Совершенствование методов диагностирования гидроприводов строительно-дорожных машин на основе исследований гидродинамических процессов в гидросистемах Мельников Роман Вячеславович

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Анализ существующей системы ТО и общее состояние вопроса динамики рабочей жидкости

1.1. Роль и место диагностирования в системе технического обслуживания гидроприводов СДМ

1.2. Общее состояние вопроса гидродинамики гидропривода СДМ 17

1.3. Обзор исследований по динамике гидропривода

1.3.1. Теоретические исследования 24

1.3.2. Экспериментальные исследования 42

1.4. Использование электрогидравлических аналогий при исследовании волновых процессов в РЖ в гидросистемах СДМ

1.5. Обзор методов диагностирования гидропривода СДМ 52

1.6. Выводы по главе. Цель и задачи исследований 60

Глава 2. Теоретические исследования гидродинамических процессов применительно к гидросистемам СДМ

2.1. Исследование распространения главной гармоники по гидросистеме СДМ

2.1.1. Моделирование прохождения главной гармоники через препятствия

2.1.2. Определение в общем виде передаточной функцииодноштокового гидроцилиндра двустороннего действия

2.1.3. Определение давления в гидролинии при осциллирующем возбуждении путём решения телеграфного уравнения

2.1.4. Моделирование распространения волн в гидролинии на основе метода электрогидравлических аналогий

2.2. Оценка величины ударного давления в гидросистемах строительных машин на примере бульдозера ДЗ-171

2.3. Динамика взаимодействия пульсирующего потока РЖ и стенок трубопровода

2.4. Взаимосвязь колебаний стенок гидролиний и внутреннего давления рабочей жидкости

2.5. Выводы по главе 103

Глава 3. Экспериментальные исследования гидродинамических процессов в гидросистемах СДМ

3.1. Обоснование методики экспериментальных исследований и выбор варьируемых параметров

3.1.1. Общие положения. Цель и задачи экспериментальных исследований

3.1.2. Методика обработки экспериментальных данных и оценка погрешностей измерений

3.1.3. Определение вида уравнения регрессии 106

3.1.4. Методика и порядок проведения экспериментальных исследований

3.2. Описание оборудования и средств измерений 106

3.2.1. Стенд для исследований волновых процессов в гидросистемах

3.2.2. Виброанализатор СД-12М 110

3.2.3. Датчик вибрации АР-40 110

3.2.4. Цифровой тахометр/стробоскоп «Актаком» АТТ-6002 111

3.2.5. Гидравлический пресс 111

3.3. Исследование статической деформации рукавов высокого давления, находящихся под нагрузкой

3.3.1. Исследование радиальной деформации РВД 113

3.3.2. Исследование осевой деформации РВД с одним свободным концом

3.3.3. Определение вида уравнения регрессии Р =7(Дс1) 121

3.4. К вопросу о характеристиках вибраций СДМ в различных областях спектра

3.5. Исследование скорости распространения волны и декремента затухания одиночного импульса в жидкости МГ-15-В

3.6. Исследование характера пульсаций давления в гидросистеме экскаватора ЭО-5126 по вибрациям стенок гидролиний

3.7. Гидродинамика рабочей жидкости в гидросистеме бульдозера ДЗ-171 при подъёме отвала

3.8. Исследование зависимости амплитуды главной гармоники от расстояния до дроссельной щели

3.9. Выводы по главе 157

Глава 4. Рекомендации для практической реализации результатов исследования

4.1. Выбор диагностического параметра 159

4.2. Рекомендации по внедрению способа диагностирования в технологический процесс

4.3. Критерий наличия перетечки 165

4.4. Характеристика аналогов предлагаемого способа 169

4.5. Достоинства и недостатки предлагаемого способа 170

4.6. Примеры конкретного применения 171

4.7. Некоторые технические аспекты предлагаемого способа диагностирования

4.8. Расчёт экономического эффекта от внедрения предлагаемого экспресс-способа

4.9. Оценка эффективности внедрения способа экспресс- диагностики

4.10. Рекомендации по предотвращению возникновения гидроударов

4.11. Выводы по главе 182

Выводы по работе 183

Заключение 184

Литература

• Обзор исследований по динамике гидропривода
• Определение в общем виде передаточной функцииодноштокового гидроцилиндра двустороннего действия
• Общие положения. Цель и задачи экспериментальных исследований
• Рекомендации по внедрению способа диагностирования в технологический процесс

Введение к работе

Актуальность темы. Эффективность технического обслуживания строительно-дорожных машин (СДМ) в значительной мере зависит от качественного выполнения технического диагностирования машины и ее гидропривода, являющегося неотъемлемой частью большинства СДМ В последние годы в большинстве отраслей народного хозяйства происходит переход на обслуживание строительно-дорожной техники по фактическому техническому состоянию, позволяющее исключить ненужные ремонтные операции Такой переход требует разработки и внедрения новых методов диагностирования гидроприводов СДМ

Диагностика гидропривода часто требует проведения сборочно-разборочных работ, что сопряжено со значительными затратами времени Сокращение времени на диагностику является одной из важных задач технического обслуживания СДМ Ее решение возможно различными путями, одним из которых является применение методов безразборной диагностики, в том числе вибрационной В то же время, одним из источников вибраций машин являются гидродинамические процессы в гидросистемах, и по параметрам вибраций можно судить о характере протекающих гидродинамических процессов и о состоянии гидропривода и отдельных его элементов

К началу XXI века возможности вибрационной диагностики вращающегося оборудования выросли настолько, что она легла в основу мероприятий по переходу на обслуживание и ремонт многих типов оборудования, например, вентиляционного, по фактическому состоянию Однако для гидроприводов СДМ номенклатура обнаруживаемых по вибрации дефектов и достоверность их идентификации еще недостаточны для принятия столь ответственных решений

В этой связи, одними из наиболее перспективных методов диагностирования і идроприводов СДМ являются методы безразборного вибрационного диагностирования, основанные на анализе параметров гидродинамических процессов

Таким образом, совершенствование методов диагностирования гидроприводов строительно-дорожных машин на основе исследований гидродинамических процессов в гидросистемах является актуальной научной и технической проблемой

Цель диссертационной работы заключается в разработке методов диагностирования гидроприводов СДМ, основанных на анализе параметров гидродинамических процессов в гидросистемах

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач

- исследовать современное состояние вопроса гидродинамики
гидропривода СДМ и выяснить необходимость учета гидродинамических
процессов для разработки новых методов диагностирования
гидроприводов СДМ,

построить и исследовать математические модели гидродинамических процессов, протекающих в гидросистемах СДМ,

- экспериментально исследовать гидродинамические процессы,
протекающие в гидросистемах СДМ,

- на основании результатов проведенных исследований выработать
рекомендации по совершенствованию методов диагностирования
гидросистем СДМ,

выработать рекомендации по совершенствованию ТО исследованных машин, направленные на снижение гидродинамических нагрузок на гидросистемы

Объект исследований — гидродинамические процессы в системах гидропривода СДМ

Предмет исследований — закономерности, устанавливающие связи между характеристиками гидродинамических процессов и методами диагностирования гидроприводов СДМ

