счет внесения изменений в конструкторскую документацию (главным образом за счет повышения запасов прочности и запаса по давлению);
2) повышение надежности за счет внедрения в эксплуатацию методов контроля и расчета показателей надежности (главным образом за счет внедрения методов и средств диагностики, прогнозирования ресурса и поиска отказов).
Необходимо отметить, что, к сожалению, на практике имеет место тенденция противопоставления этих двух направлений. Конструкторы и инженеры-эксплуатационники часто пренебрегают расчетами количественных показателей надежности своей же собственной техники. С другой стороны, специалисты научно-исследовательских и учебных институтов нередко недостаточно ясно представляют себе специфику прикладных технических задач, и часто переоценивают роль математических методов (базирующихся в основном на теории вероятностей и математической статистике). Отмеченное противоречие усугубляется также «излишним» стремлением к экономии затрат, желанием переложить их на плечи партнера в современных условиях хозяйствования.
Как известно, для гидроприводов мобильных машин, являющихся изделиями ремонтируемыми, эксплуатируемыми до предельного состояния в циклическом режиме, с доминирующим фактором в качестве последствия отказа- простоем, основными показателями надежности являются гамма-процентный ресурс у и коэффициент готовности Кг [11, 92]. Также важными с точки зрения надежности свойствами гидроприводов являются безотказность и долговечность. Свойство безотказности обычно относят к определенной наработке - например: к одному рабочему циклу, к периоду между проверками, к периоду до первого ремонта или даже к одному выходу на перегон.
Обеспечение надежности и долговечности объемных гидроприводов - задача сложная, требующая комплексного решения ее на этапе создания и в процессе эксплуатации гидроприводов на основе качественного и статистического анализа причин отказов и неисправностей, анализа влияния внешних факторов на накопление необратимых изменений в элементах, отчетливой картины протекания физических процессов в гидроприводе при его работе. Факторы, влияющие на надежность гидроприводов машин, представлены на схеме (см. рисунок 1.5).
Практический опыт организаций, эксплуатирующих гидрофицированные машины, показывает, что они практически не могут влиять на такие факторы, как резервирование, выбор элементов с повышенной надежностью, оптимизация схем и конструкций, стандартизация, облегчение режимов, климатические условия, недостатки конструкции. В то же время влияние на остальные факторы (см. рисунок 1.5) со стороны эксплуатационников может быть весьма сильным и эффективным. Это влияние обеспечивается в основном грамотным применением методов и средств технической диагностики, в частности оптимизацией процессов поиска отказа, прогнозированием ресурса и технического риска при эксплуатации гидроагрегатов. Важное значение имеет также повышение культуры производства, в частности подготовка кадров необходимой квалификации.
Сбор статистической информации по надежности гидроприводов дорожных и строительных машин, проводившийся автором [28, 36], дал возможность определить значения наработки на отказ для основных типов гидроаппаратов, применяемых на дорожных и строительных машинах и на машинах транспортного строительства [24] - таблица 1.2
Рассматривая данные таблицы 1.2, необходимо иметь в виду, что гидроприводы этих машин работают в тяжелых и средних режимах (см. выше п. 1.1), согласно исследованиям [24, 65]. Кроме того, условия эксплуатации могут быть охарактеризованы как неблагоприятные, особенно по климатическим показателям и запыленности.
Энтропия состояния отказавших гидросистем и информационная ценность проверок
На работу гидропривода влияют частота вращения приводного вала насоса П; скорость движения исполнительных органов V, СО, давление в системе Р и расход Q Иногда также контролируется крутящий момент на валу приводного двигателя MQ И усилие на исполнительном органе F ; М. Измерения указанных параметров проводятся, как правило, при фиксированной температуре рабочей жидкости.
