Направление 1. Транспортное и строительное машиностроение

_______________________________________________________________________________________

УДК 629.021

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ГИДРОСИСТЕМ ГИДРОФИЦИРОВАННЫХ МАШИН

К. Г. Пугин1 2,доцент, доктор технических наук;

У.А. Пираматов1,аспирант

1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», Пермь, Россия

2Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский государственный аграрно-технологический университет

имени академика Д.Н. Прянишникова», Пермь, Россия

Аннотация. В статье рассматриваются современныетенденции развития методов диагностирования гидропривода. Приводится статистика отказов в гидроприводе и в технике в целом. Приводится проблема застаивания рабочей жидкости в удаленных узлах. Рассматриваются негативные последствия от эффекта застаивания рабочей жидкости. Приводятся результаты исследований проб рабочей жидкости в лабораториях. Суждения относительно застаивания рабочей жидкости в удаленных узлах подкреплены лабораторными исследованиями проб рабочей жидкости. Рассматриваются последствия от модернизации методов диагностирования учитывающих эффект застаивания рабочей жидкости.

Ключевые слова: диагностирования, гидроцилиндр, рабочая жидкость, гидропривод, надежность, отказ.

IMPROVEMENT OF MODERN METHODS OF DIAGNOSTIC OF HYDRAULIC

SYSTEMS OF HYDROPHYCED MACHINES

K. G. Pugin1 2, Associate Professor, Doctor of Technical Sciences;

U.A. Piramatov1, graduate student

1Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education

«Perm National Research Polytechnic University», Perm, Russia

2Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Perm State Agro-Technological University named after Academician D.N. Pryanishnikov», Perm, Russia

Abstract. The article presents current trends in the development of hydraulic drive diagnostic methods. The statistics of failures in the hydraulic drive and equipment as a whole are given. The problem of stagnation of the working fluid in remote sites is presented. The negative consequences of exposure to the working fluid are considered. The results of studies of working fluid samples in laboratories are presented. Supported by laboratory tests of working fluid samples. The consequences of the modernization of diagnostic methods taking into account the effect of stagnation of the working fluid are considered.

Keywords: diagnostic, hydraulic cylinder, working fluid, hydraulic drive, reliability, failure.

Современные компании применяющие специальные машины тратят на обслуживание и ремонт техники существенную часть от общей статьи расходов, на фоне этого тема повышения долговечности и безотказности техники является актуальным [1]. Также стоит учитывать специфику применения техники в отечественных условиях, так дорожно-строительная отрасль является сезонной, в следствии чего, простой техники серьезно сказывается на конечных показателях производительности. Современная дорожно-строительная техника все чаще является многофункциональной, имеет несколько исполнительных органов, что в свою очередь увеличивает перечень выполняемых техникой работ, так и обостряет ситуацию с простоем техники. В гидроприводе строительно-дорожных машин порядка 70-90% отказов связанно с загрязнением рабочей жидкости, источниками данных загрязнений могут быть как повышенный износ одного из элементов системы, проникновение в систему из вне через трущиеся пары, недобросовестное

49

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

отношение к обслуживанию и ремонту техники и другие. Если рассматривать надежность систем строительно-дорожных машин (двигатель, гидропривод, электропривод, механические передачи), то порядка 50% отказов приходятся именно на гидравлическую систему.

Наиболее эффективными методами повышения долговечности и безотказности гидропривода являются диагностирование и внедрение систем планово-предупредительного ремонта. Методы диагностирования можно условно разделить на два типа, первые делают вывод о состоянии системы на основе анализа группы параметров установившегося движения рабочей жидкости (расход, давление, объемный КПД и другие) [2].Вторая группа методов основана на определении состояния системы на основе анализа состояния рабочей жидкости (массовая доля примесей, кислотное число, щелочное число, включения определенных металлов и неметаллов), применение данных методов позволяетоценить состояние рабочей жидкости и соответственно определить периодичность ее замены, на основе интенсивности насыщения определенными загрязнителями,возможно выявить ее источник, и соответственно определить элемент подверженный повышенному износу. Современные технологии не обошли стороной область диагностирования гидропривода, нейронные сети активно применяются совместно с методами диагностирования на основе анализа рабочей жидкости, производится это путем создания базы данных отказов в гидроприводе и соотнесения ее с состоянием рабочей жидкости[3].На сегодняшний день существуют системы позволяющие отслеживать состояние рабочей жидкости в реальном времени, в совокупности с анализом баз данных нейросетью [4] это позволит в режиме реального времени отслеживать состояние системы и оповещать оператора о необходимости проведения обслуживания или замены одного из элементов [5].

