Устройство и принцип работы современных экскаваторов. Базовые знания о гидравлических экскаваторах Принцип работы гидросистемы экскаватора
| Учитывается или нет данная публикация в РИНЦ. Некоторые категории публикаций (например, статьи в реферативных, научно-популярных, информационных журналах) могут быть размещены на платформе сайт, но не учитываются в РИНЦ. Также не учитываются статьи в журналах и сборниках, исключенных из РИНЦ за нарушение научной и издательской этики."> Входит в РИНЦ ® : да | Число цитирований данной публикации из публикаций, входящих в РИНЦ. Сама публикация при этом может и не входить в РИНЦ. Для сборников статей и книг, индексируемых в РИНЦ на уровне отдельных глав, указывается суммарное число цитирований всех статей (глав) и сборника (книги) в целом."> Цитирований в РИНЦ ® : 0 | |
| Входит или нет данная публикация в ядро РИНЦ. Ядро РИНЦ включает все статьи, опубликованные в журналах, индексируемых в базах данных Web of Science Core Collection, Scopus или Russian Science Citation Index (RSCI)."> Входит в ядро РИНЦ ® : да | Число цитирований данной публикации из публикаций, входящих в ядро РИНЦ. Сама публикация при этом может не входить в ядро РИНЦ. Для сборников статей и книг, индексируемых в РИНЦ на уровне отдельных глав, указывается суммарное число цитирований всех статей (глав) и сборника (книги) в целом."> Цитирований из ядра РИНЦ ® : 0 | |
| Цитируемость, нормализованная по журналу, рассчитывается путем деления числа цитирований, полученных данной статьей, на среднее число цитирований, полученных статьями такого же типа в этом же журнале, опубликованных в этом же году. Показывает, насколько уровень данной статьи выше или ниже среднего уровня статей журнала, в котором она опубликована. Рассчитывается, если для журнала в РИНЦ есть полный набор выпусков за данный год. Для статей текущего года показатель не рассчитывается."> Норм. цитируемость по журналу: 0 | Пятилетний импакт-фактор журнала, в котором была опубликована статья, за 2018 год."> Импакт-фактор журнала в РИНЦ: | |
| Цитируемость, нормализованная по тематическому направлению, рассчитывается путем деления числа цитирований, полученных данной публикацией, на среднее число цитирований, полученных публикациями такого же типа этого же тематического направления, изданных в этом же году. Показывает, насколько уровень данной публикации выше или ниже среднего уровня других публикаций в этой же области науки. Для публикаций текущего года показатель не рассчитывается."> Норм. цитируемость по направлению: 0 |
Введение
Глава 1. Анализ существующей системы ТО и общее состояние вопроса динамики рабочей жидкости
1.1. Роль и место диагностирования в системе технического обслуживания гидроприводов СДМ
1.2. Общее состояние вопроса гидродинамики гидропривода СДМ 17
1.3. Обзор исследований по динамике гидропривода
1.3.1. Теоретические исследования 24
1.3.2. Экспериментальные исследования 42
1.4. Использование электрогидравлических аналогий при исследовании волновых процессов в РЖ в гидросистемах СДМ
1.5. Обзор методов диагностирования гидропривода СДМ 52
1.6. Выводы по главе. Цель и задачи исследований 60
Глава 2. Теоретические исследования гидродинамических процессов применительно к гидросистемам СДМ
2.1. Исследование распространения главной гармоники по гидросистеме СДМ
2.1.1. Моделирование прохождения главной гармоники через препятствия
2.1.2. Определение в общем виде передаточной функцииодноштокового гидроцилиндра двустороннего действия
2.1.3. Определение давления в гидролинии при осциллирующем возбуждении путём решения телеграфного уравнения
2.1.4. Моделирование распространения волн в гидролинии на основе метода электрогидравлических аналогий
2.2. Оценка величины ударного давления в гидросистемах строительных машин на примере бульдозера ДЗ-171
2.3. Динамика взаимодействия пульсирующего потока РЖ и стенок трубопровода
2.4. Взаимосвязь колебаний стенок гидролиний и внутреннего давления рабочей жидкости
2.5. Выводы по главе 103
Глава 3. Экспериментальные исследования гидродинамических процессов в гидросистемах СДМ
3.1. Обоснование методики экспериментальных исследований и выбор варьируемых параметров
3.1.1. Общие положения. Цель и задачи экспериментальных исследований
3.1.2. Методика обработки экспериментальных данных и оценка погрешностей измерений
3.1.3. Определение вида уравнения регрессии 106
3.1.4. Методика и порядок проведения экспериментальных исследований
3.2. Описание оборудования и средств измерений 106
3.2.1. Стенд для исследований волновых процессов в гидросистемах
3.2.2. Виброанализатор СД-12М 110
3.2.3. Датчик вибрации АР-40 110
3.2.4. Цифровой тахометр/стробоскоп «Актаком» АТТ-6002 111
3.2.5. Гидравлический пресс 111
3.3. Исследование статической деформации рукавов высокого давления, находящихся под нагрузкой
3.3.1. Исследование радиальной деформации РВД 113
3.3.2. Исследование осевой деформации РВД с одним свободным концом
3.3.3. Определение вида уравнения регрессии Р =7(Дс1) 121
3.4. К вопросу о характеристиках вибраций СДМ в различных областях спектра
3.5. Исследование скорости распространения волны и декремента затухания одиночного импульса в жидкости МГ-15-В
3.6. Исследование характера пульсаций давления в гидросистеме экскаватора ЭО-5126 по вибрациям стенок гидролиний
3.7. Гидродинамика рабочей жидкости в гидросистеме бульдозера ДЗ-171 при подъёме отвала
3.8. Исследование зависимости амплитуды главной гармоники от расстояния до дроссельной щели
3.9. Выводы по главе 157
4.1. Выбор диагностического параметра 159
4.3. Критерий наличия перетечки 165
4.4. Характеристика аналогов предлагаемого способа 169
4.5. Достоинства и недостатки предлагаемого способа 170
4.6. Примеры конкретного применения 171
4.7. Некоторые технические аспекты предлагаемого способа диагностирования
4.8. Расчёт экономического эффекта от внедрения предлагаемого экспресс-способа
4.9. Оценка эффективности внедрения способа экспресс- диагностики
4.11. Выводы по главе 182
Выводы по работе 183
Заключение 184
Литература
Введение к работе
Актуальность темы. Эффективность технического обслуживания строительно-дорожных машин (СДМ) в значительной мере зависит от качественного выполнения технического диагностирования машины и ее гидропривода, являющегося неотъемлемой частью большинства СДМ В последние годы в большинстве отраслей народного хозяйства происходит переход на обслуживание строительно-дорожной техники по фактическому техническому состоянию, позволяющее исключить ненужные ремонтные операции Такой переход требует разработки и внедрения новых методов диагностирования гидроприводов СДМ
