2 Визначення стану гідросистеми за діагностичною ознакою

Як діагностичну ознаку, що визначає стан гідроприводу БКВРМ, є його загальний ККД. Однією з умов використання загального ККД як діагностичну ознаку є можливість его безпосереднього виміру в процесі роботи гідроприводу. Рішенню цього питання присвячена робота [7, 8]. У зв'язку з можливістю безпосереднього виміру загального ККД гідроприводу стає важливої постановка і рішення наступної задачі визначення гранично припустимого значення ККД, що дозволяє раціонально використовувати гідропривід в умовах експлуатації конкретної БКВРМ. Гранично припустиме значення ККД гідроприводу залежить від техніко-економічних показників роботи, а також у значній мірі від величини потужності споживаної безпосередньо гідроприводом. У процесі роботи БКВРМ тільки деяка частина потужності від загальної потужності ДВЗ використовується гідроприводом для виконання корисної роботи, і позначимо її как . Так, наприклад, якщо =0,3, то це відповідає про те, что 70% потужності витрачається гідроприводом від потужності ДВЗ.

Використовуючи відомий метод оцінки по мінімуму отримання виробленої продукції машиною, що приходиться на одиницю витрат, тобто різниця між максимальним значенням отриманої продукції, що приходиться на одиницю витрат і втрачених можливостей по отриманню виробленої продукції на одиницю витрат, дозволив скласти критеріальне рівняння. Визначення в цьому рівнянні отримання величини виробленої продукції машиною і витрат через ККД та приведення складових до безрозмірної величини дозволили отримати критеріальне рівняння

, (6)

де - початкова величина загального ККД гідроприводу; - величина загального ККД гідроприводу, що впливає на витрату палива при роботі БКВРМ; - величина потужності ДВЗ, яка безпосередньо споживана гідроприводом.

Для визначення оптимального гранично припустимого значення загального ККД, до якого раціонально застосовувати гідропривід БКВРМ в умовах експлуатації з урахуванням впливу параметра візьмемо, використовуючи рівняння (6), похідну по ККД, тобто і дорівняємо її до нуля. Вирішивши його, отримаємо квадратичну залежність. Результатом рішення цієї залежності буде

, (7)

де ; ; .

Рівняння (7) дозволяє визначити оптимальне гранично припустиме значення загального ККД, якщо відомі початкове значення ККД гідроприводу, і також частина потужності , що використовується гідроприводом БКВРМ.

Протягом усього терміну служби БКВРМ загальний ККД гідроприводу реальної машини постійно змінюється і носить випадковий процес. Особливістю цього процесу є безупинне, повільне зниження загального ККД до нульового значення. Якщо розглядати поступове, повільне в часі зношування сполучень в елементах гідроприводу за рівні відносно невеликі проміжки часу, що впливають на характер зміни загального ККД, то процес зниження загального ККД гідроприводу машини можна представити як детермінований. У зв'язку з цим з достатнім ступенем точності характер зміни загального ККД гідроприводу, як можливий, може бути у вигляді лінійної, параболічної чи експонентної залежності:

, (8)

, (9)

, (10)

де - поточне значення загального ККД гідроприводу, що змінюється від початкового значення ККД для гідроприводу з незмінними техніко-економічними показниками, до нульового значення; - поточний час роботи гідроприводу; - константи рівнянь для лінійного, параболічного й експонентного характеру зміни загального ККД гідроприводу, відповідно.

Для аналізу отриманих теоретичних залежностей розглянемо на конкретних прикладах деякі результати розрахунків. Для БКВРМ приймемо наступні вихідні дані: загальний ККД гідроприводу складає, наприклад величину, рівну - 0,7; потужність споживання гідроприводом від ДВЗ досягає величини, рівної - 99%, 70% і 30%, тобто, = 0,01; 0,3 і 0,7. Термін служби машин прийнятий, не залежно від характеру зниження загального ККД, рівним 13 років. Коефіцієнти, що дозволяють одержати лінійний, параболічний і експонентний характер зниження загального ККД з урахуванням терміну служби машини, мають наступні значення: , , , , , , , . На основі прийнятих вище початкових даних отримані результати розрахунку, що наведено на рис. 1, 2 і 3. З аналізу графіків, представлених на рис. 1, 2 і 3, можна зробити наступний висновок. Так, результати, що наведено на рис. 1, показують закономірності зміни загального ККД гідроприводу в залежності від терміну служби машини. Причому, величина ККД представлена у виді усередненого значення, незмінного за цикл роботи і протягом усієї зміни, тобто при виключенні впливу на нього змінного режиму навантаження і в'язкості рідини. Таким чином, прийнято, что гідропривід працює при постійному зовнішнім навантаженні і при стабілізованій температурі. Такі умови при роботі реальної БКВРМ, є малоймовірними і тому є спрощеними, але допустимими при усередненні на великому відрізку часу, наприклад за робочу зміну.