Методы исследований — анализ и обобщение существующего опыта, методы математической статистики, прикладной статистики, математического анализа, метод электрогидравлических аналогий, методы теории уравнений математической физики, экспериментальные исследования на специально созданном стенде и на реальных машинах

Научная новизна результатов диссертационной работы:

— составлена математическая модель прохождения первой гармоники пульсаций давления, создаваемых объемным насосом (главной гармоники), и получены общие решения системы дифференциальных уравнений, описывающей распространение главной гармоники по гидролинии,

— получены аналитические зависимости для определения
внутреннего давления жидкости в РВД по деформации его
многооплеточной упругой оболочки,

— получены зависимости деформации РВД от внутреннего
давления,

— экспериментально получены и исследованы спектры вибраций
элементов гидролиний в ГС экскаватора ЭО-5126, бульдозеров Д3-171,
самоходного стрелового крана KATO-1200S в условиях эксплуатации,

предложен способ вибродиагностирования гидросистем СДМ, основанный на анализе параметров основной гармоники пульсаций давления, генерируемых объемным насосом,

предложен критерий наличия перетечки в гидросистеме СДМ при использоватіии нового способа безразборной технической диагностики,

обоснована возможность использования для диагностики ГС СДМ параметров гидравлических ударов, возникающих в результате задержки срабатывания предохранительных клапанов

Практическое значение полученных результатов.

предложен новый способ вибродиагностирования для локализации неисправностей в элементах гидропривода СДМ,

— разработаны рекомендации по совершенствованию технического
обслуживания гидрофицированных СДМ,

создан лабораторный стенд для исследования гидродинамических процессов в гидросистемах,

— результаты работы используются в учебном процессе в
лекционном курсе, при курсовом и дипломном проектировании, а
созданные лабораторные установки используются при проведении
лабораторных работ

Личный вклад соискателя. Основные результаты получены автором лично, в частности все аналитические зависимости и методические разработки экспериментальных исследований При создании лабораторных стендов автором предложена общая компоновка, рассчитаны основные параметры и обоснованы характеристики их основных узлов и агреіатов В разработке способа вибродиагностики автору принадлежит идея выбора основного диагностического признака и методика его практической реализации в условиях эксплуатации Автором лично разработаны программы и методики экспериментальных исследований, проведены исследования, обработаны и обобщены их результаты, разработаны рекомендации по проектированию ГС ОГП с учетом волновых процессов

Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались на НТК Норильского индустриального института в 2004, 2005 и 2006 гг , на VIT Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, докторантов и молодых ученых «Наука ХХТ веку» МГТУ в г Майкопе, на научно-практігческой конференции «Механики — XXI веку» БрГТУ в г Братск, на 1-й «Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых» в г Омске (СибАДИ), на Всероссийской научно-практической конференции «Роль механики в создании эффективных материалов, конструкций и машин XXI

века» в г Омске (СибАДИ), а также на научных семинарах кафедры ТМиО НИИ в 2003, 2004, 2005 и 2006 гг На защиту выносятся^-

научное обоснование нового способа экспресс-диагностики гидросистем СДМ, основанного на анализе параметров гидродинамических процессов в ГС,

обоснование эффективности использования предложенного способа безразборной технической диагностики,

- обоснование рекомендаций по совершенствованию технического
обслуживания, направленных на предотвращение возникновения забросов
давления в гидросистемах

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК ведущих рецензируемых журналов и изданий, подана заявка на получение патента на изобретение

Связь темы работы с научными программами, планами и темами.

Тема разрабатывается в рамках инициативной госбюджетной темы «Повышение надежности технологических машин и оборудования» в соответствии с планом НИР Норильского шщустриального института на 2004 — 2005 гг , в которой автор участвовал в качестве исполнителя

Реализация работы. Проведены эксплуатационные испытания экспресс-способа поиска перетечек, результаты работы приняты к внедрению в технологический процесс на предприятии МУ «Автохозяйство» г. Норильск, а также используются в учебном процессе в ГОУВПО «Норильский индустриальный институт»

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка использованных источников, включающего 143 наименования, и 12 приложений Работа изложена на 219 страницах, включая 185 страниц основного текста, содержит 12 таблиц и 51 рисунок

Автор считает необходимым выразить благодарность Мельникову В И, канд техн наук, доценту кафедры «Технологические машины и оборудование» (ТМиО) ГОУВПО «Норильский индустриальный институт» (НИИ), и Башкирову Б В , учебному мастеру кафедры ТМиО НИИ за помощь, оказанную при выполнении работы

Основное содержанке работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, указана цель работы, сформулированы научная новизна и практическая ценность, приведены краткое содержание работы и сведения об ее апробации

В первой главе рассмотрена современная система технического обслуживания СДМ, при этом указано, что важное место в технологическом процессе ТОиР занимает техническая диагностика, которая бывает двух основных видов общая диагностика (Д-1) и углубленная диагностика (Д-2)

Также проведен сравнительный анализ существующих методов диагностики, при этом сделан акцепт на вибрационных методах Одним из наиболее часто применяемых на практике методов является статопараметрический метод, основаный на анализе параметров задросселированного потока рабочей жидкости Этот метод удобен тем, что позволяет точно выявлять место локализации неисправности, дает возможность при проведении диагностирования производить также регулировку и обкатку гидросистемы В то же время, этот метод требует проведения сборочно-разборочных работ, что приводит к значительным трудозатратам и ведет к дополнительным простоям машин Поэтому одним из направлений совершнествования системы ТОиР является развитие безразборных методов диагностики, в частности методов, основанных на анализе параметров гидродинамических процессов в рабочих жидкостях

Однако в настоящее время дефекты, обнаруживаемые системами вибрационной диагностики, не имеют количественных характеристик, аналогичных тем, которые есть у структурных параметров объекта В частности, при вибрационной диагностике не определяются, например, геометрические размеры элементов, величины зазоров и т п Количественными оценками обнаруживаемых дефектов может считаться вероятностная оценка опасности возникновения аварии при дальнейшей эксплуатации оборудования Поэтому и название обнаруживаемых дефектов часто не соответствует названиям тех отклонений состояния элемента от нормального, которые контролируются при дефектации узлов оборудования Вопрос согласования единых подходов к названию и количественным оценкам дефектов остается открытым Также остаются открытыми и вопросы количественного определения эффективности систем вибрационной диагностики

Одним из наиболее перспективных методов моделирования процессов в гидросистемах является метод электрогидравлических аналогий, при котором каждому элементу гидравлической системы ставится в соответствие определенный элемент электрической схемы замещения

Исследовано общее состояние вопроса гидродинамики рабочей жидкости в объемных гидросистемах, а также проведен обзор работ по этому вопросу Определено, что гидродинамические процессы оказывают

существенное влияние на работоспособность машин Указано, что в практическом аспекте, а именно в аспекте улучшения эксплуатационных характеристик важны, прежде всего, энергоемкие гармоники большой амплитуды Поэтому при проведении исследований целесообразно сосредоточить внимание, прежде всего на них, то есть на гармониках низкой частоты

По результатам исследований сформулирована цель и задачи исследований

Во второй главе приведены результаты теоретических исследований гидродинамических процессов в РЖ, исследован вопрос о прохождении волн через препятствие, и на этом основании получены передаточные функции для прохождения волн через некоторые элементы гидросистем В частности, передаточная функция для некоторого препятствия в виде щели в трубе постоянного сечения имеет следующий вид

4 - (^J>

w = ^-= -.