Появление неисправности приводит к потерям мощности AN [ANJ=\ANu-ANa\. где AN І - потеря гидравлической мощности на і -ом участке; [ANJ - максимально допустимые потери мощности; ANu, ANt2 - значения мощности на входе и выходе і -ого участка гидропривода соответственно. Потери складываются из потерь расхода и давления, наблюдаются, в основном, следующие варианты: АР [АР];АР=Рвх-Рвьа (2.1) вх [ вх] ±вых і вых] Эта комбинация характерна для изношенных насосов, когда они не развивают заданное давление и неисправных предохранительных клапанов 4Q [AQ1; AQ = Qex - Qeux (2.2) \вХ L\JexJ) \гвЫХ / \ вЫХ} Комбинация (2.2) характерна для насосов и других гидроаппаратов, имеющих объемный КПД ниже допустимого: АР [АР]; АР = Рвх - Рвых (2.3) PeuX-[Peux];AQ [AQ]; Комбинация (2.3) характерна для засорившихся фильтров и других неисправных аппаратов, перепад давления на которых превышает допустимые значения: АР [АР];Рвх=[Рвх]; (2.4) Рвых
Комбинация (2.4) возникает сравнительно редко, при неисправных редукционных клапанах и клапанах последовательности (напорных золотниках).
Итак, вое основные неисправности гидропривода можно условно разделить на четыре группы, различным образом влияющие на переменные физические величины (расход и давление). Признаки (симптомы), характеризующие принадлежность гидропривода к определенной группе состояний, проявляются при наличии или отсутствии внешней нагрузки R, приложенной к приводу. Если R = 1, нагрузка наличествует; если R = О - нагрузка отсутствует. Неисправности I, 2 и 4-ой групп проявляются только при наличии внешней нагрузки, приложенной к гидроприводу; неисправности 3-ей группы не зависят от наличия внешних нагрузок, более того, они ярче проявляются при их отсутствии. Признаком, характеризующим неисправности 3-ей группы являются повышенное давление Р в гидроприводе, которое можно определить по инвентарному манометру.
Для различения неисправностей первой и второй групп используем выходные последовательные и параллельные переменные: F ; М ; V , W [12]. При неисправностях первой группы все указанные величины ниже допустимого предела; при неисправностях второй группы - только скорости движения исполнительных органов.
Тест представим в виде таблицы (таблица 2.1 ), в которой строки соответствуют возможным группам состояний системы (обозначенным символом Ы ), а столбцы - симптомам.
Первые две строки L01 ; L02 ; учитывают тот случай, когда система исправна, а проверка происходит соответственно без нагрузки (строка L01 ), а затем под нагрузкой (строка L02 ).
Все строки таблицы попарно различимы, следовательно, тест является достаточным. Тест оговаривает условия проведения проверок (наличие или отсутствие нагрузки) и результаты определения симптомов. Таблица 2.1 - Таблица групп неисправностей
Тест является также минимальным, т.к. легко убедиться, что вычеркивание любого столбца приводит к тому, что некоторые пары строк становятся неразличимы. Важной особенностью параметров R ; Р ; F ; М; V; W является то, что для их определения, как правило, не требуется специальных (дополнительных) аппаратных средств.
Энтропия состояния отказавших гидросистем и информационная ценность проверок Как было отмечено выше, диагностический процесс связан с получением и переработкой информации, необходимость в которой возникает всякий раз, когда существует неопределенность исхода некоторого испытания (проверки) [54].
Неопределенность состояния системы (энтропия системы) определяется в основном количеством возможных состояний системы. Здесь необходимо уточнить, что имеется в виду под состоянием системы. Будем считать, что отказ одного элемента есть отказ системы.
Сравнительный анализ применения диагностической аппаратуры
Основы метода и его эволюция содержатся в работах [74, 75, 97, 104, 113]. На их основе можно сформулировать некоторые общие положения. Общеприняты допущения: в рабочем диапазоне давления сохраняется средняя плотность жидкости; теплоемкость и коэффициент теплового расширения - величины постоянные; все потери энергии переходят в тепло; теплообмен с окружающей средой отсутствует.
Для реализации метода разработаны гидротестеры ПДТ1; ПДТ2; Хади [75, 76, 104]. Метод может быть рекомендован для диагностики гидромоторов и гидронасосов. Применение метода для диагностирования других гидроаппаратов требует дополнительных исследований. Из сказанного следует, что метод не обладает универсальностью, и его применение в эксплуатационных условиях на сегодняшний день проблематично.