Диагностика гидропривода часто требует проведения сборочно-разборочных работ, что сопряжено со значительными затратами времени Сокращение времени на диагностику является одной из важных задач технического обслуживания СДМ Ее решение возможно различными путями, одним из которых является применение методов безразборной диагностики, в том числе вибрационной В то же время, одним из источников вибраций машин являются гидродинамические процессы в гидросистемах, и по параметрам вибраций можно судить о характере протекающих гидродинамических процессов и о состоянии гидропривода и отдельных его элементов
К началу XXI века возможности вибрационной диагностики вращающегося оборудования выросли настолько, что она легла в основу мероприятий по переходу на обслуживание и ремонт многих типов оборудования, например, вентиляционного, по фактическому состоянию Однако для гидроприводов СДМ номенклатура обнаруживаемых по вибрации дефектов и достоверность их идентификации еще недостаточны для принятия столь ответственных решений
В этой связи, одними из наиболее перспективных методов диагностирования і идроприводов СДМ являются методы безразборного вибрационного диагностирования, основанные на анализе параметров гидродинамических процессов
Таким образом, совершенствование методов диагностирования гидроприводов строительно-дорожных машин на основе исследований гидродинамических процессов в гидросистемах является актуальной научной и технической проблемой
Цель диссертационной работы заключается в разработке методов диагностирования гидроприводов СДМ, основанных на анализе параметров гидродинамических процессов в гидросистемах
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач
Исследовать современное состояние вопроса гидродинамики
гидропривода СДМ и выяснить необходимость учета гидродинамических
процессов для разработки новых методов диагностирования
гидроприводов СДМ,
построить и исследовать математические модели гидродинамических процессов, протекающих в гидросистемах СДМ,
Экспериментально исследовать гидродинамические процессы,
протекающие в гидросистемах СДМ,
На основании результатов проведенных исследований выработать
рекомендации по совершенствованию методов диагностирования
гидросистем СДМ,
Объект исследований - гидродинамические процессы в системах гидропривода СДМ
Предмет исследований - закономерности, устанавливающие связи между характеристиками гидродинамических процессов и методами диагностирования гидроприводов СДМ
Методы исследований - анализ и обобщение существующего опыта, методы математической статистики, прикладной статистики, математического анализа, метод электрогидравлических аналогий, методы теории уравнений математической физики, экспериментальные исследования на специально созданном стенде и на реальных машинах
Научная новизна результатов диссертационной работы:
Составлена математическая модель прохождения первой гармоники пульсаций давления, создаваемых объемным насосом (главной гармоники), и получены общие решения системы дифференциальных уравнений, описывающей распространение главной гармоники по гидролинии,
Получены аналитические зависимости для определения
внутреннего давления жидкости в РВД по деформации его
многооплеточной упругой оболочки,
Получены зависимости деформации РВД от внутреннего
давления,
Экспериментально получены и исследованы спектры вибраций
элементов гидролиний в ГС экскаватора ЭО-5126, бульдозеров Д3-171,
самоходного стрелового крана KATO-1200S в условиях эксплуатации,
предложен способ вибродиагностирования гидросистем СДМ, основанный на анализе параметров основной гармоники пульсаций давления, генерируемых объемным насосом,
предложен критерий наличия перетечки в гидросистеме СДМ при использоватіии нового способа безразборной технической диагностики,
обоснована возможность использования для диагностики ГС СДМ параметров гидравлических ударов, возникающих в результате задержки срабатывания предохранительных клапанов
Практическое значение полученных результатов.
предложен новый способ вибродиагностирования для локализации неисправностей в элементах гидропривода СДМ,
создан лабораторный стенд для исследования гидродинамических процессов в гидросистемах,
Результаты работы используются в учебном процессе в
лекционном курсе, при курсовом и дипломном проектировании, а
созданные лабораторные установки используются при проведении
лабораторных работ
Личный вклад соискателя. Основные результаты получены автором лично, в частности все аналитические зависимости и методические разработки экспериментальных исследований При создании лабораторных стендов автором предложена общая компоновка, рассчитаны основные параметры и обоснованы характеристики их основных узлов и агреіатов В разработке способа вибродиагностики автору принадлежит идея выбора основного диагностического признака и методика его практической реализации в условиях эксплуатации Автором лично разработаны программы и методики экспериментальных исследований, проведены исследования, обработаны и обобщены их результаты, разработаны рекомендации по проектированию ГС ОГП с учетом волновых процессов
Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались на НТК Норильского индустриального института в 2004, 2005 и 2006 гг, на VIT Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, докторантов и молодых ученых «Наука ХХТ веку» МГТУ в г Майкопе, на научно-практігческой конференции «Механики - XXI веку» БрГТУ в г Братск, на 1-й «Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых» в г Омске (СибАДИ), на Всероссийской научно-практической конференции «Роль механики в создании эффективных материалов, конструкций и машин XXI
века» в г Омске (СибАДИ), а также на научных семинарах кафедры ТМиО НИИ в 2003, 2004, 2005 и 2006 гг На защиту выносятся -
научное обоснование нового способа экспресс-диагностики гидросистем СДМ, основанного на анализе параметров гидродинамических процессов в ГС,
обоснование эффективности использования предложенного способа безразборной технической диагностики,
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК ведущих рецензируемых журналов и изданий, подана заявка на получение патента на изобретение
Связь темы работы с научными программами, планами и темами.