Тенденция к усложнению гидропривода современных строительно-дорожных машин привела квсе большему появлению узлов удаленных от гидрораспределителя.

Рисунок 1 – Упрощенная гидросхема

1 –трубопровод, 2 –поршневая полость, 3 –штоковая полость, 4 – гидрораспределитель, 5 – гидронасос, 6 – фильтр, 7 – гидробак.

50

Направление 1. Транспортное и строительное машиностроение

_______________________________________________________________________________________

На рисунке 1 представлена упрощенная гидросхема, в случае превышения объема жидкости в трубопроводе (1) над объемом жидкости в рабочих полостях гидроцилиндра возможно возникновения эффекта застаивания рабочей жидкости. Эффект застаивания рабочей жидкости в рассматриваемом случае обусловлен ламинарным течением рабочей жидкости в трубопроводе, а также тем, что полноценное перемешивание жидкости возможно только после гидрораспределителя (4). Трубопровод (1) служит как напорной так и сливной линией, это в свою очередь приводит к необходимости доставки рабочей жидкости до гидрораспределителя (4), от которого жидкость уже направляется в сливную линию, проходит через фильтр (6) и попадает в гидробак (7). В противном случае рабочая жидкость циркулирует исключительно в пределах трубопровода.Замена рабочей жидкости в системе не решает проблемы застаивания рабочей жидкости в удаленном узле, замена рабочей жидкости представляет из себя замену масла исключительно в гидробаке, в этом случае масло из трубопровода сливается в небольшой мере и лишь под действием сил притяжения, основная часть масла остается в удаленных узлах. Данный эффект приведет к увеличению интенсивности загрязнения рабочей жидкости в удаленных узлах и соответственно к снижению надежности, в результате отсутствия фильтрации и перемешивания, которое позволяет снизить концентрацию загрязнителей.

Современные методы диагностированияоснованные на анализе рабочей жидкости анализируют пробы рабочей жидкости в напорной линии, реализация рассмотренного выше эффекта приведет к снижению эффективности методов диагностирования, для достижения полной эффективности необходимо учитывать удаленные узлы и размещать узлы анализа рабочей жидкости в трубопроводе удаленных узлов.

С целью выявления существования эффекта на практике был проведен ряд заборов проб рабочей жидкости. Забор проб производился из гидросистемы автогрейдер HBMTG 190TA-4, применяемого в дорожном строительстве и содержании дорог в городе Перми, пробы забирались из гидроцилиндра основного рабочего органа и удаленного (бульдозерный отвал).

Таблица 1 – результаты лабораторных исследований проб масел

В рабочей жидкости предельное содержание механических примесей равно 0,064%, согласно ГОСТ 17216-2001. В пробах рабочих жидкостей из гидросистемы автогрейдера имеются серьезные превышения массовой доли механических примесей, связанно это с высокой наработкой и плохо организованной системой обслуживания техники. Стоит обратить внимание на разность в степени загрязненности рабочей жидкости в двух пробах, проба из удаленного отвала содержит меньшее количество загрязнителей, в отличие от основного, но в то же время удаленный отвал применялся в гораздо меньшей степени, чем основной. Соответствующие данные позволяют сделать выводы об изоляции рабочей жидкости в удаленном узле от жидкости циркулирующей в системе, особое внимание стоит отдать местам забора проб, в случае с основным рабочим органом это поршневая полость, которая характеризуется большим объемом рабочей жидкости в сравнении с штоковой полостью. Стоит отметить, что при рассмотрении удаленных узлов стоит рассматривать каждую полость гидроцилиндра отдельно, так как возможны случаи, когда эффект будет характерен исключительно для штоковой полости. Также стоит отметить и разность в кислотном числе проб, что также характеризует изолированность рабочей жидкости в удаленном узле.

Таблица 2 – Исследования типа и количества металлов в пробах масел

удаленного отвала

51

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

Также был проведен спектральный анализ проб рабочей жидкости, который также обозначил различия в загрязненности проб рабочей жидкости. В пробах с удаленного рабочего органа отсутствует хром, а доля свинца и железа меньше чем, в основном рабочем органе, стоит отметить, что доля железа не сильно отличается в двух пробах, это может говорить об износе элемента содержащего железо в области удаленного узла, также данное содержание может быть обусловлено нарушением процесса ремонта и обслуживания техники.