Диагностирование по параметрам переходного процесса Метод разработан в ГОСНИТИ с применением гидротестера КИ-5607. Он предназначен для оценки технического состояния систем гидроприводов тракторов путем контроля частоты вращения вала двигателя, температуры рабочей жидкости, динамического и статического давления. Метод может быть реализован как в стендовых, так и в эксплуатационных условиях. Техническая характеристика гидротестера рассматривается в работе [103]. Наличие в гидроприводе некоторых строительных и грузоподъемных машин гидропневмоаккумуляторов делает невозможным прямое заимствование результатов, полученных для сравнительно простых систем тракторного гидропривода.
Диагностирование по параметрам пульсации давления Метод разработан для аксиально-поршневых насосов серии 210 Н.Ф.Гончаровым (ВНИИСТРОИДОРМАШ) [21]. Контролируемым параметром является амплитуда пульсации давления в напорной линии насоса, изменяющаяся с ухудшением технического состояния насосов. по Метод может быть реализован в стендовых условиях при диагностике аксиально-поршневых насосов. Виброакустическая диагностика
Метод до настоящего времени подробно не разработан. По мнению ряда исследователей [3, 99], наибольший эффект можно получить при диагностике аксиально-поршневых обращаемых гидромашин.
Основными измеряемыми параметрами могут быть вибросмещение или виброускорение. Вибросмещение каждой точки на поверхности работающего насоса может быть представлено в виде наложения элементарных гармонических колебаний с различной частотой и амплитудой. Сложность аппаратурной реализации, ее высокая стоимость, трудности с выделением полезного сигнала, высокие требования к квалификации оператора тормозят развитие данного метода.
Диагностирование по содержанию продуктов износа в рабочей жидкости
Метод разработан в ЦНИИС Т.С. Морозовой [79] на основе спектрального анализа рабочей жидкости. Он основан на том, что интенсивность спектральных линий пропорциональна концентрации элементов в анализируемой пробе.
Метод дает довольно надежную оценку общего состояния гидросистемы машины, находящейся в эксплуатации. Результаты спектрального анализа с фактическим состоянием гидросистем совпадают до 80%. Весьма близким к рассмотренному является радиометрический метод, основанный на использовании радиоактивных изотопов, которыми маркируются элементы гидропривода. По концентрации изотопов в пробе масла судят о техническом состоянии системы. Метод позволяет производить интегральную оценку состояния гидропривода, а также степени износа отдельных его элементов. Главный недостаток метода - небезопасность.
Диагностирование гидромашин продувкой сжатым воздухом Метод разработан в ЛИСИ применительно к аксиально-поршневым гидромашинам типа 223 и 210. В работах [ 6, 7] указывается, что в большинстве случаев задача определения технического состояния аксиально-поршневых гидромашин сводится к определению характеристик внутренней негерметичности, в частности по значению объемного КПД. Это связано с тем обстоятельством, что 40% отказов сдвоенных насосов типа 223 и 70% отказов гидромашин типа 210 вызваны износом поверхностей трения в сопряжения блок цилиндров - торцевой распределитель и блок цилиндров - поршень.
В качестве основных диагностических параметров используются: массовый расход сжатого воздуха и величина пульсации расхода сжатого воздуха. Метод предназначен для применения на стационарных стендах и использование его для диагностики гидроаппаратов без снятия их с машины не представляется технически возможным.
Автоматизация процесса диагностики аксиально- поршневых гидромашин при стендовых испытаниях
Исследования характера отказов, методов ТО и процессов диагностики гидроприводов строительно-дорожных и путевых машин позволили сформулировать некоторые основные требования к системе диагностики (см. п. 1.6). Их практическая реализация может быть обеспечена следующим образом:
1. В качестве основного метода диагностирования гидроаппаратов должен быть применен статопараметрический метод, как наиболее универсальный и информативный.
