zaharov

Кроме анализаторов, позволяющих определить гранулометрический состав загрязнений, но работающих в условиях стационарных лабораторий, могут применяться различные приборы и устройства, позволяющие производить экспресс-анализ загрязнений рабочих жидкостей. Одним из таких устройств является установка, с помощью которой определяется загрязнение рабочих жидкостей методом центрифугирования отдельных проб. Проба жидкости при вращении находится в относительном покое, и на частицы загрязнений, находящихся в жидкости, действует центробежная сила, перемещающая их к периферии емкости относительно оси вращения. Интенсивность перемещения частиц зависит от разности плотностей загрязнения и рабочей жидкости, от угловой скорости и расстояния частиц от оси вращения.

В последнее время получили довольно широкое применение приборы, основанные на нефелометрическом методе – сравнении интенсивности двух световых потоков: прошедшего через пробу жидкости, взятую из гидросистемы, и пробу эталонной жидкости, ту же самую, что и анализируемая, но не содержащую загрязнений. Интенсивность рассеянного света пропорциональна концентрации частиц в жидкости и зависит от оптических свойств жидкости и частиц, углов падения и рассеяния света.

Оценивая технические возможности разработанных средств контроля классов чистоты рабочей жидкости, следует отметить, что их общим недостатком является использование в основном отдельных проб жидкости для определения гранулометрического состава загрязненности. Это вносит определенную погрешность в результаты измерений, связанную с особенностью отбора проб, их транспортированием и хранением. Кроме того, метод проб не позволяет оценить динамику изменения загрязнения гидросистемы в зависимости от режима ее работы. В связи с этим в настоящее время наиболее актуальной задачей является создание автоматизированных средств гранулометрического контроля чистоты жидкости в потоке, позволяющих оценивать динамику изменения чистоты жидкости в интересующих точках работающей гидросистемы.

Фирма HYDAC выпускает прибор контроля чистоты жидкости FCU 2010/2110. Этот прибор переносной и позволяет проводить измерения как в стационарных, так и в полевых условиях. Прибор оснащен сенсорной системой, которая фиксирует количество и размеры частиц.

Принцип действия этой системы основан на регистрации импульсов, возникающих при прохождении частиц загрязнений в просвечиваемом потоке. Этот принцип аналогичен подсчету частиц «вручную» в лабораторных условиях.

В отличие от описанных выше лабораторных приборов, прибор FCU 2010 осуществляет измерение непосредственно в работающей системе, что является существенным преимуществом по сравнению с методикой, применяемой в обычной практике: с отбором проб и их дальнейшим анализом. Прибор позволяет проводить:

периодический контроль чистоты рабочей жидкости в процессе работы гидравлической системы;

измерение чистоты жидкости во время промывки системы;

измерение чистоты жидкости и документирование результатов перед запуском системы в эксплуатацию и в процессе эксплуатации;

непрерывное автоматическое измерение без обслуживающего персонала.

Оценка содержания воды в гидравлических жидкостях.

Присутствие воды в минеральном масле можно обнаружить по характерному потрескиванию при нагревании пробы масла (ГОСТ 4-84). Для этого в чистую пробирку диаметром 14…15 мм, высотой 120…150 мм заливают пробу масла на высоту 80…90 мм и закрывают ее пробкой. В отверстие в центре пробки вставляется термометр для контроля температуры. Пробирку помещают в масляную баню и нагревают до температуры 150 С. При наличии в масле воды масло пенится и слышится характерный треск. Наличие воды считается установленным, если явственный треск слышится не менее двух раз.

Эмульсионную воду в маслах определяют по методу Дина и Старка (ГОСТ 2477-65): 100 см3 смешивают со 100 см3 растворителя (обычно в качестве растворителя используют бензин прямой перегонки неэти-

лированный, выкипающий при температуре 80…100 С) и нагревают в металлической колбе. Испарившаяся вода конденсируется в холодильнике и накапливается в градуированном стеклянном приемнике. Нагревание прекращают после того, как объем воды в приемнике перестает увеличиваться. Определяют количество сконденсированной воды и подсчитывают ее процентное содержание:

X V / m ,

где V – объем воды в приемнике; – плотность контролируемого мас-

ла при температуре взятия пробы; m – масса пробы для контроля.