Тема разрабатывается в рамках инициативной госбюджетной темы «Повышение надежности технологических машин и оборудования» в соответствии с планом НИР Норильского шщустриального института на 2004 - 2005 гг, в которой автор участвовал в качестве исполнителя
Реализация работы. Проведены эксплуатационные испытания экспресс-способа поиска перетечек, результаты работы приняты к внедрению в технологический процесс на предприятии МУ «Автохозяйство» г. Норильск, а также используются в учебном процессе в ГОУВПО «Норильский индустриальный институт»
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка использованных источников, включающего 143 наименования, и 12 приложений Работа изложена на 219 страницах, включая 185 страниц основного текста, содержит 12 таблиц и 51 рисунок
Автор считает необходимым выразить благодарность Мельникову В И, канд техн наук, доценту кафедры «Технологические машины и оборудование» (ТМиО) ГОУВПО «Норильский индустриальный институт» (НИИ), и Башкирову Б В, учебному мастеру кафедры ТМиО НИИ за помощь, оказанную при выполнении работы
Основное содержанке работы
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, указана цель работы, сформулированы научная новизна и практическая ценность, приведены краткое содержание работы и сведения об ее апробации
В первой главе рассмотрена современная система технического обслуживания СДМ, при этом указано, что важное место в технологическом процессе ТОиР занимает техническая диагностика, которая бывает двух основных видов общая диагностика (Д-1) и углубленная диагностика (Д-2)
Также проведен сравнительный анализ существующих методов диагностики, при этом сделан акцепт на вибрационных методах Одним из наиболее часто применяемых на практике методов является статопараметрический метод, основаный на анализе параметров задросселированного потока рабочей жидкости Этот метод удобен тем, что позволяет точно выявлять место локализации неисправности, дает возможность при проведении диагностирования производить также регулировку и обкатку гидросистемы В то же время, этот метод требует проведения сборочно-разборочных работ, что приводит к значительным трудозатратам и ведет к дополнительным простоям машин Поэтому одним из направлений совершнествования системы ТОиР является развитие безразборных методов диагностики, в частности методов, основанных на анализе параметров гидродинамических процессов в рабочих жидкостях
Однако в настоящее время дефекты, обнаруживаемые системами вибрационной диагностики, не имеют количественных характеристик, аналогичных тем, которые есть у структурных параметров объекта В частности, при вибрационной диагностике не определяются, например, геометрические размеры элементов, величины зазоров и т п Количественными оценками обнаруживаемых дефектов может считаться вероятностная оценка опасности возникновения аварии при дальнейшей эксплуатации оборудования Поэтому и название обнаруживаемых дефектов часто не соответствует названиям тех отклонений состояния элемента от нормального, которые контролируются при дефектации узлов оборудования Вопрос согласования единых подходов к названию и количественным оценкам дефектов остается открытым Также остаются открытыми и вопросы количественного определения эффективности систем вибрационной диагностики
Одним из наиболее перспективных методов моделирования процессов в гидросистемах является метод электрогидравлических аналогий, при котором каждому элементу гидравлической системы ставится в соответствие определенный элемент электрической схемы замещения
Исследовано общее состояние вопроса гидродинамики рабочей жидкости в объемных гидросистемах, а также проведен обзор работ по этому вопросу Определено, что гидродинамические процессы оказывают
существенное влияние на работоспособность машин Указано, что в практическом аспекте, а именно в аспекте улучшения эксплуатационных характеристик важны, прежде всего, энергоемкие гармоники большой амплитуды Поэтому при проведении исследований целесообразно сосредоточить внимание, прежде всего на них, то есть на гармониках низкой частоты
По результатам исследований сформулирована цель и задачи исследований
Во второй главе приведены результаты теоретических исследований гидродинамических процессов в РЖ, исследован вопрос о прохождении волн через препятствие, и на этом основании получены передаточные функции для прохождения волн через некоторые элементы гидросистем В частности, передаточная функция для некоторого препятствия в виде щели в трубе постоянного сечения имеет следующий вид
4 - ( J >
w = ^-= -.
где а] - амплитуда падающей волны, а 3 - амплитуда волны, прошедшей через щель, к - отношение поперечного сечения трубы к площади отверстия
Для одноштокової о гидроцилиндра двустороннего действия при наличии перетечки передаточная функция будет иметь вид
1**" (2)
W =-
{1 +1 ") к " +1?
где т - отношение площади поршня к площади штока, к - отношение площади поршня к площади перетечки, U - отношение площади эффективного сечения гидролинии к площади поршня При этом внутренние диаметры сливной и напорной гидролиний предполагаются равными друг другу
Также во второй главе, на основании метода
электрогидравлических аналогий проведено моделирование
распространения гармонической волны по гидравлической линии с распределенными параметрами Известны уравнения, описывающие гок и напряжение в линии как функцию координат х nt
I й _ ди
где R 0 - продольное активное сопротивление единицы длины линии, L 0 - индуктивность единицы длины линии, Со - емкость единицы длины линии и G 0 - поперечная проводимость единицы длины линии Схема замещения электрической линии представлена на рис 1
-1-Г-Э-
Известное решение системы (3), выраженное через напряжение и ток в начале линии, имеет вид
U = U,ch(yx)- /, Z B sh{yx)
l = I,c)i[}x)-^--,h{}x)
V№ + y)л о)
постоянная распространения,
\п +/шГ~ ~~ волновое сопротивление
Пренебрегая утечками, то есть, полагая гидравлический эквивалент G 0 равным ігулю, получим уравнения для определения гармонической функции давления и расхода в любой точке линии, выраженные через давление и расход в начале линии
I Q = P,ch(y lX )--Q- S h{y r x)
Q - объемный расход, 5 - сечение трубы, Я - давление, р = р е >-",
Q =Q е " ш +*>) , с - скорость распространения волны, р 0 - плотность, а -
параметр трения, со - круговая частота волны После подстановки в систему (4) гидравлических аналогов электрических величин, было получено решение системы (5)
I> = l\cf\x-^ + ^- (-sinH + jcosH
- v \ с\ р,
V. ./,. 4л" ,__ J/rt ..._,„« J _».!,. 4*." (_ 5ш ^) +усо ф))| (8)
Є = 0сй|*-4І + - (-sm(9)+ v cos(i9))
Ї 1 + 4Ч (cos(0)- 7 smH) V о) pi
С учетом отраженной волны, давление в гидролинии как функция координаты и времени принимает вид
где Р ()Н - волна, генерируемая объемным насосом, определяемая выражением (8), р - отраженная волна
Р^=Щ,")сП(г (l-x))K 0 -Q(I,t)7 „sh( K (l-x))K 0 (10)
где коэффициентом отражения определяется выражением r _ Zii-Zlb - Z„ - гидравлическое сопротивление нагрузки ~7 +7
Полученная модель справедлива не только для гидролиний с абсолютно жесткими стенками гидролинии, но также и для РВД В последнем случае скорость распространения волны следует рассчитывать по известной формуле
где г - радиус гидролинии, д - толщина стенок, К - приведенный объемный модуль упругости жидкости
Произведена оценка максимальной величины забросов давления при возникновении гидравлических ударов в гидросистеме бульдозера ДЗ-171 (базовая машина Т-170), возникающих вследствие остановки гидроцилиндров подъема отвала, полученное значение составило Ар , к 24,6 MI Fa Пр и возникновении гидроудара, в случае задержки
срабатывания предохранительных клапанов на время 0,04 с, теоретически максимальная величина забросов давления в гидросистеме указанной машины составляет 83,3 МПа
В связи с тем, что измерения предполагалось проводить на реальных машинах безразборным методом, рассмотрен вопрос о взаимосвязи амплитуды вибросмещений и виброускорений внешшгх стенок напорных гидролиний и амплитуды пульсаций давления в гидролинии Полученная зависимость для жесткой трубы имеет вид
дгф.^(Д(р> : -гЦр."і^ + ^-І
где х, - амплитуда вибросмещения стенки трубы на і-Рі іармонике, Е - модуль Юнга для материала стенки, d - внутренний диаметр гидролинии, D - внешний диаметр гидролинии, р„ - плотность жидкости, р ст - плотность материала стенок гидролинии, ш, - частота г-й гармоники.
