10.5. Діагностування гідроприводу

Однією з тенденцій розвитку будівельних і дорожніх машин є широке використання об'ємного гідроприводу. Ускладнення гідросхем приводить до збільшення трудомісткості ТО і Р, невиправдані розбирання елементів гідроприводу знижують їх ресурс. Застосування методів діагностування гідроприводу дозволяє значно скоротити час пошуку дефекту, понизити трудовитрати ТО і Р. Існуючі методи діагностування гідроприводу по трудомісткості їх реалізації умовно можна розділити на п'ять груп.

До першої групи відноситься найбільш трудомісткий статопара-метричний метод, що вимагає відведення з гідросистеми потоку робочої рідини.

До другої групи відносяться методи, що вимагають установки в гідросистему датчиків, що мають контакт з робочою рідиною: метод амплітудно-фазових характеристик, термодинамічний метод.

До третьої групи відносяться методи, що вимагають відбору проб робочої рідини : спектральний аналіз і індикація чужорідних домішок.

До четвертої групи відносяться методи, що вимагають установки датчиків, що не мають контакту з робочою рідиною: акустичний, віброакустичний, силовий, вимір швидкості наростання зусилля на виконавському елементі.

До п'ятої групи відноситься найменш трудомісткий кінематичний метод, що не вимагає установки спеціальних датчиків.

Статопараметрический метод заснований на вимірі параметрів функціонування гідроприводу : тиски р, МПа, і розходу потоку робочої рідини Q, л/хв. Метод широко викристовується на практиці і дозволяє визначити стан кожного елементу гідросистеми. При діагностуванні насоса обчислюється об'ємний ККД

η=Q_ф/Q_т

де Q_ф — фактична (виміряна) подача насоса, л/хв; Q_Т — теоретична подача насоса, л/хв.

На практиці замість Q_ф визначають подачу Q_н при номінальній частоті обертання валу насоса п_н, навантажуючи насос до номінального тиску р_н. Враховуючи, що при малих тисках величиною витоків в гідроагрегатах можна нехтувати, замість Q_Т при частоті обертання n_o визначається величина Q₀ при тиску p_{0 <} 0,05/p_н. Проведення вимірів повинне проводитися при n_{н =} n_0. Оскільки на машинах, забезпечених дизелями з відцентровими регуляторами частоти обертання, ця умова практично нездійсненно, для підвищення точності вимірів при обчисленні η_о вводиться коректування зміни частоти обертання :

η_о=Q_нn_o/Q_on_н

Величина вантаження, як правило, встановлюється зовнішнім дроселем. Метод широко використовується на практиці і дозволяє визначити стан кожного елементу гідросистеми. Використання статопараметричного методу забезпечує отримання точної інформації, вільної від перешкод.

До недоліків методу можна віднести необхідність роз'єднання ланок гідроприводу, що призводить до втрати і забруднення робочої рідини.

Метод амплітудно-фазових характеристик (метод пульсацій тиску) заснований на вимірі коливань тиску в напірній магістралі насоса при сталому режимі роботи. Доступні розробки призначені для оцінки технічного стану амплітудних вузлів аксіально-поршневих насосів за величиною і формою осцилограми пульсації тиску. Метод дозволяє визначити величину сумарного зносу в кінематичному ланцюзі, що забезпечує зворотно-поступальний рух поршнів. До недоліків методу можна віднести неможливість визначення зносу елементів, що впливають на внутрішні перетікання.

Термодинамічний метод дозволяє шляхом виміру перепадів температур на вході і виході елементів гідросхеми оприділяти їх повний ККД. Метод заснований на перетворенні на теплоту енергії, що втрачається в елементах гідроприводу. Метод ефективний в умовах експлуатації, проте вимагає високої точності вимірення температури, наявності відомостей про теплофізичні властивості вживаної робочої рідини або використання складних вимірювальних схем.

Метод спектрального аналізу заснований па визначенні кількості і виду продуктів зносу елементів гідроприводу в робочій рідині. Метод дозволяє виявляти знос на його ранній стадії. Проте розвиток методу стримується складністю локалізації зношуваної деталі.

Метод індикації чужорідних домішок в робочій рідині заснований на визначенні кількості продуктів зносу деталей при допомозі спеціальних магнітних пробок, а також кількості домішок води і дизельного палива за допомогою нескладного хімічного аналізу. Гідністю методу є простота обладнання; недоліки аналогічні попередньому методу.

Акустичний метод застосовується для діагностики внутрішної негерметичності гідроагрегатів. Метод заснований на вимірі в ультразвуковому діапазоні шуму робочої рідини, перетікаючої через пошкоджені ущільнення. Попереднє тарування дозволяє визначити величину витоків в гідророзподільниках, клапанах і інших елементах гідросхеми. Перевагою методу є швидкість вимірів, недоліком — необхідність попереднього тарування і значні перешкоди від сусідніх агрегатів.

