На правах рукописи

Маслов Николай Александрович СОЗДАНИЕ СТЕНДА ДЛЯ ПОСЛЕРЕМОНТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ГИДРОМОТОРОВ ДОРОЖНЫХ, СТРОИТЕЛЬНЫХ И ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН Специальность: 05.05.04 - "Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2006 2

Работа выполнена в Сибирском государственном университете путей сообщения Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор Мокин Николай Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук Абраменков Эдуард Александрович кандидат физико-математических наук Городилов Леонид Владимирович Ведущая организация - Сибирская государственная автомобильно- дорожная академия, г. Омск

Защита состоится 22 декабря 2006 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 003.019.01 в Институте горного дела Сибирского отделения Российской академии наук (630091, г. Новосибирск-91, Красный проспект, 54).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГД СО РАН Автореферат разослан 20 ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук Н. А. Попов 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время объемные гидромашины применяются во многих областях техники. Например, их используют в качестве гидромоторов, насосов, измерителей расхода и делителей расхода жидкости в гидравлических приводах дорожных, строительных и подъемно-транспортных машин, промышленного оборудования, в авиационной и космической технике, морском и сухопутном транспорте, в механизированном инструменте и др.

Общее количество гидромоторов, установленных на дорожных, строительных и подъемно-транспортных машинах в России, составляет примерно 180 тыс.

единиц. Известно, что 60 % машин парка имеют истекший срок службы. Тогда примерно 110 тыс. гидромоторов требуется ремонт.

Строительные машины, как правило, эксплуатируются на открытом воздухе. Запыленность, широкий диапазон изменения температуры, частые перегрузки рабочих органов и вибрация отрицательно сказываются на работе гидропривода и требуют своевременного проведения технического обслуживания и ремонта. Ресурс аксиально-поршневого гидромотора даже при соблюдении всех условий эксплуатации около 4000 час. На примере строительных машин установлено, что более 18 % целосменных и 4,5 % внутрисменных простоев машин объясняются техническими неисправностями и отказами, из которых до 40 % и более приходится на долю гидропривода.

Для гидроприводов характерны сложность выявления неисправностей, высокие требования к техническому оснащению рабочих мест и качеству ремонта. Особенности работы, эксплуатации и ремонта агрегатов гидропривода требуют совершенствования существующих и создания новых методов и средств для производственных и послеремонтных испытаний.

Параметры функционирования гидромотора можно измерить только при его работе с нагрузочным устройством, создающим сопротивление вращению вала, которое необходимо измерять с высокой точностью. Нагрузочное и измерительное устройства для определения вращающего момента на валу в значительной мере определяют сложность и стоимость стенда для испытаний гидромотора. Поэтому возникает необходимость в разработке новых методов и средств нагружения гидромотора, позволяющих надежно и с меньшими затратами испытывать гидромоторы на ремонтных предприятиях. Количество измеряемых при диагностировании параметров должно быть минимальным, а их измерение - простым и удобным. Использование таких способов и средств на ремонтных предприятиях является перспективным, а исследования, направленные на их разработку, актуальными.

Целью работы является обоснование метода инерционного нагружения гидромоторов при их послеремонтном испытании и создание на этом принципе стенда.

Идея работы заключается в применении маховой массы в качестве нагрузочного устройства гидромотора.

Задачи исследований:

- обосновать параметр диагностирования гидромотора для условий ремонтного предприятия;

- разработать метод нагружения гидромотора в процессе его послеремонтного диагностирования и создать испытательный стенд;

- провести экспериментальные исследования по определению влияния величины маховой массы на параметр диагностирования и разработать методику расчета основных параметров стенда промышленного исполнения.

Методы исследований - эксперименты на физической модели стенда, компьютерный анализ экспериментального материала.

Научные положения, защищаемые автором:

- параметром диагностирования гидромотора является продолжительность его разгона до установившейся частоты вращения;

- безразборная диагностика гидромотора при использовании метода инерционного нагружения наиболее эффективна и достоверна; нагрузочный момент создается маховой массой на валу гидромотора при ее разгоне до номинальной скорости;

- существует минимальная величина маховой массы, влияющая на достоверность определения продолжительности разгона и фактического КПД гидромотора; при расчете маховой массы используется безразмерный комплекс, включающий минимальный момент инерции, давление в напорной магистрали, рабочий объем и номинальную частоту вала.