V V h/d Ч лр
Ч ^ 4 h
Рисунок 2 - Расчетная схема для определения аналитической зависимости деформации металлической оплетки РВД о г амплитуды пульсаций вігутреннего давления
Аналогичная зависимость многослойного металлической оплеткой гибкого шланга
армированного (13)
где т - число оплеток РВД, „ - число прядей в одном сечении одной
оплетки, к а - коэффициент амортизации наружной обкладки, S! - площадь
поперечного сечения одной проволоки оплетки, а - угол наклона касательной к плоскости, перпендикулярной оси цилиндра (рис 2), х, - значение амплитуды вибросмещения /-й гармоники, d - диаметр одной проволоки оплетки, Do - приведенный диаметр всех оплеток РВД, S l -
значение величины амплитуды виброскорости 7-й гармоники при частоте (o i , (р - угол поворота радиального луча, соединяющего точку на винтовой
линии и под 90 ось цилиндра (рукава), У ж - объем жидкости, заключенной внутри РВД в контуре площади проволоки, V cm - объем части стенки, соответствующей контуру нити у =d 8 U г Д е 5 - толщина стенки РВД,
й? ср - средний диаметр РВД, р ж - плотность жидкости
После решения уравнения 13 для наиболее распространенного случая, то есть при а=3516", и пренебрегая силами инерции стенок РВД по сравнению с силами упругости оплеток, была получена упрощенная зависимость
д р = 1 , 62 ю* ^± Х , ( 14 )
Do і
В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований
Для обоснования возможности измерения параметров гидродинамических процессов в РЖ с помощью накладных датчиков произведено исследование зависимости статической деформации РВД от внутреннего давления Исследовались РВД марки - Б-29-40-25-4-У ТУ-38-005-111-1995, рассчитанного на номинальное давление Р ном = 40 МПа Характеристика РВД длина - 1,6 м, внутренний диаметр - 25 мм, внешний диаметр - 40 мм, число оплеток - 4, диаметр проволоки оплетки - 0,5 мм Исследовалась радиальная и осевая деформация РВД при изменении давления от 0 до 12 МПа
Для РВД с обоими закрепленными концами зависимость
радиальной деформации от давления представлена на рис 3 Установлено,
что РВД ведет себя по-разному при возрастании давления (верхняя кривая
на рис 3 а) и б)), и при снижении давления (нижняя кривая на рис 3 а) и
б)) Таким образом, подтвердилось существование известного явления
гистерезиса при деформации РВД Работа, затрачиваемая на деформацию
за один цикл на один метр длины данного РВД, оказалась одинаковой для
обоих случаев - 6,13 Дж/м Установлено также, что при больших
давлениях (>0,2P, IOVI) радиальная деформация остается практически
неизменной Такая дифференциация, вероятно, может быть объяснена тем,
что на участке от 0 до 8 МПа приращение диаметра обусловлено в
основном выборкой люфтов между слоями металлической оплетки, а
также деформацией неметаллической основы шланга Последнее
обстоятельство означает, что при больших давлениях демпфирующие
свойства самой гидролинии незначительны, параметры
гидродинамических процессов можно исследовать по параметрам вибраций гидролинии Методом конечных разностей было установлено, что оптимальным уравнением регрессии, описывающим зависимость Р = J.
Трудности безинструментального выявления неисправного узла приводят к увеличению затрат на техническое обслуживание и ремонт. При определении причин выхода из строя какого-либо элемента системы приходится производить сборочно-разборочные работы.
Учитывая последнее обстоятельство, высокую эффективность имеют способы безразборной технической диагностики. В связи с бурным развитием в последние годы средств вычислительной техники, удешевлением аппаратных и программных средств цифровых измерительных приборов, в том числе виброанализаторов, перспективным направлением является развитие способов безразборной вибрационной диагностики гидроприводов СДМ, основанных, в частности, на анализе гидродинамических процессов в ГС.
Определение в общем виде передаточной функцииодноштокового гидроцилиндра двустороннего действия
Пульсации давления, создаваемые ОН в гидросистеме СДМ, можно разложить на гармонические составляющие (гармоники). При этом самая первая гармоника имеет, как правило, наибольшую амплитуду. Будем называть первую гармонику пульсаций давления, создаваемых ОН, главной гармоникой (ГТ).
В общем случае построение математической модели для распространения главной гармоники по напорной гидролинии от источника (насоса) к рабочему органу является трудоёмкой задачей, которая должна решаться для каждой гидросистемы в отдельности. При этом должны быть определены передаточные функции для каждого звена гидросистемы (участков гидролиний, гидроаппаратов, клапанов, местных сопротивлений и т.д.), а также обратные связи между этими элементами. О наличии обратной связи можно говорить в том случае, если волна, распространяющаяся от источника, взаимодействует с волной, распространяющейся по направлению к источнику. Иными словами, обратные связи имеют место при возникновении интерференции в гидросистеме. Таким образом, передаточные функции элементов гидросистемы должны определяться не только в зависимости от конструктивных особенностей гидропривода, но и в зависимости от режимов его работы.
Предлагается следующий алгоритм построения матмодели распространения главной гармоники по гидросистеме:
1. В соответствии с гидравлической схемой, а также с учётом режимов работы гидросистемы, составляется структурная схема математической модели.
2. Исходя из кинематических параметров ГС, определяется наличие обратных связей, после чего корректируется структурная схема матмодели.
3. Производится выбор оптимальных методов расчёта главной гармоники и её амплитуд в различных точках ГС.
4. Определяются передаточные отношения всех звеньев гидросистемы, а также передаточные отношения обратных связей в операторной, символической или дифференциальной форме, исходя из выбранных ранее методов расчёта.
5. Производится расчёт параметров ГГ в требуемых точках ГС.
Следует отметить несколько закономерностей матмоделей прохождения ГГ по гидросистемам СДМ.
1. Закон распространения главной гармоники в самом общем случае не зависит от наличия (отсутствия) ответвлений от гидролинии. Исключение составляют случаи, когда длина ответвлений кратна четверти длины волны, то есть те случаи, когда выполняется необходимое условие возникновения интерференции.