При эксплуатации наличие воды в рабочей жидкости гидросистемы обязательно контролируют визуально, помещая пробу жидкости в чистую стеклянную пробирку, при этом могут быть обнаружены капли эмульсионной воды размером 30…40 мкм.

Контроль содержания нерастворенных газов в рабочей жидкости. В настоящее время разработаны различные методы для определения содержания нерастворенных газов в рабочей жидкости гидравлических систем. По принципу действия эти способы могут быть классифицированы: на аппаратурный контроль с использованием ультразвукового, электроемкостного, радиоизотопного, фотоэлектрического и других физических методов; объемный метод контроля с использованием измерительных трубок или сжатия жидкости до полного растворения в ней газов; контроль по изменению параметров потока газожидкостной смеси (давления и расхода по длине, давления в закрытом объеме, плотности газожидкостной смеси).

Применение ультразвукового, электроемкостного, фотометрического и других методов для оценки количества нерастворенного газа в рабочей жидкости гидравлических систем требует сложной аппаратуры, показания устройств зависят от параметров потока газожидкостной смеси, необходимо экспериментальное определение тарировочных характеристик. Поэтому эти методы используют в основном в лабораторных условиях при проведении научных исследований.

Широкое распространение получили приборы, основанные на измерении изменения объема газожидкостной смеси в результате деформации газовой составляющей при сжатии. Основным недостатком этого метода является невысокая точность измерения газосодержания вследствие изменения параметров потока рабочей жидкости при прохождении через устройство.

Перспективным является определение количества нерастворенного газа на основании измерения объема газожидкостной смеси при ее сжатии до полного растворения газа в жидкости.

Оценивая в целом развитие методов контроля нерастворенного газа в рабочей жидкости гидравлических систем, следует отметить, что большинство разработанных методов и приборов может применяться только в лабораторных условиях. Поэтому весьма актуальна разработка диагностических средств контроля содержания нерастворенных газов для гидравлических систем в процессе эксплуатации.

4.7.Учет требований к рабочей жидкости при проектировании ГС

Разработка конструкций с учетом специфических требований промышленной чистоты является одним из основных путей сокращения трудоемкости производства и повышения их эксплуатационной надежности и долговечности.

Основные требования промышленной чистоты, которые нужно принимать во внимание при проектировании гидросистем и их элементов, следующие:

совместимость рабочих жидкостей во всем диапазоне рабочих температур с конструктивными материалами, в первую очередь, с материалами трущихся пар и уплотнений. Например, свинец, сплавы магния и особенно цинковые покрытия вступают в реакцию с продуктами окисления органических масел, образуя металлические мыла, которые вызывают эмульгирование масла. Не рекомендуется также использовать в конструкциях медь и латунь, являющиеся сильным катализатором окисления масел;

заправка систем должна осуществляться закрытым способом через специально предусмотренные клапаны;

внутренние полости систем должны быть защищены от попадания атмосферных загрязнений через дренажные устройства;

должна быть предусмотрена возможность полного слива или вытеснения рабочей жидкости из систем при ее замене методом продувки;

местные перегревы рабочих жидкостей должны быть исключены;

недопустимо появление застойных и тупиковых зон; следует предусматривать возможности закольцовки для промывки трубопро-

водных магистралей методами циркуляции и фильтрации;

должна быть предусмотрена местная защита наиболее чувствительных элементов агрегатов (цилиндрических золотников, устройств типа сопло–заслонка и т.п.);

системы должны быть оборудованы сигнализаторами предельно допустимой загрязненности рабочей жидкости;

следует исключить забор рабочей жидкости из нижних точек баков;

число резьбовых, паяных и сварных соединений трубопроводных магистралей должно быть сведено к минимуму. Рекомендуется применять быстроразъемные соединения с помощью муфт из сплава, обладающего термомеханической памятью, или самоконтрящиеся со-

единения;

не рекомендуется использовать соединительную арматуру прямоугольной формы;

необходимо предусматривать меры снижения уровня пульсаций давления в системе также за счет введения виброгасящих материалов (фторопласт, резина) под хомуты крепления трубопроводов.