Был проведен повторный забор проб рабочей жидкости, уже в большем количестве. Забор проб производился с буровой подземной машины БПМ-2А, пробы забирались в 5 местах, причиной забора проб являлся отказ одного из гидромоторов.

Таблица 3 – результаты лабораторных исследований проб жидкости

В результате визуального осмотра техники перед забором проб был выявлен факт проведения сварных работ на одном из фитингов, что является грубым нарушением. Анализ проб рабочей жидкости показал, что в одной из проб массовая доля механических примесей была существенно выше чем в остальных, это проба №1, забранная из фильтра к которому подходит рукав в котором проводились ремонтные сварочные работы.

Рисунок 2 – Места забора проб рабочей жидкости

На рисунке 2 представлены узлы забора проб рабочей жидкости с буровой подземной машины, наименьшее количество механических примесей обнаружено в маслобаке (3), в остальных пробах доля примесей выше, с увеличением расстояния до места забора проб их загрязненность увеличивается. Проба 2 находится на небольшом удалении от гидробака, что в конечном итоге сказалась в минимальной разнице в содержании механических примесей. К пробе 5 ведут порядка 5 метров трубопровода, что выражается в увеличении загрязненности на 40% относительно маслобака, а к пробе 4 ведут порядка 11 метров трубопровода, что также проявилось в увеличении загрязненности на 70%.Для горнодобывающей отрасли особенно актуальным является разработка гидрофицированных машин с телескопическим станком, позволяющим проводить работы по укреплению крепи и забору керна, в этом случае не избежать появления узлов расположенных на существенном удалении от гидрораспределителя.

Решить рассматриваемую проблему возможно путем совершенствования конструкции на этапе проектирования, путем изменения положения распределителей. На технике уже произведенной обеспечить надежность гидропривода возможно путем внедрения дополнительных элементов

52

Направление 1. Транспортное и строительное машиностроение

_______________________________________________________________________________________

фильтрующих или обеспечивающих полноценную циркуляцию рабочей жидкости.Внедрение фильтрующих элементов в трубопровод удаленных элементов позволит снизить загрязненность рабочей жидкости, существенным преимуществом данного решения является низкая стоимость. Обеспечить полноценную циркуляцию рабочей жидкости в удаленных узлах возможно путем внедрения дополнительных линий трубопровода и обратных клапанов, таким образом, чтобы разделить линию подачи и слива рабочей жидкости, таким образом рабочая жидкость будет поступать непосредственно из гидробака. Также возможно добиться результата путем корректировки методов диагностирования, включив в них алгоритмы распознавания удаленных узлов и включив их в перечень диагностируемых элементов возможно добиться полноценного и всеобъемлющего анализа состояния гидросистем гидрофицированных машин.

Совершенствование современных методов диагностирования и проектирования гидрофицированных машин позволит повысить надежность, и долговечность техники, а также снизит количество непредвиденных отказов.

Библиографический список

1.Laukka, A. Condition based monitoring for underground mobile machines / A.Laukka, J.Saari, E.Juuso// International Conference on Maintenance Performance Measurement and Management, MPMM 2013, At Lappeenranta, Finland

2.Андросов, В.В. Современные методы диагностирования гидросистем машин для природообустройства / В.ВАндросов // Роль природообустройства сельских территорий в обеспечении устойчивого развития апк: Материалы международной научно-практической конференции. – Москва, 2017.

3.Jardine, A. A rewiev on machinery diagnostics and prognostics implementing condition-based maintenance / A.Jardine, D.Lin, D. Banjevic// Mechanical Systems and Signal Processing. 2006. – №20.–p. 1483-1510.

4.Helwig, N. Condition monitoring of a complex hydraulic system using multivariate statistics / N.Helwig, E.Pignanelli, A. Schultze// 2015 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC) Proceedings, 2015, Pisa, Italia.

5.Felix, Ng. hydraulic excavator performance through in line hydraulic oil contamination monitoring / Felix Ng., Jennifer A. Harding, Jacqueline Glass // Mechanical Systems and Signal Processing. – 2017. – №83. –p.176-193.

53