2. Обратная связь зависит от режима работы гидропривода, и может быть как положительной, так и отрицательной. Положительная наблюдается при возникновении резонансных режимов в гидросистеме, а отрицательная - при возникновении антирезонансных. В связи с тем, что передаточные функции зависят от большого числа факторов и могут меняться при изменении режима работы гидросистемы, положительную или же отрицательную обратную связь удобнее выражать (в отличие от систем автоматического управления) в виде знака плюс или минус перед передаточной функцией.
3. Исследуемая гармоника может служить фактором, инициирующим возникновение ряда вторичных гармонических составляющих.
4. Предлагаемая методика построения матмодели может быть использована не только при исследовании закона распространения главной гармоники, но также и при исследовании закона поведения других гармоник. Однако, в силу указанных выше обстоятельств, передаточные функции для каждой частоты будут различными. В качестве примера рассмотрим матмодель распространения главной гармоники по гидросистеме бульдозера ДЗ-171 (приложение 5). D2
Здесь Л - источник пульсаций (насос); Dl, D2 - датчики вибраций; Wj (р) -передаточная функция гидролинии на участке от насоса до ОК; \Уз(р) -передаточная функция OK; W2(p) - передаточная функция для волны, отражённой от ОК и распространяющейся обратно к насосу; W4 (р)-передаточная функция участка гидролинии между ОК и распределителем; Ws(p) - передаточная функция распределителя; W7 (р) и W8 (р) - передаточные функции волн, отражённых от распределителя; W6(p) - передаточная функция участка гидролинии между распределителем и гидроцилиндрами 2; W p) -передаточная функция гидроцилиндра; Wn(p) - передаточная функция гидролинии на участке от распределителя до фильтра; Wi2(p) - передаточная функция фильтра; Wi3(p) - передаточная функция гидросистемы для волны, отражённой от поршня гидроцилиндра.
Следует отметить, что для исправного гидроцилиндра передаточная функция равна 0 (волна через гидроцилиндр при отсутствии перетечек не проходит). Исходя из предположения, что перетечки в гидроцилиндрах обычно бывают невелики, то обратной связью между фильтром, с одной стороны, и насосом, с другой, пренебрегаем. Моделирование прохождения главной гармоники через препятствия Рассмотрение прохождения волны через препятствие в общем случае является физической задачей . Однако в нашем случае на основе физических уравнений будет рассмотрен процесс прохождения волны через некоторые элементы гидросистем.
Рассмотрим гидролинию с площадью поперечного сечения Si, имеющую сплошное препятствие с отверстием площадью S2 и шириной Ъг. Сначала определим в общем виде соотношение амплитуд падающей волны в гидролинии 1 (tfj) к амплитуде волны прошедшей в щель 2 (рис. 2.1.2). В гидролинии 1 содержатся падающая и отражённая волны:
Общие положения. Цель и задачи экспериментальных исследований
Данные, полученные во второй главе, позволили сформулировать задачи экспериментальных исследований в третьей главе. Цель экспериментальных исследований: «Получение экспериментальных данных о гидродинамических процессах в РЖ в гидросистемах СДМ» Задачами экспериментальных исследований являлись: - исследование свойств РВД, находящихся под давлением, с целью изучения адекватности измеренных параметров колебаний внешних стенок РВД параметрам гидродинамических процессов в гидросистемах СДМ; - определение декремента затухания волн в РЖ, используемых в гидросистемах СДМ; - изучение спектрального состава пульсаций давления в гидросистемах СДМ, содержащих шестеренные и аксиально-поршневые насосы; - изучение свойств ударных волн, возникающих в гидросистемах СДМ при работе машин; - изучение закономерностей распространения волн в РЖ.
Расчет погрешностей измеряемых величин производился с использованием статистических методов. Аппроксимация зависимостей производилась методом регрессионного анализа, основанном на методе наименьших квадратов, в предположении, что распределение случайных погрешностей носит нормальный (Гауссовский) характер. Расчет погрешностей измерения производился по следующим соотношениям: cj = jo2s+c2R , (3.1.2.1) где систематическая погрешность JS вычислялась по следующей зависимости: г =т1 ггл+ г2о (3.1.2.2), а случайная погрешность аЛ - из теории малых выборок. В приведенной выше формуле иА- погрешность прибора; т0-случайная погрешность. Проверка соответствия опытного распределения нормальному осуществлялась с помощью критерия согласия Пирсона: nh , . , где и,. =- (p{ut) теоретические частоты, п\;- эмпирические частоты; р(и) = -=е и2 \ п - объём выборки, h - шаг (разность между двумя соседними л/2яг вариантами), ав - среднее квадратичное отклонение, и,= - Для подтверждения соответствия исследуемых выборок нормальному закону распределения использовался «критерий W», который применим для выборок небольшого объёма .
Согласно одному из следствий теоремы Тейлора, любая функция, непрерывная и дифференцируемая на некотором участке, может быть с некоторой погрешностью представлена на этом участке в виде полинома п-я степени. Порядок полинома п для экспериментальных функций можно определить методом конечных разностей [б].
Задачи экспериментальных исследований, обозначенные в начале раздела, решались в той же последовательности. Для большего удобства методику, порядок проведения и полученные результаты будем приводить для каждого эксперимента отдельно. Здесь отметим, что испытания на реальных машинах проводились в условиях гаража, то есть техника находилась в закрытом помещении, температура окружающего воздуха составляла +12-15С, и перед началом измерений насосы машин работали на холостом ходу в течение 10 минут. Сила, с которой пьезодатчик прижимался к гидролинии, -20Н. Центр датчика касался гидролинии во всех измерениях, проведённых на гидролиниях.
Необходимым условием изучения волновых процессов являются эмпирические исследования на специальных лабораторных стендах и установках. В области колебательных процессов гидросистем в настоящее время недостаточно изучены комплексные системы с объемными насосами и гидролиниями с распределенными параметрами.
Для изучения этих процессов была разработана и изготовлена лабораторная установка, представленная нарис. 3.1.
Установка состоит из вертикальной рамы (1), установленной на устойчивом основании (2), на раме смонтирован бак (3), шестеренный мотор-насос BD-4310 (USA) (4), предохранительный клапан (5), всасывающая (6) и напорная (7) магистрали, разгонный участок (8), гидроамортизатор (9), регулировочно-нагрузочный вентиль (дроссель) (10), сливную магистраль (11), датчика давления (12), манометр (13), автотрансформатор (14), понижающий трансформатор (15).
Регулируемыми параметрами стенда являются: длина разгонного участка, частота вращения электродвигателя и приводного вала шестеренного насоса, жесткость гидроамортизатора, перепад давления на регулировочно нагрузочном вентиле, настройка предохранительного клапана.
Измерительными приборами стенда являются манометр (13), фиксирующий давление в напорной магистрали, высокочастотный тензодатчик давления на разгонном участке, виброанализатор CD-12M, тахометр для замера частоты вращения вала электродвигателя.