где а] — амплитуда падающей волны, а₃ — амплитуда волны, прошедшей через щель, к — отношение поперечного сечения трубы к площади отверстия

Для одноштокової о гидроцилиндра двустороннего действия при наличии перетечки передаточная функция будет иметь вид

1**' ⁽²⁾

W =-

(* + !'

_{1⁺¹_")^к_'^+1?

где т — отношение площади поршня к площади штока, к — отношение площади поршня к площади перетечки, U — отношение площади эффективного сечения гидролинии к площади поршня При этом внутренние диаметры сливной и напорной гидролиний предполагаются равными друг другу

Также во второй главе, на основании метода
электрогидравлических аналогий проведено моделирование

распространения гармонической волны по гидравлической линии с распределенными параметрами Известны уравнения, описывающие гок и напряжение в линии как функцию координат х nt

5м 5;

Эх Э/

I й _ ди

(3)

где R₀ — продольное активное сопротивление единицы длины линии, L₀ — индуктивность единицы длины линии, Со — емкость единицы длины линии и G₀ — поперечная проводимость единицы длины линии Схема замещения электрической линии представлена на рис 1

-1-Г-Э-

С_п 4*

I—

Известное решение системы (3), выраженное через напряжение и ток в начале линии, имеет вид

U = U,ch(yx)- /, Z_Bsh{yx)

(4)

l = I,c)i[}x)-^--,h{}x)

=V№⁺y<'.X^f;o+)<л о)

постоянная распространения,

\п +/шГ~ ~~ волновое сопротивление

Пренебрегая утечками, то есть, полагая гидравлический эквивалент G₀ равным ігулю, получим уравнения для определения гармонической функции давления и расхода в любой точке линии, выраженные через давление и расход в начале линии

(5)

!

I Q = P,ch(y_lX)--Q-_Sh{y_rx)

где

(6)

(7)

(8)

Q — объемный расход, 5 — сечение трубы, Я — давление, р = р _е>-",

Q =Q _е'^ш+*>), с - скорость распространения волны, р₀ — плотность, а —

параметр трения, со — круговая частота волны После подстановки в систему (4) гидравлических аналогов электрических величин, было получено решение системы (5)

I> = l\cf\x-^₊^- (-sinH + jcosH

- ^v <о Р„ \ с\ р,

V. ./,. 4л' ,___J/rt ..._,„« J _».!,. 4*.' (__5ш^)_+усоф))| ₍₈₎

Є = 0сй|*-4І ₊ — (-sm(9)+_vcos(i9))

Ї^{1 +} 4Ч (cos(0)-₇smH) V о) pi

(9)

С учетом отраженной волны, давление в гидролинии как функция координаты и времени принимает вид

где Р_()Н — волна, генерируемая объемным насосом, определяемая выражением (8), р — отраженная волна

Р^=Щ,')сП(г (l-x))K₀-Q(I,t)7„sh(_K (l-x))K₀ (10)

где коэффициентом отражения определяется выражением _r _ Zii-Zlb - Z„ — гидравлическое сопротивление нагрузки ~7 +7

Полученная модель справедлива не только для гидролиний с абсолютно жесткими стенками гидролинии, но также и для РВД В последнем случае скорость распространения волны следует рассчитывать по известной формуле

1 (И)

где г — радиус гидролинии, д — толщина стенок, К — приведенный объемный модуль упругости жидкости

Произведена оценка максимальной величины забросов давления при возникновении гидравлических ударов в гидросистеме бульдозера ДЗ-171 (базовая машина Т-170), возникающих вследствие остановки гидроцилиндров подъема отвала, полученное значение составило Ар , к 24,6 MI Fa Пр^и возникновении гидроудара, в случае задержки

срабатывания предохранительных клапанов на время 0,04 с, теоретически максимальная величина забросов давления в гидросистеме указанной машины составляет 83,3 МПа

В связи с тем, что измерения предполагалось проводить на реальных машинах безразборным методом, рассмотрен вопрос о взаимосвязи амплитуды вибросмещений и виброускорений внешшгх стенок напорных гидролиний и амплитуды пульсаций давления в гидролинии Полученная зависимость для жесткой трубы имеет вид

дгф.^(Д(р>^: -гЦр.'і^ + ^-І

(12)

где х, — амплитуда вибросмещения стенки трубы на і-Рі іармонике, Е — модуль Юнга для материала стенки, d — внутренний диаметр гидролинии, D - внешний диаметр гидролинии, р„ — плотность жидкости, р_ст — плотность материала стенок гидролинии, ш, — частота г-й гармоники.

14/' Ч ^'

V V h/d Ч лр

Ч ^⁴ h

Рисунок 2 — Расчетная схема для определения аналитической зависимости деформации металлической оплетки РВД о г амплитуды пульсаций вігутреннего давления

Аналогичная зависимость многослойного металлической оплеткой гибкого шланга

армированного (13)

где _т — число оплеток РВД, „ — число прядей в одном сечении одной

оплетки, к_а - коэффициент амортизации наружной обкладки, S! — площадь

поперечного сечения одной проволоки оплетки, а - угол наклона касательной к плоскости, перпендикулярной оси цилиндра (рис 2), х, — значение амплитуды вибросмещения /-й гармоники, d — диаметр одной проволоки оплетки, Do - приведенный диаметр всех оплеток РВД, S_l —

значение величины амплитуды виброскорости 7-й гармоники при частоте (o_i, (р - угол поворота радиального луча, соединяющего точку на винтовой

линии и под 90 ось цилиндра (рукава), У_ж— объем жидкости, заключенной внутри РВД в контуре площади проволоки, V_cm - объем части стенки, соответствующей контуру нити у =d 8 U ^гД^е 5 - толщина стенки РВД,

й?_ср— средний диаметр РВД, р_ж— плотность жидкости

После решения уравнения 13 для наиболее распространенного случая, то есть при а=3516', и пренебрегая силами инерции стенок РВД по сравнению с силами упругости оплеток, была получена упрощенная зависимость

д_{р = 1},₆₂ ю* ^±_Х, (¹⁴)

Do і

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований

Для обоснования возможности измерения параметров гидродинамических процессов в РЖ с помощью накладных датчиков произведено исследование зависимости статической деформации РВД от внутреннего давления Исследовались РВД марки - Б-29-40-25-4-У ТУ-38-005-111-1995, рассчитанного на номинальное давление Р_ном = 40 МПа Характеристика РВД длина — 1,6 м, внутренний диаметр — 25 мм, внешний диаметр — 40 мм, число оплеток — 4, диаметр проволоки оплетки — 0,5 мм Исследовалась радиальная и осевая деформация РВД при изменении давления от 0 до 12 МПа