Достоверность научных результатов. Достоверность научных положений подтверждена необходимым объемом экспериментальных исследований; применением современной аппаратуры и методов обработки результатов.

Новизна научных положений:

- обосновано использование продолжительности разгона гидромотора в качестве диагностического параметра;

- предложен метод испытаний объемных гидромоторов, использующий в качестве нагрузки инерцию маховой массы;

- выявлено влияние момента инерции маховой массы на достоверность определения продолжительности разгона и фактического коэффициента полезного действия гидромотора.

ичный вклад автора заключается: в обосновании параметра диагностирования гидромотора; в разработке метода нагружения и принципиальной схемы стенда для испытания гидромоторов в условиях ремонтного предприятия; в создании экспериментального стенда для исследования влияния величины маховой массы нагрузочного устройства на параметр диагностирования гидромотора; в постановке, проведении экспериментов, обработке экспериментальных данных и их интерпретации; в разработке методики проектирования стенда для испытания гидромоторов.

Практическая ценность заключается в разработке и обосновании метода и создании стенда (патенты РФ на полезную модель №41812 и №47057) позволяющих снизить затраты на проведение послеремонтных испытаний гидромотора.

Реализация работы в промышленности. Полученные результаты работы переданы Западно-Сибирской железной дороге, г. Новосибирск, для использования основных результатов исследований и создания стенда для испытаний гидромоторов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на конференциях: "Транспортные системы Сибири" (Красноярск, 2005), "Интеллектуальный потенциал Сибири" (Новосибирск, 2003), Наука и молодежь XXI века (Новосибирск, 2003), "ВУЗы Сибири и Дальнего Востока ТРАНССИБУ" (Новосибирск, 2002), семинарах кафедры "Механизация путевых, погрузочноразгрузочных и строительных работ" Сибирского государственного университета путей сообщения (СГУПС) и Института горного дела СО РАН.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах, включая 2 патента РФ на полезную модель.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Содержит 128 страниц машинописного текста, включая 44 рисунка, 51 таблицу, и список литературы из наименований и 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дано обоснование необходимости упрощения стендов для производственных и послеремонтных испытаний гидромоторов. Приведены основополагающие требования ГОСТов к условиям и стендам для приемосдаточных испытаний гидромоторов. Рассмотрено устройство существующих стендов для испытаний гидромоторов. Представлены результаты патентного поиска глубиной 20 лет, проанализированы достоинства и недостатки известных решений, определены направления выполнения исследовательской работы. Выявлено, что общим недостатком испытательных стендов является наличие в них сложных и дорогостоящих нагрузочных и измерительных устройств.

Из работ, посвященных измерению вращающего момента, изучены труды Майкла Д. Ганрада, Асада М. Мадни, Джима В. Вонга, Роберта К. Хансена (США), Мауриса Алана Ятса, Джефри Л. Виолы, Вильяма Т. Мора, Леона Богданова (Великобринания), Шилинна А. Н., Габидуллина З. Г., Деркача Г. Г., Великотного М. А. (СССР, Россия) и др. В результате анализа установлено отсутствие нагрузочно-измерительного средства, приемлемого для ремонтного предприятия.

Вторая глава посвящена обоснованию параметра диагностирования, разработке метода нагружения и принципиальной схемы стенда для испытания гидромоторов в условиях ремонтного предприятия.

Произведено сравнение распространенных методов диагностирования гидромоторов - метода нормированных параметров и временного. В качестве критерия сравнения принято количество измеряемых величин, необходимых для вычисления параметра диагностирования, и сложность их измерения (таблица 1).

Таблица 1 - Сравнение параметров диагностирования 1) Параметр Формулы для вычисления Измеряемые Принципиальные диагности- параметра параметры схемы рования диагностирования ; ;

вых Т n М М Р Т 2n - пол- М М М вх вх = = М (1) ;

М вх вх вых вх p Q М М Р ( p - p )Q М М М М ный КПД вых ( ) p = М МГМ - гидвх 2Т ;

М Т p М М ромехани- = (2) МГМ вх вых вых q ( p - p ) ( ) М М М ческий p = М КПД - объ МО q n М М вх = ;

(3) n Q МО емный вх М М Q М КПД вх вх n Q ; ;

МН М - коэф- n Q р k k = (4) МН МН Н n n р n 1 - p вх Н М 0 или фициент Q + МН вх ;