Кроме того, в процессе экспериментов предусмотрена замена масла, с измерением его параметров (в частности вязкости), а также изменение жесткости стенок гидролиний разгонного участка. Предусмотрен вариант встраивания в гидросхему сосредоточенной упругости сильфонного типа с возможностью регулировки ее собственной частоты колебаний с помощью сменных грузов. Внутренний диаметр жёстких гидролиний - 7 мм. Материал гидролиний - сталь 20.
Диапазон регулировок стенда в сочетании со сменным оборудованием позволяет исследовать резонансные и антирезонансные процессы в напорной гидролинии, определять приведенные коэффициенты отражения волн от пневматичекого гидроамортизатора (9). Как вариант предусматривается изменение температуры рабочей жидкости, для исследования ее влияния на вязкость, упругость и скорость распространения волны.
Стенд выполнен по блочно-модульной схеме. Вертикальная часть рамы спроектирована с продольными направляющими, на которых с обеих сторон можно монтировать по всей длине различные узлы и агрегаты исследуемой гидросистемы. В частности предусмотрен монтаж резонатора сильфонного типа, соединяемого с регулирующим дросселем и сливной магистралью гибким высоконапорным шлангом с металлической оплеткой. В продольных пазах нижней части рамы предусмотрена установка различной нагнетательной и регулировочной аппаратуры.
Рекомендации по внедрению способа диагностирования в технологический процесс
Помимо спектрального состава колебаний РЖ, и как следствие, колебаний стенок гидролиний представляет интерес измерение общего уровня вибраций. Для изучения гидродинамических процессов, протекающих в гидросистемах СДМ, в частности, в гидросистемах бульдозеров на базе трактора Т-170М, было проведено измерение общего уровня вибраций в контрольных точках.
Измерения проводились виброакселерометром АР-40, сигнал с которого поступал на вход виброанализатором СД-12М. Датчик крепился на внешней поверхности стенки гидролинии с помощью металлической скобы.
При измерении общего уровня (ОУ) было замечено, что в момент окончания процесса подъема или опускания отвала (в момент остановки гидроцилиндров) амплитуда колебаний (ПИК) виброускорений стенки гидролинии резко возрастает. Это частично может быть объяснено тем, что в момент удара отвала о землю, а также в момент остановки гидроцилиндров при подъёме отвала, вибрация передаётся бульдозеру в целом, в том числе и стенкам гидролинии.
Однако одним из факторов, влияющих на величину виброускорений стенок гидролинии, может быть также гидроудар. Когда отвал бульдозера при подъёме доходит до крайнего верхнего положения (или при опускании -становится на землю), шток гидроцилиндра с поршнем также останавливаются. Рабочая жидкость, движущаяся в гидролинии, а также в штоковой полости гидроцилиндра (работающей на подъём отвала), встречает на своём пути препятствие, силы инерции РЖ давят на поршень, в штоковой полости резко возрастает давление, что ведёт к возникновению гидроудара. Кроме того, от момента, когда поршень гидроцилиндра уже остановился, и до момента, когда жидкость через предохранительный клапан пойдёт на слив (до момента срабатывания предохранительного клапана), насос продолжает нагнетать жидкость в рабочую полость, что также приводит к возрастанию давления.
При проведении исследований было определено, что амплитуда виброускорений стенки напорной гидролинии резко возрастает как на участке, непосредственно примыкающем к насосу (на расстоянии около 30 см от последнего), так и на участке, непосредственно примыкающем к гидроцилиндру. В то же время, амплитуда виброускорений в контрольных точках на корпусе бульдозера возрастала незначительно. Измерения проводились следующим образом. Бульдозер на базе трактора Т170М находился на ровном бетонном полу. Датчик последовательно закреплялся в контрольных точках: 1 - точка на напорной гидролинии (гибкая гидролиния), непосредственно примыкающей к насосу; 2 - точка на корпусе насоса (на штуцере), находящаяся на расстоянии 30 см от точки 1.
Измерения параметра ПИК производились в процессе подъёма отвала, причём первые два-три усреднения производились в состоянии холостой работы насоса, то есть, когда гидроцилиндр подъема отвала находились в состоянии покоя. При подъёме отвала и значение параметра ПИК начинало возрастать. Когда отвала доходил до крайнего верхнего положения, параметр ПИК достигал своего максимума (ЯЯ/Г-максимум). После этого, отвал фиксировался в крайнем верхнем положении, параметр ПИК падал до того значения, которое он имел в начале процесса подъёма, то есть при работе насоса вхолостую (ТЖ/Г-минимум). Интервал между смежными измерениями составлял 2,3 с.
При измерении параметра ПИК в точке 1 в диапазоне от 5 до 500 Гц (Рис. 3.7.2) по выборке из шести измерений среднеарифметическое отношение ПИК-максимума к ЯЯ/Г-минимуму (ПИКшкс/ПИКмт) составляет 2,07. При среднеквадратическом отклонении результатов о = 0,15.
Из полученных данных видно, что коэффициент кв 1,83 раза больше для точки 1, чем для точки 2. Поскольку точки 1 и 2 расположены на небольшом расстоянии друг от друга, причём точка 2 жёстче связана с корпусом насоса, чем точка 1, то можно утверждать: вибрации в точке 1 обусловлены в значительной степени пульсациями давления в рабочей жидкости. И максимум вибрации в точке 1, создаваемый в момент остановки отвала, обусловлен ударной волной, распространяющейся от гидроцилиндра к насосу. Если бы вибрация в точках 1 и 2 была обусловлена механическими колебаниями, возникающими в момент остановки отвала, то вибрация в точке 2 была бы больше.
Аналогичные результаты получены и при измерении параметра ЛИК в диапазоне частот от 10 до 1000 Гц.
Кроме того, при проведении исследований на участке напорной гидролинии, непосредственно примыкающем к гидроцилиндру было определено, что общий уровень вибраций стенки гидролинии намного больше, чем общий уровень вибраций в контрольных точках на корпусе бульдозера, раположенных, например, на небольшом расстоянии от места крепления гидроцилиндра.