Для РВД с обоими закрепленными концами зависимость
радиальной деформации от давления представлена на рис 3 Установлено,
что РВД ведет себя по-разному при возрастании давления (верхняя кривая
на рис 3 а) и б)), и при снижении давления (нижняя кривая на рис 3 а) и
б)) Таким образом, подтвердилось существование известного явления
гистерезиса при деформации РВД Работа, затрачиваемая на деформацию
за один цикл на один метр длины данного РВД, оказалась одинаковой для
обоих случаев — 6,13 Дж/м Установлено также, что при больших
давлениях (>0,2P,_IOVI) радиальная деформация остается практически
неизменной Такая дифференциация, вероятно, может быть объяснена тем,
что на участке от 0 до 8 МПа приращение диаметра обусловлено в
основном выборкой люфтов между слоями металлической оплетки, а
также деформацией неметаллической основы шланга Последнее
обстоятельство означает, что при больших давлениях демпфирующие
свойства самой гидролинии незначительны, параметры

гидродинамических процессов можно исследовать по параметрам вибраций гидролинии Методом конечных разностей было установлено, что оптимальным уравнением регрессии, описывающим зависимость Р = J[Ad) в области низких давлений (Р<0,2Р_НОМ), является степенная функция 3-го порядка Р = _а + Ь Ad + c {Ad)²+e (Ad)³ Также была исследована осевая деформация РВД (рис 4) Здесь тоже обнаруживает себя явление гистерезиса Работа, затрачиваемая на осевую деформацию за один цикл, составляет 2,38 Дж/м Исходя из полученных данных, потери энергии вследствие деформации РВД составляют, например, для экскаватора ЭО-5126 приблизительно 40-45 кДж/ч

Исследованные свойства РВД обосновывают возможность измерений параметров гидродинамических процессов в РЖ по параметрам вибраций стенок напорных гидролиний Результаты исследований свойств

РВД, изложенные в данной работе, хорошо согласуются с результатами, полученными другими учеными, например, П Я Крауиныпем

Исследования на реальных машинах проводились с помощью виброанализатора СД-12М и виброакселерометра АР-40 Число усреднений на всех полученных виброграммах равно 5

При исследовании спектра виброускорений стенок напорной гидролинии экскаватора ЭО-5126, содержащего аксиально-поршневой насос, был обнаружен следующий эффект гармоника, соответствующая первой гармонике пульсаций давления, создаваемых объемным насосом (главная гармоника), обнаруживает себя на всем протяжении напорной гидролинии; в сливной гидролинии, при отсутствии перетечек, эта гармоника себя не обнаруживает. В дальнейшем этот эффект был обнаружен также при исследовании бульдозера ДЗ-171 (базовая машина Т-170), содержащего шестеренный насос НШ-100

На основании обнаруженного эффекта была предложена идея нового безразборного способа поиска перетечек в гидросистемах, суть которой заключается в том, что, если в сливной гидролинии после диагностируемого элемента гидросистемы обнаруживает себя главная гармоника, то это может являться свидетельством наличия перетечки между напорной и сливной гидролиниями

Также исследования спектров виброускорений стенок напорных гидролиний экскаватора ЭО-5126, а также бульдозеров ДЗ-171 установлено, что спектры на всем протяжении содержат гармоники небольшой амплитуды, обусловленные колебаниями большого числа элементов машины (вибрационный фон), и гармоники, амплитуда которых значительно отличается от амплитуды гармоник вибрационного фона При этом по критерию Пирсона было определено, что распределение амплитуд гармоник вибрационного фона экскаватора ЭО-5126 хорошо согласуется с нормальным законом распределения, а бульдозера ДЗ-171 — не согласуется с нормальным законом (рис 5 и 6) Подобное различие может быть объяснено наличием одной или нескольких деталей в конструкции одной из машин, спектр вибрации которых оказывает значительное распределение на закон распределения амплитуд гармоник вибрационного фона

a)

б)

14.0

0.0 10.0 20.0 30.0 10.0 50.0 60.0 70.0 піни <, <

Рисунок 3 — Зависимость радиальной деформации исследованного РВД от давления: а) при обоих закреплённых концах; б) при одном свободном конце.

а)

б)

14,0

12,0

10,0 I

8,0

6,0

Осееля дефорнщия, мм

Рисунок 4 - Зависимость осевой деформации исследованного РВД от

давления: а) при почти полном отсутствии сил трения РВД о поверхность;

б) при наличии сил трения.

Дія оценки области применимости предложенного способа поиска перетечек, на лабораторном стенде были произведены исследования затухания амплитуды главной гармоники в зависимости от расстояния от точки крепления датчика до места перетечки A=f(x)=A_HaKCe'^dx В качестве рабочей жидкости использовалось минеральное масло И-20 Было установлено, что в этом случае коэффициент затухания амплитуды основной гармоники Sj = 0,046 м"'

Наиболее близким к предлагаемому способу диагностики является способ, основанный на анализе параметров высокочастотной вибрации, генерируемой турбулентными потоками жидкости, возникающими при дросселировании жидкости через перетечку Коэффициент затухания параметра ПИК виброускорений высокой частоты (15-25 кГц) при одинаковых условиях составил J_> = 2,53

а)

б)

Г*т;

Г~| й.^м/с^?

1 \ г-

).-3 Л 13 С 4 О _t8 О І8

Л, м / с

' 0|7 0^7 В37 047 5І/ 07, 07? 0Л7 0 «7 012 0_С 033? _с4г oi 0Ь<> О'? О У 0?

Рисунок 5 — Диаграммы распределений амплитуд гармоник вибрационного

фона, соответствующие спектрам на рис 5 а)— для бульдозера ДЗ-171, б) — для экскаватора ЭО-5126 N — количество гармоник в заданном интервале амплитуд

a)

гіги

_ілШті

^№<і*Ш*4^»ФІт*Ш#іг*

юта ікап гам

^:

б)

....

j^yiH^fe^u^^

_іШгУн

О У 2СО \

4ІІ.Ї 100 іЛгіР

1EW ІАЦС J6(

Рисунок б - Спектры вибраций стенок напорных гидролиний и контрольных точках, расположенных непосредственно у насоса: а) — для экскаватора. ЭО-5126; гармоника частотой J 22 Г и соответствует главной гармонике, б) - для бульдозера Д3-171; гармоника 172 Гц соответствует

главной гармонике.

Исследование ударных волн в РЖ проводилось на специально созданной лабораторной установке (рис 7) Было установлено, что коэффициент затухания для ударных волн в жидкости МГ-15-В при температуре t = 15 составляет 5 = 0,041 м"¹ Это означает, что забросы давления, возникающие при гидроударах, будут в 1,5 — 2,5 раза меньше в самой удаленной от источника ударной волны точке гидросистемы, по сравнению с забросами давления в месте возникновения гидроудара Волна до полного затухания успевает пройти 70-80 метров, что значительно больше суммарной длины гидролиний большинства гидрофицированных СДМ Значит, волна может быть легко обнаружена в любой точке гидросистемы, что подтверждено экспериментами на реальных машинах