Віброакустичний метод заснований на аналізі параметрів вібрації об'єкту діагностування. Застосовується в основному для гідроагрегатів з явно вираженими циклічними робітниками процесами, наприклад, для аксіально-поршневих гідронасосів.

Основною гідністю методу є принципова можливість отримання інформації про будь-який елемент гідропривода без його розбирання. Недоліком є складність виділення корисної інформації.

Силовий метод заснований для визначення величини зусилля F, що розвивається старанним механізмом. Метод широко застосовується при діагностуванні гідроприводу сільскогосподарських машин для оцінки його загального стану в стаціонарних і польових умовах. Перевагою є можливість інтегральної оцінки стану усього гідроприводу робочого механізму. Недоліком методу є його невисока точність.

Метод виміру швидкості наростання зусилля dF/dt на робочому елементі є розвитком силового методу. Метод розроблявся для визначення технічного стану гідросистем машин, де в якості виконавських елементів використовуються гідроциліндри. Для виміру зусилля застосовувалися швидкоз'ємні накладні датчики.

Перевагою методу є швидкість отримання інформації для оцінки загального стану гідроприводу, проте цей метод доки не використовується для діагностування гідросхем з гідромотором.

Кінематичний метод, будучи найменш трудомістким, визначає загальний технічний стан гідроприводу за швидкістю переміщення робочих елементів, навантажених робочим обладнанням. Метод досить простий і не вимагає спеціального устаткування, проте має невисоку точність.

З перерахованих методів найбільше поширення отримав статопараметрический метод, на основі якого розроблені переносні і стаціонарні засоби діагностування.

Найбільш простим по конструкції переносним засобом діагностики гідроприводу є пристрій КИ-5473, назначений для перевірки гідросистем машин з робітником тиском до 10 МПа. Пристрій складається з дроселя-витратоміру КИ-1097-1, комплекту змінних перехідників і шлангів, які поміщені в два футляри.

За допомогою пристрою перевіряють тиск налаштування запобіжних клапанів в межах 1... 15 МПа і витрата робочої рідини в межах 10...90 л/хв.

Прилад КИ-1097-1 (мал. 10.16) складається з корпусу з вхідним 1 і вихідним 3 штуцерами, руків'я 4 дроселі з лімбом і манометра 2._

Мал. 10.16. Загальний вигляд дроселя-витратоміра КИ-1097-1:

Мал. 10.17. Схема дроселя-витратоміру (а) і схеми його включення для визначення подачі насоса (б), тиску налаштування клапана (в), внут-ренних перетечек в гідроциліндрі (г) і витоків в гідророзподільнику (д)

1 — вхідний штуцер; 2 — манометр; 3 — вихідний штуцер; 4 — поворотне руків'я

Принцип дії приладу (мал. 10.17, а) заснований на контролі положення лімба дроселя, при якому вимірюваний потік робочої рідини Q створює тиск /7=10 МПа. Шкала лімба градуйована в одиницях витрати для робочої рідини з в'язкістю (48... 80) - 10~⁶ м2/з при температурі (50± 5) °С.Визначення подачі насоса робиться за схемою, наваденою на мал. 10.17, б.

Перед початком вимірів повністю відкривають прохідний переріз дроселя, вхід приладу підключають до напірної магістралі, а вихід сполучають з баком.

Для визначення величини витрати плавно повертають рукоятку дроселя з положення «Відкрито» у бік положення «Закрито» до встановлення тиску, рівного 10 МПа.

Тиск налаштування запобіжного клапана оприділяється за схемою на мал. 10.17, в. Прилад КИ-1097-1 підключається до вихідних штуцерів гідророзподільника і поворотом руків'я дроселя піднімається тиск. Досягши моменту спрацювання запобіжного клапана ріст тиску припиниться.

За цією схемою також може робитися визначення витоків в гідророзподільнику. Руків'ям дроселя встановлюється тиск 10 МПа і фіксується витрата рідини через прилад. При справному запобіжному клапані величина витоків в гідророзподільнику визначається як різниця між подачею насоса і витратою рідини через прилад, приведені до номінальної частоти обертання. Ціна поділу лімба приладу дорівнює 5 л/хв, тому схема на мал. 10.17, в може застосовуватися лише при великих витоках. Для виміру невеликих внутрішніх перетікань в гідроциліндрі застосовується схема, показана на мал. 10.17,г. Поршень гідроциліндра встановлюють в середнє положення і на штуцер штокової порожнини встановлюють заглушку. Руків'ям дроселя встановлюють тиск 10 МПа і контролюють положення покажчика, закріпленого на штоку гідроциліндра. За наявності внутрішніх перетечек тиск в штоковій і безштоковій порожнинах гідроциліндра вирівнюється, і, оскільки площа поршня в цих порожнинах різна, з'являється сила, що виштовхує шток гідроциліндра. Швидкість висунення залежить від величини внутрішніх перетікань з штокової порожнини у безштоковую, які можуть бути визначені по формулі

Q_гц=h_1*S/1000t

де Qгц — внутрішні перетікання в гідроциліндрі, л/хв; h₁ — величина висунення штока, см; S — площа поршня в штоковій порожнині гідроциліндра, см²; t — час виміру висунення штока, хв.