Для предотвращения возникновения гидроудара рекомендуется устанавливать демпфирующие устройства на участке гидролинии, непосредственно соединённой с гидроцилиндром, поскольку процесс распространения гидроудара начинается именно от рабочей полости последнего, и затем ударная волна распространяется по всей гидросистеме, что может привести к повреждению её элементов. Рис. 3.7.2. Общий уровень вибрации в контрольной точке 1 {ПИК- 5-500 Гц) рис 3.7.3. Общий уровень вибраций в контрольной точке 2 (штуцер насоса) {ПИК- 5 - 500 Гц) Временные диаграммы пульсаций внешней поверхности стенки напорной гидролинии в процессе подъёма отвала бульдозера ДЗ-171
Значительное количество информации о динамических процессах в рабочей жидкости может принести измерения параметров её пульсаций в режиме реального времени. Измерения проводились во время подъёма отвала бульдозера от состояния покоя до крайнего верхнего положения. На рисунке 3.7.4 показан график изменения виброускорений внешней поверхности стенки участка напорной гидролинии, непосредственно примыкающего к насосу НШ-100, в зависимости от времени. Начальный участок графика (0 t 3 с) соответствует работе насоса на холостом ходу. В момент времени t = 3 с бульдозерист переключал ручку распределителя в положение "подъём". В этот момент следовало резкое увеличение амплитуды виброускорений стенки гидролинии. Причём наблюдался не единичный импульс большой амплитуды, а цикл таких импульсов. Из 32-х полученных виброграмм (на 10 разных бульдозерах указанной марки) в основном имели место 3 импульса разной амплитуды (наибольшая амплитуда - у второго). Интервал между первым и вторым импульсом был меньше по длительности, чем интервал между вторым и третьим (0,015 с против 0,026), то есть суммарная продолжительность импульса составляет 0,041 с. На графике эти импульсы сливаются в один, поскольку время между двумя соседними импульсами достаточно мало. Средняя амплитуда максимального значения виброускорений возрастала в среднем в к = 10,23 раза по сравнению со средним значением виброускорения во время работы насоса на холостом ходу. Среднеквадратичная ошибка составила ст = 1,64. На аналогичных графиках, полученных при измерении виброускорений стенки штуцера насоса, соединяющего полость высокого давления последнего с напорной магистралью, такого резкого скачка виброускорений не наблюдается (Рис. 3.7.4), что может быть объяснено жёсткостью стенок штуцера.
Косолапов, Виктор Борисович
Глава 1. Анализ существующей системы ТО и общее состояние вопроса 11 динамики рабочей жидкости
1.1. Роль и место диагностирования в системе технического 11 обслуживания гидроприводов СДМ
1.2. Общее состояние вопроса гидродинамики гидропривода СДМ
1.3. Обзор исследований по динамике гидропривода
1.3.1. Теоретические исследования
1.3.2. Экспериментальные исследования
1.4. Использование электрогидравлических аналогий при 48 исследовании волновых процессов в РЖ в гидросистемах
1.5. Обзор методов диагностирования гидропривода СДМ
1.6. Выводы по главе. Цель и задачи исследований
Глава 2. Теоретические исследования гидродинамических процессов применительно к гидросистемам СДМ 2.1. Исследование распространения главной гармоники по гидросистеме СДМ
2.1.1. Моделирование прохождения главной гармоники через 69 препятствия
2.1.2. Определение в общем виде передаточной функции 71 одноштокового гидроцилиндра двустороннего действия
2.1.3. Определение давления в гидролинии при осциллирующем возбуждении путём решения телеграфного уравнения
2.1.4. Моделирование распространения волн в гидролинии на 80 основе метода электрогидравлических аналогий 2.2. Оценка величины ударного давления в гидросистемах строительных машин на примере бульдозера ДЗ
2.3. Динамика взаимодействия пульсирующего потока РЖ и 89 стенок трубопровода
2.4. Взаимосвязь колебаний стенок гидролиний и внутреннего 93 давления рабочей жидкости
2.5. Выводы по главе
Глава 3. Экспериментальные исследования гидродинамических процессов в гидросистемах СДМ
3.1. Обоснование методики экспериментальных исследований и 105 выбор варьируемых параметров
3.1.1. Общие положения. Цель и задачи экспериментальных 105 исследований
3 Л.2. Методика обработки экспериментальных данных и оценка погрешностей измерений
3.1.3. Определение вида уравнения регрессии
3.1 А. Методика и порядок проведения экспериментальных 107 исследований
3.2. Описание оборудования и средств измерений
3.2.1. Стенд для исследований волновых процессов в 106 гидросистемах
3.2.2. Виброанализатор СД-12М
3.2.3. Датчик вибрации АР
3.2.4. Цифровой тахометр/стробоскоп «Актаком» АТТ
3.2.5. Гидравлический пресс
3.3. Исследование статической деформации рукавов высокого 113 давления, находящихся под нагрузкой
3.3.1. Исследование радиальной деформации РВД
3.3.2. Исследование осевой деформации РВД с одним 117 свободным концом
3.3.3. Определение вида уравнения регрессии Р =y(Ad)
3.4. К вопросу о характеристиках вибраций СДМ в различных областях спектра
3.5. Исследование скорости распространения волны и декремента 130 затухания одиночного импульса в жидкости МГ-15-В
3.6. Исследование характера пульсаций давления в гидросистеме 136 экскаватора ЭО-5126 по вибрациям стенок гидролиний
3.7. Гидродинамика рабочей жидкости в гидросистеме бульдозера
ДЗ-171 при подъёме отвала
3.8. Исследование зависимости амплитуды главной гармоники от 151 расстояния до дроссельной щели
4.1. Выбор диагностического параметра
4.3. Критерий наличия перетечки
4.4. Характеристика аналогов предлагаемого способа
4.5. Достоинства и недостатки предлагаемого способа
4.6. Примеры конкретного применения
4.7. Некоторые технические аспекты предлагаемого способа 173 диагностирования
4.8. Расчёт экономического эффекта от внедрения предлагаемого 175 экспресс-способа
4.9. Оценка эффективности внедрения способа экспресс- 177 диагностики
4.11. Выводы по главе 182 Выводы по работе 183 Заключение 184 Литература
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины», 05.05.04 шифр ВАК
Повышение эксплуатационной надежности гидрофицированных машин на основе оперативного управления процессами их обслуживания 2005 год, доктор технических наук Булакина, Елена Николаевна
Совершенствование эксплуатационных свойств гидравлических систем машинно-тракторных агрегатов 2002 год, кандидат технических наук Фоменко, Николай Александрович
Совершенствование способов защиты гидросистем колёсных и гусеничных машин от аварийного выброса рабочей жидкости 2014 год, кандидат технических наук Ушаков, Николай Александрович
Разработка технических средств предупреждения аварийных ситуаций в гидросистемах концевых уплотнений компрессоров 2000 год, кандидат технических наук Назик Эльамир Юсиф
Нестационарные режимы работы гидравлического привода 2001 год, кандидат технических наук Мороз, Андрей Анатольевич
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методов диагностирования гидроприводов строительно-дорожных машин на основе исследований гидродинамических процессов в гидросистемах»
Эффективность технического обслуживания строительно-дорожных машин (СДМ) в значительной мере зависит от качественного выполнения технического диагностирования машины и её гидропривода, являющегося неотъемлемой частью большинства СДМ. В последние годы в большинстве отраслей народного хозяйства происходит переход на обслуживание строительно-дорожной техники по фактическому техническому состоянию, позволяющее исключить ненужные ремонтные операции. Такой переход требует разработки и внедрения новых методов диагностирования гидроприводов СДМ.