Особенно сложно выполнить требования промышленной чистоты при конструировании агрегатов, управляющих потоком рабочей жидкости (распределителей, клапанов и т.п.). С целью уменьшения сил трения в прецизионных парах, наиболее чувствительных к загрязнениям, необходимо стремиться к обеспечению полного статического рав-

новесия осевых и радиальных сил путем кольцевых проточек на поясках золотников, центровки их с помощью винтовых канавок, цековок, осевых отверстий и т.п. При наличии в агрегатах пар трения рекомендуется применять современные методы повышения износостойкости поверхностей трения, а также искусственного образования упорядоченного микрорельефа. Эффективность последнего весьма простого метода повышения износостойкости объясняется наличием оптимально организованного режима смазывания, что повышает ресурс пары трения в 2-3 раза.

Эффективным методом уменьшения чувствительности к загрязнениям прецизионных пар является придание постоянного осциллирующего или вращательного движения золотникам, что практически исключает заращивание зазоров частицами загрязнителя. Как правило, основной золотник управляющего элемента должен перемещаться в промежуточной золотниковой втулке, установленной в корпусе и уплотняемой с помощью круглых резиновых колец, причем с одного торца промежуточный золотник рекомендуется подпружинивать с усилием, несколько мень-

шим развиваемого основным золотником. В этом случае не только до минимума снижается засоряемость зазора, но и исключается защемление золотника при возможных деформациях корпуса.

Для увеличения надежности устройств типа электрогидравлических усилителей следует предусматривать изоляцию электромагнитного устройства от потока жидкости. Кроме того, для создания обратной связи применение плоской пружины вместо обычных уравновешивающих пружин с торца золотника также уменьшает влияние загрязнений на надежность агрегата. Подача жидкости должна осуществляться через фильтр. Применение в первом каскаде струйных распределителей вместо распределителя типа сопло–заслонка также уменьшает чувствительность к загрязнениям.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие важные функции выполняет рабочая жидкость?

2.Перечислите основные требования к рабочим жидкостям, используемым в гидроприводе ЛА.

3.В чем суть нового направления в технологии обеспечения про-

мышленной чистоты гидросистем ЛА?

4.Назовите типы рабочих жидкостей, применяемых в современных гидроприводах ЛА.

5.Приведите основные источники загрязнения рабочей жидкости при производстве.

6.Объясните, какое влияние оказывает кавитация жидкости на работу гидропривода.

7.Какими методами осуществляется очистка жидкости от загряз-

нений?

8.Напишите формулу коэффициента отфильтровывания рабочей жидкости.

9.Какие установки для регенерации фильтроэлементов используются в авиации?

10. Назовите приборы, применяемые для контроля чистоты жидкостей.

11. Сформулируйте основные рекомендации по проектированию гидросистем и их элементов с учетом требований промышленной чистоты.

НАДЕЖНОСТЬ 5 ЭЛЕМЕНТОВ

ГИДРОСИСТЕМ

t

d

P t e 0

Совершенствование авиационной техники, создание околозвуковых и сверхзвуковых летательных аппаратов с повышенной грузоподъемностью привели к значительному повышению требований к надежности их функциональных систем, отказы которых влияют на безопасность полетов. К таким системам относятся и гидравлические системы ЛА.

Имеющийся опыт показывает, что решить проблему надежности можно только при комплексном подходе к ней: на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации ЛА.

Практическое применение теории надежности помогает установить закономерности возникновения отказов функциональных систем ЛА с учетом влияния внешних и внутренних факторов и обосновать оптимальную стратегию их технического обслуживания и ремонта. Положения теории надежности используют при разработке программы испытаний, а также для оценки, расчета и прогнозирования надежности конкретных изделий авиационной техники. С введением вероятностных критериев, оценивающих допустимость возникновения особых ситуаций полета, появилась необходимость разработать более эффективные методы обеспечения безопасности и долговечности авиационной техники.

Незначительные просчѐты при проектировании или отклонения от установленной технологии и сборки изделия могут сказаться через длительное время и не в сфере деятельности данного предприятия

и лиц, участвовавших в изготовлении изделия, а уже при его эксплуатации потребителем.

Поэтому обеспечение высокого качества и надежности изделий является комплексным многоэтапным процессом, успех которого зависит от многих технических, организационных и социальных факторов.