Гидроударные явления в гидросистемах СДМ

> , > могут приводить к внезапным отказам, в

\ \ У , частности, к отрыву выходного фланца

\ \Jl~~,^{w г} насоса (рис 8) Расчеты показали, что данная

⁵HZZL~ '. '? П неисправность вызвана забросами давления

" ~^"~^~':. ' , порядка 70 МПа, что хорошо согласуется с

.." ' теоретической оценкой, данной во второй

^ ^ "_. . . ^ главе По результатам проведенных

{-""- ' ' исследований сделан вывод о том, что для

предотвращения возникновения гидроударов

в программу проведения ТО-3 бульдозеров

v ' 1; _t ДЗ-171 необходимо включить пункт об

^ '_<ч-ъ ! обязательно?» промывке предохранительных

* - " клапанов, расположенных в корпусе

распределителя Р160 В качестве критерия,

Рисунок 7 — Схема

лабораторной установки для

исследования

декремента затухания

продольных волн в жидкостях

1 — виброакселерометр, 2 —

ударный поршень, 3 —

исследуемая жидкость, 4 —

труба, 5 —опора, 6 — заглушка

позволяющего безразборным методом

оценить величину забросов давления при

гидроударе, было предложено использовать

отношение K_V77 =А_маге/а_фср, где А„

^чуд 'макс' "ф ср 5

где максимальная амплитуда виброускорений стенок напорной гидролинии при гидроударе, Офср — среднеарифметическая амплитуда виброускорений фона На однгам из бульдозеров ДЗ-171 во время измереігая параметров гидроудара в напорной гидролинии, возникающих при перекосе отвала, при К_уд= 11,2 в момент переключения распределителя произошел отрыв выходного фланца

При исследовании ударных волн, возникающих в гидросистеме бульдозера ДЗ-171 при подъёме отвала, установлено, что в гидросистемах 83,3% исследованных бульдозеров с общей наработкой 1100-6400 моточасов забросы давления при гидроударах в момент начала движения отвала достигали значительных величин, а в момент остановки отвала гидроудар обнаруживал себя во всех случаях. Было также установлено, что одной из причин возникновения гидроударов является задержка в срабатывании предохранительных клапанов (рис. 9).

Рисунок 8 - Одна из неисправностей, обусловленная возникновением

гидроудара в ГС автофейдера ДЗ-98А: а) сорванная резьба М12 на корпусе

насоса КШ-71 А; б) несорванная резьба на том же насосе.

а) б)

Рисунок 9 — Графики зависимостей виброускорений стенки напорной

гидролинии, полученные при подъеме отвала бульдозера ДЗ-171 (Т-170): а)

до промывки предохранительных клапанов; б) на той же машине через 150

моточасов после промывки клапанов. Общая наработка бульдозера 4600

часов.

В четвёртой главе проведена разработка моногармонического способа диагностирования гидропривода СДМ На основании описанного в третьей главе эффекта прохождения главной гармоники через всю напорную гидролинию, предложено диагностировать перетечки по наличию в спектрах виброускорений стенок сливной магистрали главной гармоники В качестве диагностического параметра предложено использовать величину А=А_ГГ - А_вф, где А^. - измеренная амплитуда главной гармоники, А_вф — среднеарифметическое значение амплитуды вибрационного фона В качестве критерия наличия перетечки для спектров с нормальным распределением амплитуд вибрационного фона предложено использовать параметр

Р₌^Агг- ^АВФ (15)

где а — среднеквадратичное отклонение величины А_вф от ее математического ожидания С вероятностью 95% наличие перетечки можно считать доказанным, если р = 1,96, а с вероятностью 98% — при |3 = 2,35 Вероятность обнаружения перетечки определяется вероятностью того, что разность А_1Г — А_вф будет больше нормально распределенной амплитуды вибрационного фона А_вф, то есть может быть определена с помощью функции Гаусса

Р(\А„_Ф-М(А_ВФ)\<(А_П -_Лф)) = 2Фрг--4- j (16)

Зная экспериментальные значения о и математическое ожидание А_Еф для экскаватора ЭО-5126, можно определить, что при доверительной вероятности у=0,95 при диагностировании силового гидроцилиндра подъема ковша перетечка может быть обнаружена при k = S_lIS₁<33\,

где Si -площадь поршня гидроцилиндра, S₂ — площадь перетечки

По результатам экспериментальных исследований, бытто установлено, что время диагностирования предлагаемым способом гидроцилиндров подъема отвала бульдозера ДЗ-171 составляет 11-15 мин, что уменьшает время диагностирования данного вида неисправностей на Предприятии механизации производства ЗФ ОАО «Норильский никель» в среднем на 72 мин Пример установки датчика при диагностировании показан на рис 10

По результатам расчетов, за счет сокращения времени на диагностику при внедрении предлагаемого способа диагностирования коэффициент готовности экскаватора ЭО-5126 увеличится в летний период

с 89,9% до 90,6%; в вееенне-осенний период с 85,8% до 86,7%; в зимний период с 73,8% до 75,3%.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа
диагностирования составит 6500 рублей на один экскаватор ЭО-5126 в год
(по расценкам «Предприятия механизации производства» ОАО
«Норильская горная компания»). При использовании в качестве
диагностических устройств виброанализаторов СД-12М применение
указанного метода целесообразно при обслуживании парка машин в
количестве не менее 5 единиц.

Рисунок 10 - Установка в и бро акселерометра на гидролинии,

подсоединённой к гидроцилшідру перекоса отвала бульдозера Д317: 1 —

виброакселерометр АР-40; 2 - диагностируемый объект (гидроцилиндр

перекоса отвала); 3 — гидролиния.

1. Обоснована целесообразность учёта параметров
гидродинамических процессов для разработки новых методов
диагностирования гидросистем СДМ.

1. Па основании построенных математических моделей найдены уравнения распространения первой гармоники пульсаций давления, создаваемых объёмным насосом, через гидравлические сопротивления для некоторых частных случаев,

2. По результатам экспериментальных исследований обоснована возможность изучения гидродинамических процессов в РЖ по параметрам Е.ибрации стенок как жёстких гидролииий, так и РВД. Доказано, что первая гармоника пульсаций давления, создаваемых объёмным насосом, легко обнаруживает себя во всей гидросистеме СДМ. В сливной магистрали при отсутствии перетечек указанная гармоника себя не обнаруживает.

4 На основании полученных экспериментальных данных
предложен новый способ поиска перетечек в гидросистемах СДМ,
основанный на анализе параметров основной гармоники пульсаций
давления, создаваемых насосом Определены диагностические признаки,
обусловленные возникновением гидравлических ударов в гидросистеме
бульдозера ДЗ-171, при появлении которых дальнейшая эксплуатация
указанной машины недопустима

5 Даны рекомендации по совершенствованию ТО, направленные
на предотвращение возникновения гидроударов в гидросистеме бульдозера
ДЗ-171

Обзор исследований по динамике гидропривода

Работы по плановому ТО проводят как на универсальных, так и на специализированных постах [120]. Метод обслуживания на универсальных постах состой в выполнении всех работ данного вида ТО на одном посту группой исполнителей. Метод технического обслуживания на специализированных постах состоит в расчленении объёма работ данного вида технического обслуживания и распредления его по нескольким постам. Последний метод может быть поточным и операционно-постовым. При поточном методе посты расположены как прямоточно по направлению движения обслуживаемых машин, так и в поперечном направлении. При операционно-постовом методе объём работ данного вида ТО распределяется между несколькими специализированными, параллельно расположенными постами, за каждым из которых закреплена определённая группа работ или операций по обслуживанию агрегатов и систем однотипных машин.