2. В качестве средства измерения расхода следует использовать турбинные датчики, достаточно точные, удобные конструктивно и относительно недорогие.
В качестве средств измерения давления можно использовать манометры класса 1,0 для стационарных стендов и класса 2,5 для переносных и мобильных средств, а также реохордные и тензометрические датчики давления, обладающие высокой надежностью. Указанная аппаратура допускает переход к автоматизированным системам диагностики при наличии процессоров и средств коммутации (платы ЦАП и АЦП).
3. Целесообразно разработать универсальный измерительно-диагностический блок (гидротестер), который можно было бы использовать без дополнительной доработки как в конструкции стационарных стендов, так и в качестве встроенного элемента на машинах.
4. Конструкция средств диагностики (стационарных и переносных ) должна быть проста, надежна и технологична в использовании, доступна для освоения техническим персоналом эксплуатирующих организаций, обеспечивать необходимую производительность.
Структура системы, соответствующей этим положениям, схематично приведена на рисунке 3.2. Структура, компоненты и методики применения для бортовых и встроенных систем диагностики мобильных машин были подробно рассмотрены автором в работе [24].
Система должна обеспечивать: - проверку работоспособности основных подсистем гидропривода в транс портном положении машины (т.е. во время ТО и пр.), а именно насосных групп, групп привода рабочих органов, группы аутриггеров с помощью встроенных из мерительных устройств; - контроль параметров насосных групп в процессе работы; - локализацию отказавшего элемента в выявленной дефектной подгруппе с помощью встроенных и переносного устройств.
Объективная оценка работоспособности подгрупп гидропривода дается в результате последовательного Практическая реализация метода требует установки в контрольных точках системы датчиков расхода и давления, которые могут устанавливаться стационарно или подключаться с помощью быстроразъемных соединений.
В качестве исходного варианта предлагается вести групповой контроль с помощью встроенных датчиков, а поэлементный - в рамках отказавшей группы -присоединяемыми. Кроме того, необходим контроль за частотой вращения вала дизеля и температуры масла в баке. Разработанная структура системы бортовой диагностики в общем виде приведена на рисунке 3.3.
Технические средства, входящие в систему, обеспечивают: измерение основных параметров потока жидкости - давления и расхода; нагружение гидропривода в процессе работ путем дросселирования жидкости; подключение датчиков к системе без потерь рабочей жидкости; контроль частоты вращения вала приводного двигателя и вала рабочего органа; контроль скорости поступательного движения штоков гидроцилиндров. Эти средства допускают использование их в составе бортовых, мобильных (переносных и передвижных) и стационарных диагностических комплексов, обеспечивают возможность контроля параметров как отдельных агрегатов, так и системы гидропривода в целом.
В этом случае возможно обеспечить входной и выходной контроль технического состояния гидропривода в процессе изготовления и ремонта машин, контроль параметров привода в процессе эксплуатации машин с целью поддержания коэффициента их готовности на требуемом уровне, обеспечить поиск отказов при появлении последних.
Для выполнения столь разнообразных функций многоблочные конструкции с фиксированной структурой и вмонтированной измерительной системой в большинстве случаев неудобны, т.к. техническое оснащение точек может быть различно как по структуре, так и по параметрам, диагностическое оборудование может устанавливаться в систему как стационарно, так и на время измерений. Необходимо также отметить, что питание вторичных измерительных приборов может быть как сетевое, так и автономное (батарейное или аккумуляторное).
Для разработки был принят следующий комплект аппаратуры: - гидротестер, включающий расходомер, нагружающее устройство, датчик давления или манометр, показывающий прибор; - расходомеры (турбинные тахометрические) с условным проходом 20 мм и 10 мм; - присоединенные устройства, обеспечивающие соединение гидротестера с гибкими и жесткими трубопроводами; - блок измерения частоты вращения вала дизеля или гидромотора и поступательной скорости гидроцилиндра.
При разработке этих устройств было принято, что изготовление их механической части должно осуществляться в условиях машиностроительных и ремонтных предприятий, а электронная аппаратура либо максимально проста, либо се-рийна и доступна для приобретения.