E частоты nМ 0 ;Q p М 0 t - продол- продолt П жительжительность ность ра- подъема бочей опегруза рации вых вх В таблице 1 обозначено: и - мощности на выходе (на валу) и Р Р М М входе (в напорной линии) гидромотора; и - вращающий момент и часТ n М М вх вых тота вращения вала гидромотора; и - избыточное (манометрическое) p p М М вх вых давление жидкости в напорной и сливной линиях гидромотора; и - Q Q М М вх вх расходы жидкости в напорной и сливной линиях гидромотора; и - Q Q МН М расходы жидкости на входе гидромотора при номинальном и минимально возможном давлениях; - расход утечек в дренажной линии; - рабочий объем Q q У М гидромотора; и - частоты вращения вала при номинальном и миn n р МН М 0 Н нимально возможном давлениях; - модуль упругости жидкости; ДД, ДДE p и ДД2 - датчики давления; ДМ - датчик вращающего момента (динамометр);

РМ, РМ1 и РМ2 - датчики расхода (расходомеры); ТМ - датчик частоты вращения вала (тахометр); НУ - нагрузочное устройство; Т - тормоз; Р - редуктор;

Б - барабан; G - вес груза.

Так, для вычисления полного КПД гидромотора по (1) (см. таблицу 1) вых при необходимо измерить не менее четырех параметров. Для вычисp = М ления гидромеханического по (2) и объемного КПД по (3) - не менее двух.

Если в качестве диагностического параметра использовать коэффициент частоты (4), тогда необходимо одновременно измерять три параметра. При этом определение параметров диагностирования требует дорогостоящих устройств для измерения вращающего момента на валу гидромотора и расхода жидкости в его напорной линии. При временном методе параметром диагностирования является продолжительность выполнения рабочей операции, например, продолжительность подъема груза. Этим параметром можно охарактеризовать общее техническое состояние гидропередачи машины, но не гидромотора в отдельности. В настоящее время временной метод не используется в стендах для испытания гидромоторов.

В соответствии с действующим государственным стандартом класс точности приборов для определения параметра диагностирования при приемосдаточных испытаниях должен быть 2,5. Установлено, что при использовании приборов такого класса точность определения параметра диагностирования по результатам измерения двух величин (таблица 2) составит 3,5 %, а пяти величин около 6 %. При точности 6 % результат измерения КПД гидромотора может быть 90 %, когда его действительное значение 85 %. По этой причине КПД гидропередачи, например, строительной машины, будет занижен на 5 % и более без учета точности определения КПД насоса и других элементов. Т.е.

информативная ценность параметра диагностирования, вычисляемого по результатам измерений большего числа величин, существенно снижается.

Таблица 2 - Влияние числа измеряемых величин и класса точности приборов на точность определения параметра диагностирования, % Число измеряемых величин i 1 2 3 4 (класс точности Точность определения параметра диагностирования, % средств измерения) 2,5 2,50 3,50 4,33 5,00 5,1,5 1,50 2,12 2,60 3,00 3,1,0 1,00 1,41 1,73 2,00 2,0,5 0,50 0,71 0,87 1,00 1,Предложено использовать временной метод и продолжительность разгона tр гидромотора до установившейся частоты вращения УСТ в качестве метода и параметра диагностирования при стендовых испытаниях. Достоинства предлагаемого решения заключаются в простоте измерения времени и частоты вращения и в повышении достоверности диагностирования.

Для послеремонтного диагностирования гидромотора разработан метод инерционного нагружения.

Метод заключается в использовании нагрузочного устройства, выполнен1 - насос; 2, 3, 4 -всасывающая, напорная и ного в виде маховой массы, соеди- сливная линии; 5 - бак; 6 - фильтр;

7, 8 - предохранительный и обратный кланенной с валом гидромотора. Нагрупаны; 9 - маховик; 10 - тормоз; 11 - измеризочный момент на валу гидромотора тельная система; 12 - датчик частоты вращесоздается во время разгона маховой ния маховика; 13 - модуль ввода; 14 - вымассы до установившейся, например, числительное устройство; 15 - гидромотор;

номинальной скорости, а величина 16, 17 - манометры.

нагрузочного момента равна произвеРисунок 1 - Принципиальная дению углового ускорения разгона на схема стенда момент инерции маховой массы.