Поточный метод целесообразен при наличии на предприятии большого числа однотипных машин при относительно коротком времени, отводимом для проведения ТО, при постоянной трудоёмкости работ и суточной программе по каждому виду осблуживаний.

В парках с относительно небольшим количеством разных типов при многообразии их конструктивного исполнения более целесообразен метод обслуживания на универсальных постах. Как указано в [120], поточные линии экономически себя оправдывают при суточной программе по ТО-1 более 10 обслуживании, а по ТО-2 более трёх обслуживании однородных объектов. В 60-х - 70-х годах 20-го века интервалы времени для выполнения номерных ТО составляли: ТО-1 - 60 ч; ТО-2 - 240 ч; ТО-3 - 960 ч [76].

Для тракторов отечественного производства, решение про выпуск которых принято после 01.01.1982, периодичность ТО должна составлять: ТО-1 - 125 моточасов, ТО-2 - 500, ТО-3 - 1000 моточасов [102].

Виды обслуживания представляют собой комплекс работ, предназначенных для снижения темпа изнашивания машин, обеспечения требуемого уровня вероятности безотказной работы в периоды между обслуживаниями и эффективного использования ими топлива и других эксплуатационных материалов.

Ежесменное обслуживание обеспечивает нормальную работу машин в течение смены. В состав его входят операции по дозаправке машины топливом и смазочными материалами, проверке исправности и работоспособности её составных частей перед пуском в работу, а также обеспечению безопасности её использования по назначению.

Основным назначением ТО-1, ТО-2 и ТО-3 является выявление неисправностей и предупреждению отказов путём своевременного выполнения диагностических, крепёжных, смазочных, заправочных, регулировочных, электротехнических и других видов работ без разборки агрегатов и снятия с машин отдельных узлов.

При проведении СО машины подготавливают к эксплуатации в холодное или тёплое время года. Оно обыяно совмещается с проведением одного из видов ТО.

Перчень операций ТО составляется по моделям машин в соответствии с указаниями и требованиями эксплуатационно-технической документации заводов-изготовителей.

В последние годы система профилактического ТО и ремонтов машин по плановой наработке всё волее вытесняет планово-предупредительную систему ТОиР. Как указано в работе [46], планово-предупредительная система сохранилась лишь в некоторых отраслях народного хозяйства - нефтяной, горнорудной, лесной промышленности, а также на предприятиях министерства обороны.

Важное место в технологическом процессе технического обслуживания и ремонта (ТОиР) занимает техническая диагностика, которая бывает двух основных видов: общая диагностика (Д-1) и углубленная диагностика (Д-2). Согласно ГОСТ 25044-81 [105] на стадии разработки машины устанавливают: - вид, периодичность и объем диагностирования в зависимости от условий и специфики эксплуатации;.

В условиях эксплуатации периодичность проведения ТО, а также трудоёмкость выполняемых работ часто отличаются от регламентируемых. Это объясняется различными причинами, в том числе простоями из-за внезапных отказов элементов гидропривода, трудностью перебазирования машин с объекта в мастерские и т.д.

Время перебазирования с объекта к месту проведения технического обслуживания для различных организаций колеблется от 5% до 20% времени простоя в ремонте, а в отдельных случаях время ожидания и перебазирования превышает его [76]. Внеплановые простои строительно-дорожных машин, в том числе из-за отказов элементов гидропривода, составляют более 20% времени простоя во всех видах обслуживания [У].

Трудности безинструментального выявления неисправного узла приводят к увеличению затрат на техническое обслуживание и ремонт. При определении причин выхода из строя какого-либо элемента системы приходится производить сборочно-разборочные работы.

Учитывая последнее обстоятельство, высокую эффективность имеют способы безразборной технической диагностики. В связи с бурным развитием в последние годы средств вычислительной техники, удешевлением аппаратных и программных средств цифровых измерительных приборов, в том числе виброанализаторов, перспективным направлением является развитие способов безразборной вибрационной диагностики гидроприводов СДМ, основанных, в частности, на анализе гидродинамических процессов в ГС.

Определение в общем виде передаточной функцииодноштокового гидроцилиндра двустороннего действия

Пульсации давления, создаваемые ОН в гидросистеме СДМ, можно разложить на гармонические составляющие (гармоники). При этом самая первая гармоника имеет, как правило, наибольшую амплитуду. Будем называть первую гармонику пульсаций давления, создаваемых ОН, главной гармоникой (ГТ).

В общем случае построение математической модели для распространения главной гармоники по напорной гидролинии от источника (насоса) к рабочему органу является трудоёмкой задачей, которая должна решаться для каждой гидросистемы в отдельности. При этом должны быть определены передаточные функции для каждого звена гидросистемы (участков гидролиний, гидроаппаратов, клапанов, местных сопротивлений и т.д.), а также обратные связи между этими элементами. О наличии обратной связи можно говорить в том случае, если волна, распространяющаяся от источника, взаимодействует с волной, распространяющейся по направлению к источнику. Иными словами, обратные связи имеют место при возникновении интерференции в гидросистеме. Таким образом, передаточные функции элементов гидросистемы должны определяться не только в зависимости от конструктивных особенностей гидропривода, но и в зависимости от режимов его работы.

Предлагается следующий алгоритм построения матмодели распространения главной гармоники по гидросистеме:

1. В соответствии с гидравлической схемой, а также с учётом режимов работы гидросистемы, составляется структурная схема математической модели.

2. Исходя из кинематических параметров ГС, определяется наличие обратных связей, после чего корректируется структурная схема матмодели.

3. Производится выбор оптимальных методов расчёта главной гармоники и её амплитуд в различных точках ГС.

4. Определяются передаточные отношения всех звеньев гидросистемы, а также передаточные отношения обратных связей в операторной, символической или дифференциальной форме, исходя из выбранных ранее методов расчёта.

5. Производится расчёт параметров ГГ в требуемых точках ГС.

Следует отметить несколько закономерностей матмоделей прохождения ГГ по гидросистемам СДМ.

1. Закон распространения главной гармоники в самом общем случае не зависит от наличия (отсутствия) ответвлений от гидролинии. Исключение составляют случаи, когда длина ответвлений кратна четверти длины волны, то есть те случаи, когда выполняется необходимое условие возникновения интерференции.

2. Обратная связь зависит от режима работы гидропривода, и может быть как положительной, так и отрицательной. Положительная наблюдается при возникновении резонансных режимов в гидросистеме, а отрицательная - при возникновении антирезонансных. В связи с тем, что передаточные функции зависят от большого числа факторов и могут меняться при изменении режима работы гидросистемы, положительную или же отрицательную обратную связь удобнее выражать (в отличие от систем автоматического управления) в виде знака плюс или минус перед передаточной функцией.

3. Исследуемая гармоника может служить фактором, инициирующим возникновение ряда вторичных гармонических составляющих.