Рис. 1. Зниження ККД гідроприводу при лінійному, параболічному й експонентному характері в залежності від терміну його служби

Рис. 2. Визначення граничної величини зниження загального ККД гідроприводу БКВРМ за мінімальним значенням узагальнюючого критерію в залежності від потужності, у відсотках, споживаної гідроприводом в умовах експлуатації від потужності ДВЗ: L1, P1, E1 - = 99%; L3, P3, E3 - = 70%; L7, P7, E7 - = 30% (криві з однаковими цифровими, але різними літерними позначеннями накладаються друг на друга); L1, L3, L7 – лінійний характер зниження ККД гідроприводу; P1, P3, P7 – параболічний характер зниження ККД гідроприводу; E1, E3, E7 – експонентний характер зниження ККД гідроприводу.

Суцільна крива на рис.1 відповідає експонентному характеру зниження загального ККД, штрихова – параболічному, а у виді крапок – лінійному характеру.

Рис. 3. Визначення граничного діапазону роботи гідроприводу БКВРМ за мінімальним значенням узагальнюючого критерію в залежності від характеру зниження загального ККД і потужності, у відсотках, споживаної гідроприводом (криві з однаковими цифровими, але різними літерними позначеннями, а оптимальне значення критерію в них розташовується на одному рівні);

L1 - суцільна, P1 - штрих пунктирна, E1 - штрихова - = 99%; L3 - крапкова, P3 - суцільна, E3 - штрих пунктирна - = 70%; L7 - штрихова, P7 - крапкова, E7 - суцільна - = 30%; L1, L3, L7 – лінійний характер зниження ККД гідроприводу протягом терміну служби; P1, P3, P7 – параболічний характер зниження ККД гідроприводу протягом терміну служби; E1, E3, E7 – експонентний характер зниження ККД гідроприводу протягом терміну служби

З виду кривих можна зробити висновок про те, що при зниженні загального ККД гідроприводу з 0,7, до 0,6 час роботи машини складе приблизно для лінійного характеру зниження ККД гідроприводу 2 роки, для параболічного – 3,9 роки, а експонентного – 8,6 року.

Незалежно від особливостей зниження загального ККД див. рис. 2, тобто, лінійного, параболічного чи експонентного характеру, мінімальна величина критерію оцінки вказує на оптимальне значення ККД, до якого раціонально використовувати гідропривід є для усіх їх рівною величиною. На оптимальне значення критерію оцінки граничної величини загального ККД впливає тільки потужність, споживана гідроприводом. Причому, чим менша по величині потужність, що використовується гідроприводом БКВРМ, тим більший діапазон можливого зниження загального ККД гідроприводу, до якого раціонально використовувати гідропривід БКВРМ. Так, при 99% потужності ДВЗ, використовуваної гідроприводам БКВРМ, гранично припустимим значенням загального ККД є приблизно 0,6. З цього випливає, що гідропривід раціонально експлуатувати з мінімальними техніко-економічними втратами при зниженні загального ККД із 0,7 до 0,6, а при подальшому зниженні ККД витрат на паливо починають перевищувати дохід, одержуваний від продукції, що виробляє машина. При 70% потужності, використовуваної гідроприводом, діапазон зниження ККД складає приблизно 0,7...0,35, а при 30% - 0,7...0,28. За результатами мінімізації величини узагальнюючого критерію визначені оптимальні терміни роботи до появи першого відмовлення гідроприводу, див. рис. 3. Ці терміни встановлені з урахуванням величини потужності, що використовується гідроприводом БКВРМ від загальної потужності ДВЗ, а також з урахуванням характеру зниження загального ККД гідроприводу у продовж терміну служби, тобто, лінійного, параболічного й експонентного. Так, із представлених графіків випливає, що в міру зниження потужності споживаної гідроприводом, оптимальний термін використання до першого відмовлення в умовах експлуатації має тенденцію до росту. Ця тенденція спостерігається при споживанні гідроприводом від ДВЗ однієї і тієї ж потужності. Але за умови коли, зниження величини загального ККД змінюється послідовно від лінійного характеру до експонентного характеру. За результатами цих графіків, див. рис. 3, установлені граничні терміни використання гідроприводу БКВРМ до першого відмовлення, що приведені в табл. 1.

Таблиця 1

Визначення оптимальних термінів роботи до першого відмовлення гідроприводу БКВРМ, роки

Потужність, споживана гідроприводом БКВРМ, %	Характер зміни загального ККД протягом терміну служби машини
	лінійний	параболічний	експонентний
99 70 30	2 6,5 7,5	3,9 8,5 9,5	8,6 10,3 10,7

З аналізу результатів представлених у табл. 1 випливає, що в значній мірі граничні терміни роботи, до виникнення першого відмовлення гідроприводу, залежать від особливостей зниження загального ККД (лінійного, параболічного й експонентного).