Час виміру t залежно від розмірів і стану гідроциліндра встановлюють в межах 3... 10 хв.

Для виміру невеликих витоків в гідророзподільнику Q_гц застосовують схему, показану на мал. 10.17, д.. У схемі застосовують гідроциліндр з визначеними раніше внутрішніми перетечками Q_m. На вихідний і вхідний штуцери гідророзподільника наворочують заглушки, руків'ям дроселя встановлюють тиск 10 МПа. Швидкість руху штока тепер залежатиме від внутрішніх перетікань в гідроциліндрі і герметичності золотникової пари в гідророзподільнику, що перевіряється.

Схема на мал. 10.17, д дозволяє визначати витоки і в інших гідроагрегатах: клапанах, гідрозамках, кранах та ін.

Для діагностування гідроприводу машин з максимальним тиском до 32 МПа і витратою робочої рідини до 300 л/мін застосовують спеціальні гідротестери.

Гідротестери є компактними діагностичними комплексами, що складаються з навантажуючого пристрою, датчиків і вимірювальних приладів. У гідротестерах в основному використовуються стагопараметрический метод діагностування.

На мал. 10.18 показаний загальний вигляд гідротестера ГТ-150.

Гідротестер призначений для виміру витрати робочої рідини зі швидкістю до 150 л/мін при тиску до 32 МПа. Навантажуючий пристрій, датчики і вимірювальні прилади змонтовані в загальному корпусі.

В якості навантажуючого пристрою застосований запобіжний клапан непрямої дії, що дозволяє точніше, ніж дроселем, підтримувати тиск навантаження. Тиск вимірюється за допомогою манометра, забезпеченого дроселем для гасіння пульсацій.

Додатково може бути встановлений датчик пульсації тиску, поршень, що дозволяє контролювати сумарний проміжок, — шатун — вал в аксіально-поршневих насосах. Витрата робочої рідини вимірюється за допомогою турбінного датчика витрати. Сигнали з датчика витрат подаються у блок електроніки, в якості якого використовується модернізований прилад ИМД-Ц. На цей же прилад подаються сигнали від датчика температури і датчика частоти обертання колінчастого валу двигуна. Гідротестер забезпечений також пристроєм для відбору проб робочої рідини.

Мал. 10.19. Схеми включення гідротестера :

а — послідовна; б — байпасна; у — діагностування гидрораспреде-лителя; г — діагностування гідроциліндра; д — Т-схема; / — насос; 2 — запобіжний клапан; 3 — гідротестер; 4 — гідророзподільник; 5 — гид-роцилиндр; 6 — бак; 7 — швидкорознімне з'єднання

На мал. 10.19 приведені типові схеми включення гідротестера при діагностуванні гідросистем СДМ. При діагностуванні гідронасосів найчастіше користуються послідовною схемою, представленою на мал. 10.19, а. Гідротестер включають в розрив напірної магістралі між насосом і розподільником. Спочатку при плавному збільшенні навантаження визначається і встановлюється тиск налаштування запобіжного клапана. Потім за приведеною раніше методикою визначається об'ємний ККД насоса η_о^н. Якщо тиск в зливній магістралі перевищує 0,05р_н, застосовується байпасна схема (мал. 10.19, б), при цьому зливна магістраль з гідротестера повинна з'єднуватися з баком через швидкорознімне з'єднання.

Визначення об'ємного ККД гідророзподільника η_о^гр проводиться за схемою, представленою на мал. 10.19, ст. Вимірюється розхід на виході з гідророзподільника при номінальному і мінімальному тисках, визначається об'ємний ККД гідросхеми η_о^гс, потім обчислюється η_о^гр= η_о^гн/η_о^н

При діагностуванні гідроциліндрів гідротестер вимикається за схемою, приведеною на мал. 10.19, р. Гідроциліндр навантажується робочим устаткуванням і висувається шток. За шкалою витратоміра гідротестера визначають кількість робочої рідини, що подається в гідроциліндр.

Скоротити витрати часу на підключення гідротестера дозволяє Т-схема (мал. 10.19, д). Підключення гідротестера проводиться до вбудованих в гідросистему спеціальних штуцерів і швидкорознімних з'єднань.

Однією з останніх вітчизняних розробок є мікропроцесорний прилад МГ1-2000, що реалізовує функції універсального гідротестера і ультразвукового течошукача. Прилад, розроблений у ВАТ «ВНИИСТРОЙДОРМАШ», дозволяє діагностувати будь-які гідрофіковані машини статопараметричним методом, а для визначення величини витоків в гідроциліндрах і гідророзподільниках використовують акустичний метод. Додатковою можливістю ультразвукового течешукача є контроль підшипників.