4. Предлагаемая методика построения матмодели может быть использована не только при исследовании закона распространения главной гармоники, но также и при исследовании закона поведения других гармоник. Однако, в силу указанных выше обстоятельств, передаточные функции для каждой частоты будут различными. В качестве примера рассмотрим матмодель распространения главной гармоники по гидросистеме бульдозера ДЗ-171 (приложение 5). D2

Здесь Л - источник пульсаций (насос); Dl, D2 - датчики вибраций; Wj (р) -передаточная функция гидролинии на участке от насоса до ОК; \Уз(р) -передаточная функция OK; W2(p) - передаточная функция для волны, отражённой от ОК и распространяющейся обратно к насосу; W4 (р)-передаточная функция участка гидролинии между ОК и распределителем; Ws(p) - передаточная функция распределителя; W7 (р) и W8 (р) - передаточные функции волн, отражённых от распределителя; W6(p) - передаточная функция участка гидролинии между распределителем и гидроцилиндрами 2; W p) -передаточная функция гидроцилиндра; Wn(p) - передаточная функция гидролинии на участке от распределителя до фильтра; Wi2(p) - передаточная функция фильтра; Wi3(p) - передаточная функция гидросистемы для волны, отражённой от поршня гидроцилиндра.

Следует отметить, что для исправного гидроцилиндра передаточная функция равна 0 (волна через гидроцилиндр при отсутствии перетечек не проходит). Исходя из предположения, что перетечки в гидроцилиндрах обычно бывают невелики, то обратной связью между фильтром, с одной стороны, и насосом, с другой, пренебрегаем. Моделирование прохождения главной гармоники через препятствия Рассмотрение прохождения волны через препятствие в общем случае является физической задачей [59]. Однако в нашем случае на основе физических уравнений будет рассмотрен процесс прохождения волны через некоторые элементы гидросистем.

Рассмотрим гидролинию с площадью поперечного сечения Si, имеющую сплошное препятствие с отверстием площадью S2 и шириной Ъг. Сначала определим в общем виде соотношение амплитуд падающей волны в гидролинии 1 (tfj) к амплитуде волны прошедшей в щель 2 (рис. 2.1.2). В гидролинии 1 содержатся падающая и отражённая волны:

Общие положения. Цель и задачи экспериментальных исследований

Данные, полученные во второй главе, позволили сформулировать задачи экспериментальных исследований в третьей главе. Цель экспериментальных исследований: «Получение экспериментальных данных о гидродинамических процессах в РЖ в гидросистемах СДМ» Задачами экспериментальных исследований являлись: - исследование свойств РВД, находящихся под давлением, с целью изучения адекватности измеренных параметров колебаний внешних стенок РВД параметрам гидродинамических процессов в гидросистемах СДМ; - определение декремента затухания волн в РЖ, используемых в гидросистемах СДМ; - изучение спектрального состава пульсаций давления в гидросистемах СДМ, содержащих шестеренные и аксиально-поршневые насосы; - изучение свойств ударных волн, возникающих в гидросистемах СДМ при работе машин; - изучение закономерностей распространения волн в РЖ.

Расчет погрешностей измеряемых величин производился с использованием статистических методов. Аппроксимация зависимостей производилась методом регрессионного анализа, основанном на методе наименьших квадратов, в предположении, что распределение случайных погрешностей носит нормальный (Гауссовский) характер. Расчет погрешностей измерения производился по следующим соотношениям: cj = jo2s+c2R , (3.1.2.1) где систематическая погрешность JS вычислялась по следующей зависимости: г =т1 ггл+ г2о (3.1.2.2), а случайная погрешность аЛ - из теории малых выборок. В приведенной выше формуле иА- погрешность прибора; т0-случайная погрешность. Проверка соответствия опытного распределения нормальному осуществлялась с помощью критерия согласия Пирсона: nh , . , где и,. =— (p{ut) теоретические частоты, п\;- эмпирические частоты; р(и) = -=е и2 \ п - объём выборки, h - шаг (разность между двумя соседними л/2яг вариантами), ав - среднее квадратичное отклонение, и,= — Для подтверждения соответствия исследуемых выборок нормальному закону распределения использовался «критерий W», который применим для выборок небольшого объёма [95].

Согласно одному из следствий теоремы Тейлора, любая функция, непрерывная и дифференцируемая на некотором участке, может быть с некоторой погрешностью представлена на этом участке в виде полинома п-я степени. Порядок полинома п для экспериментальных функций можно определить методом конечных разностей [б].

Задачи экспериментальных исследований, обозначенные в начале раздела, решались в той же последовательности. Для большего удобства методику, порядок проведения и полученные результаты будем приводить для каждого эксперимента отдельно. Здесь отметим, что испытания на реальных машинах проводились в условиях гаража, то есть техника находилась в закрытом помещении, температура окружающего воздуха составляла +12-15С, и перед началом измерений насосы машин работали на холостом ходу в течение 10 минут. Сила, с которой пьезодатчик прижимался к гидролинии, -20Н. Центр датчика касался гидролинии во всех измерениях, проведённых на гидролиниях.

Необходимым условием изучения волновых процессов являются эмпирические исследования на специальных лабораторных стендах и установках. В области колебательных процессов гидросистем в настоящее время недостаточно изучены комплексные системы с объемными насосами и гидролиниями с распределенными параметрами.

Для изучения этих процессов была разработана и изготовлена лабораторная установка, представленная нарис. 3.1.

Установка состоит из вертикальной рамы (1), установленной на устойчивом основании (2), на раме смонтирован бак (3), шестеренный мотор-насос BD-4310 (USA) (4), предохранительный клапан (5), всасывающая (6) и напорная (7) магистрали, разгонный участок (8), гидроамортизатор (9), регулировочно-нагрузочный вентиль (дроссель) (10), сливную магистраль (11), датчика давления (12), манометр (13), автотрансформатор (14), понижающий трансформатор (15).

Регулируемыми параметрами стенда являются: длина разгонного участка, частота вращения электродвигателя и приводного вала шестеренного насоса, жесткость гидроамортизатора, перепад давления на регулировочно нагрузочном вентиле, настройка предохранительного клапана.

Измерительными приборами стенда являются манометр (13), фиксирующий давление в напорной магистрали, высокочастотный тензодатчик давления на разгонном участке, виброанализатор CD-12M, тахометр для замера частоты вращения вала электродвигателя.

Кроме того, в процессе экспериментов предусмотрена замена масла, с измерением его параметров (в частности вязкости), а также изменение жесткости стенок гидролиний разгонного участка. Предусмотрен вариант встраивания в гидросхему сосредоточенной упругости сильфонного типа с возможностью регулировки ее собственной частоты колебаний с помощью сменных грузов. Внутренний диаметр жёстких гидролиний - 7 мм. Материал гидролиний - сталь 20.

Диапазон регулировок стенда в сочетании со сменным оборудованием позволяет исследовать резонансные и антирезонансные процессы в напорной гидролинии, определять приведенные коэффициенты отражения волн от пневматичекого гидроамортизатора (9). Как вариант предусматривается изменение температуры рабочей жидкости, для исследования ее влияния на вязкость, упругость и скорость распространения волны.

Стенд выполнен по блочно-модульной схеме. Вертикальная часть рамы спроектирована с продольными направляющими, на которых с обеих сторон можно монтировать по всей длине различные узлы и агрегаты исследуемой гидросистемы. В частности предусмотрен монтаж резонатора сильфонного типа, соединяемого с регулирующим дросселем и сливной магистралью гибким высоконапорным шлангом с металлической оплеткой. В продольных пазах нижней части рамы предусмотрена установка различной нагнетательной и регулировочной аппаратуры.