Показатели надѐжности находятся в противоречии с такими показателями качества изделий, как материалоѐмкость или энергонасыщенность, степень унификации, стоимость и др. Это следует, например, из сравнительного анализа требований, предъявляемых тем или иным видом техники к показателям отдельных систем и, в частности, к гидроприводу. В табл. 5.1 приведены экспертные оценки значимости показателей качества, взятых из ряда основных, полученные по трѐхбалльной системе, в которой: 1 балл соответствует средним, 2 балла – высоким, а 3 балла – весьма высоким требованиям к показателям качества.

Из таблицы следует, что если в авиационном гидроприводе высокие требования предъявляются к безотказности и металлоѐмкости, то в судовом – это ресурс и ремонтопригодность, а в автомобильном – ресурс, ремонтопригодность и стоимость. Требования высокой безотказности, предъявляемые к авиационным и судовым системам, обусловлены повышенными требованиями к безопасности их работы в специфических экстремальных условиях. Весьма высокая безопасность авиационного гидропривода осуществляется, в частности, за счѐт снижения требований к его ресурсу и ремонтопригодности. Для обеспечения безотказности и металлоѐмкости авиационных систем, к тому же наиболее функционально сложных, широко используют дорогостоящие высокие технологии, определѐнные системы технического

259

обслуживания и ремонта и т.д. В этом случае, естественно, стоимость должна быть наиболее высокой.

Высокие требования к металлоѐмкости авиационного гидропривода обусловлены необходимостью повышать его маневренность, грузоподъѐмность, ресурс. Основными направлениями в обеспечении высоких показателей металлоѐмкости являются увеличение давления в гидроприводе и частоты вращения насосов, т.е. параметров, которые позволяют реализовать через гидропривод заданную мощность при пропорционально более низких значениях рабочих объѐмов, а следовательно, габаритов и массы гидроагрегатов.

Надежность закладывается при проектировании изделий, она зависит от прогрессивности и совершенства конструктивной схемы, прочности и износостойкости применяемых материалов, выбора номенклатуры и условий применения гидропривода, эффективности его защиты от вредного воздействия различных факторов, правильного учета фактических условий эксплуатации, контроле- и ремонтопригодности и ряда других факторов.

Требуемая надежность обеспечивается в процессе производства изделий. Она определяется совершенством и стабильностью технологического процесса изготовления, качеством сборки, достоверностью контроля отдельных деталей и изделия в целом.

При эксплуатации изделий поддерживается их надежность за счет строгого соблюдения инструкций по эксплуатации, современного и качественного проведения технического обслуживания·(в том числе регламентных работ), правильного хранения, поддержания высокого уровня квалификации и дисциплины обслуживающего персонала.

Таким образом, надѐжность закладывается при проектировании, обеспечивается при производстве, поддерживается в процессе эксплуатации.

Низкая надежность авиационной техники приводит к прямым экономическим потерям, вызываемым малой долговечностью ЛА, частыми отказами и простоями, затратами на техническое обслуживание и ремонт, а также к потерям, связанным с нарушением регулярности полетов, и, что особенно важно, потерям человеческих жизней при авиационных катастрофах.

260 Глава 5. НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОСИСТЕМ

ной технологии, внесение структурной и функциональной избыточности, использование селекции, и т.п.), но в то же время уменьшение числа отказов или увеличение ресурса изделия приводит к снижению затрат на эксплуатацию (рис. 5.1), т.е. суммарные затраты имеют минимальное значение при некотором оптимальном уровне надежности, превышение которого экономически невыгодно. Поэтому перед разработкой и реализацией мероприятий по дальнейшему увеличению надѐжности (ресурса и безотказности) уже эксплуатирующихся ЛА необходимо проводить строгий экономический анализ эффективности предполагаемых мероприятий.

5.1. Основные термины и понятия

Основные термины и определения, используемые в теории надежности, определяются ГОСТ 27.002–89 и 27.004–85.

Любой технический объект изготавливается по конструкторской документации в соответствии с нормативно-техническими требованиями и предназначается для выполнения определенных функций, например, деталь какого-либо механизма, насос, системы уборкивыпуска шасси, самолет. Причем если один объект входит в состав другого, более крупного объекта (представляет собой его составную часть), то он является по отношению к нему элементом, т.е. элемент – это часть технической системы, условно принимаемая неделимой на данной стадии анализа системы. Так золотник является элементом бус-