Рекомендации по внедрению способа диагностирования в технологический процесс

Помимо спектрального состава колебаний РЖ, и как следствие, колебаний стенок гидролиний представляет интерес измерение общего уровня вибраций. Для изучения гидродинамических процессов, протекающих в гидросистемах СДМ, в частности, в гидросистемах бульдозеров на базе трактора Т-170М, было проведено измерение общего уровня вибраций в контрольных точках.

Измерения проводились виброакселерометром АР-40, сигнал с которого поступал на вход виброанализатором СД-12М. Датчик крепился на внешней поверхности стенки гидролинии с помощью металлической скобы.

При измерении общего уровня (ОУ) было замечено, что в момент окончания процесса подъема или опускания отвала (в момент остановки гидроцилиндров) амплитуда колебаний (ПИК) виброускорений стенки гидролинии резко возрастает. Это частично может быть объяснено тем, что в момент удара отвала о землю, а также в момент остановки гидроцилиндров при подъёме отвала, вибрация передаётся бульдозеру в целом, в том числе и стенкам гидролинии.

Однако одним из факторов, влияющих на величину виброускорений стенок гидролинии, может быть также гидроудар. Когда отвал бульдозера при подъёме доходит до крайнего верхнего положения (или при опускании -становится на землю), шток гидроцилиндра с поршнем также останавливаются. Рабочая жидкость, движущаяся в гидролинии, а также в штоковой полости гидроцилиндра (работающей на подъём отвала), встречает на своём пути препятствие, силы инерции РЖ давят на поршень, в штоковой полости резко возрастает давление, что ведёт к возникновению гидроудара. Кроме того, от момента, когда поршень гидроцилиндра уже остановился, и до момента, когда жидкость через предохранительный клапан пойдёт на слив (до момента срабатывания предохранительного клапана), насос продолжает нагнетать жидкость в рабочую полость, что также приводит к возрастанию давления.

При проведении исследований было определено, что амплитуда виброускорений стенки напорной гидролинии резко возрастает как на участке, непосредственно примыкающем к насосу (на расстоянии около 30 см от последнего), так и на участке, непосредственно примыкающем к гидроцилиндру. В то же время, амплитуда виброускорений в контрольных точках на корпусе бульдозера возрастала незначительно. Измерения проводились следующим образом. Бульдозер на базе трактора Т170М находился на ровном бетонном полу. Датчик последовательно закреплялся в контрольных точках: 1 - точка на напорной гидролинии (гибкая гидролиния), непосредственно примыкающей к насосу; 2 - точка на корпусе насоса (на штуцере), находящаяся на расстоянии 30 см от точки 1.

Измерения параметра ПИК производились в процессе подъёма отвала, причём первые два-три усреднения производились в состоянии холостой работы насоса, то есть, когда гидроцилиндр подъема отвала находились в состоянии покоя. При подъёме отвала и значение параметра ПИК начинало возрастать. Когда отвала доходил до крайнего верхнего положения, параметр ПИК достигал своего максимума (ЯЯ/Г-максимум). После этого, отвал фиксировался в крайнем верхнем положении, параметр ПИК падал до того значения, которое он имел в начале процесса подъёма, то есть при работе насоса вхолостую (ТЖ/Г-минимум). Интервал между смежными измерениями составлял 2,3 с.

При измерении параметра ПИК в точке 1 в диапазоне от 5 до 500 Гц (Рис. 3.7.2) по выборке из шести измерений среднеарифметическое отношение ПИК-максимума к ЯЯ/Г-минимуму (ПИКшкс/ПИКмт) составляет 2,07. При среднеквадратическом отклонении результатов о = 0,15.

Из полученных данных видно, что коэффициент кв 1,83 раза больше для точки 1, чем для точки 2. Поскольку точки 1 и 2 расположены на небольшом расстоянии друг от друга, причём точка 2 жёстче связана с корпусом насоса, чем точка 1, то можно утверждать: вибрации в точке 1 обусловлены в значительной степени пульсациями давления в рабочей жидкости. И максимум вибрации в точке 1, создаваемый в момент остановки отвала, обусловлен ударной волной, распространяющейся от гидроцилиндра к насосу. Если бы вибрация в точках 1 и 2 была обусловлена механическими колебаниями, возникающими в момент остановки отвала, то вибрация в точке 2 была бы больше.

Аналогичные результаты получены и при измерении параметра ЛИК в диапазоне частот от 10 до 1000 Гц.

Кроме того, при проведении исследований на участке напорной гидролинии, непосредственно примыкающем к гидроцилиндру было определено, что общий уровень вибраций стенки гидролинии намного больше, чем общий уровень вибраций в контрольных точках на корпусе бульдозера, раположенных, например, на небольшом расстоянии от места крепления гидроцилиндра.

Для предотвращения возникновения гидроудара рекомендуется устанавливать демпфирующие устройства на участке гидролинии, непосредственно соединённой с гидроцилиндром, поскольку процесс распространения гидроудара начинается именно от рабочей полости последнего, и затем ударная волна распространяется по всей гидросистеме, что может привести к повреждению её элементов. Рис. 3.7.2. Общий уровень вибрации в контрольной точке 1 {ПИК- 5-500 Гц) рис 3.7.3. Общий уровень вибраций в контрольной точке 2 (штуцер насоса) {ПИК- 5 - 500 Гц) Временные диаграммы пульсаций внешней поверхности стенки напорной гидролинии в процессе подъёма отвала бульдозера ДЗ-171

Значительное количество информации о динамических процессах в рабочей жидкости может принести измерения параметров её пульсаций в режиме реального времени. Измерения проводились во время подъёма отвала бульдозера от состояния покоя до крайнего верхнего положения. На рисунке 3.7.4 показан график изменения виброускорений внешней поверхности стенки участка напорной гидролинии, непосредственно примыкающего к насосу НШ-100, в зависимости от времени. Начальный участок графика (0 t 3 с) соответствует работе насоса на холостом ходу. В момент времени t = 3 с бульдозерист переключал ручку распределителя в положение "подъём". В этот момент следовало резкое увеличение амплитуды виброускорений стенки гидролинии. Причём наблюдался не единичный импульс большой амплитуды, а цикл таких импульсов. Из 32-х полученных виброграмм (на 10 разных бульдозерах указанной марки) в основном имели место 3 импульса разной амплитуды (наибольшая амплитуда - у второго). Интервал между первым и вторым импульсом был меньше по длительности, чем интервал между вторым и третьим (0,015 с против 0,026), то есть суммарная продолжительность импульса составляет 0,041 с. На графике эти импульсы сливаются в один, поскольку время между двумя соседними импульсами достаточно мало. Средняя амплитуда максимального значения виброускорений возрастала в среднем в к = 10,23 раза по сравнению со средним значением виброускорения во время работы насоса на холостом ходу. Среднеквадратичная ошибка составила ст = 1,64. На аналогичных графиках, полученных при измерении виброускорений стенки штуцера насоса, соединяющего полость высокого давления последнего с напорной магистралью, такого резкого скачка виброускорений не наблюдается (Рис. 3.7.4), что может быть объяснено жёсткостью стенок штуцера.