Диагностика гидропривода часто требует проведения сборочно-разборочных работ, что сопряжено со значительными затратами времени. Сокращение времени на диагностику является одной из важных задач технического обслуживания СДМ. Решение этой задачи возможно различными путями, одним из которых является применение методов безразборной диагностики. В тоже время, одним из источников вибраций машин являются гидродинамические процессы в гидросистемах, и по параметрам вибраций можно судить о характере протекающих гидродинамических процессов и о состоянии гидропривода и отдельных его элементов.
К началу XXI века возможности вибрационной диагностики вращающегося оборудования выросли настолько, что она легла в основу мероприятий по переходу на обслуживание и ремонт многих типов оборудования, например, вентиляционного, по фактическому состоянию . В то же время для гидроприводов СДМ номенклатура обнаруживаемых по вибрации дефектов и достоверность их идентификации еще недостаточны для принятия столь ответственных решений. В частности, среди диагностических параметров гидросистемы в целом, измеряемых при номерных видах технического обслуживания строительных машин, в «Рекомендациях по организации технического обслуживания и ремонта строительных машин» МДС 12-8.2000 параметры вибрации не значатся .
В этой связи, одними из наиболее перспективных методов диагностирования гидроприводов СДМ являются безразборные вибрационные методы, основанные на анализе параметров гидродинамических процессов.
Таким образом, совершенствование методов диагностирования гидроприводов строительно-дорожных машин на основе исследований гидродинамических процессов в гидросистемах является актуальной научной и технической проблемой.
Цель диссертационной работы заключается в разработке методов диагностирования гидроприводов СДМ, основанных на анализе параметров гидродинамических процессов в гидросистемах.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
Исследовать современное состояние вопроса гидродинамики гидропривода СДМ и выяснить целесообразность учёта гидродинамических процессов для разработки новых методов диагностирования гидроприводов СДМ;
Построить и исследовать математические модели гидродинамических процессов, протекающих в гидросистемах (ГС) СДМ;
Экспериментально исследовать гидродинамические процессы, протекающие в гидросистемах СДМ;
На основании результатов проведённых исследований выработать рекомендации по совершенствованию методов диагностирования гидросистем СДМ;
Объект исследований - гидродинамические процессы в системах гидропривода СДМ.
Предмет исследований - закономерности, устанавливающие связи между параметрами гидродинамических процессов и методами диагностирования гидроприводов СДМ.
Методы исследований - анализ и обобщение существующего опыта, методы математической статистики, прикладной статистики, математического анализа, метод электрогидравлических аналогий, методы теории уравнений математической физики, экспериментальные исследования на специально созданном стенде и на реальных машинах.
Научная новизна результатов диссертационной работы:
Составлена математическая модель прохождения первой гармоники пульсаций давления, создаваемых объёмным насосом (главной гармоники), и получены общие решения системы дифференциальных уравнений, описывающей распространение главной гармоники по гидролинии;
Получены аналитические зависимости для определения внутреннего давления жидкости в РВД по деформации его многооплеточной упругой оболочки;
Получены зависимости деформации РВД от внутреннего давления;
Экспериментально получены и исследованы спектры вибраций гидрооборудования в ГС экскаватора ЭО-5126, бульдозеров ДЗ-171, самоходного стрелового крана KATO-1200S в условиях эксплуатации;
Предложен способ вибродиагностирования гидросистем СДМ, основанный на анализе параметров основной гармоники пульсаций давления, генерируемых объемным насосом;
Предложен критерий наличия перетечки в гидросистеме СДМ при использовании нового способа безразборной технической диагностики;
Обоснована возможность использования для диагностики ГС СДМ параметров гидравлических ударов, возникающих в результате задержки срабатывания предохранительных клапанов.
Практическое значение полученных результатов:
Предложен новый способ вибродиагностирования для локализации неисправностей в элементах гидропривода СДМ;
Создан лабораторный стенд для исследования гидродинамических процессов в гидросистемах;
Результаты работы используются в учебном процессе в лекционном курсе, при курсовом и дипломном проектировании, а созданные лабораторные установки используются при проведении лабораторных работ.
Личный вклад соискателя. Основные результаты получены автором лично, в частности все аналитические зависимости и методические разработки экспериментальных исследований. При создании лабораторных стендов автором предложена общая компоновка, рассчитаны основные параметры и обоснованы характеристики их основных узлов и агрегатов. В разработке способа вибродиагностики автору принадлежит идея выбора основного диагностического признака и методика его практической реализации в условиях эксплуатации. Автором лично разработаны программы и методики экспериментальных исследований, проведены исследования, обработаны и обобщены их результаты, разработаны рекомендации по проектированию ГС ОГП с учетом волновых процессов.
Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались на НТК НИИ в 2004, 2005 и 2006 гг., на VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, докторантов и молодых учёных «Наука XXI веку» МГТУ в г. Майкопе, на научно-практической конференции «Механики - XXI веку» БрГТУ в г. Братск, на 1-й «Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных» в г. Омске (СибАДИ), а также на научных семинарах кафедры «Технологические машины и оборудование» (ТМиО) Норильского индустриального института (НИИ) в 2003,2004, 2005 и 2006 гг.
На защиту выносятся:
Научное обоснование нового способа экспресс-диагностики гидросистем СДМ, основанного на анализе параметров гидродинамических процессов в ГС;
Обоснование эффективности использования предложенного способа безразборной технической диагностики;
Обоснование возможности использования параметров гидроударов для определения технического состояния гидросистем СДМ.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 12 печатных работ, подана заявка на получение патента на изобретение.
Связь темы работы с научными программами, планами и темами.
Тема разрабатывается в рамках инициативной госбюджетной темы «Повышение надёжности технологических машин и оборудования» в соответствии с планом НИР Норильского индустриального института на 2004 - 2005 гг., в которой автор участвовал в качестве исполнителя.
Реализация работы. Проведены эксплуатационные испытания экспресс-способа поиска перетечек; результаты работы приняты к внедрению в технологический процесс на предприятии МУ «Автохозяйство» г. Норильск, а также используются в учебном процессе в ГОУВПО «Норильский индустриальный институт».
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав с выводами, заключения, списка использованных источников, включающего 143 наименования и 12 приложений. Работа изложена на 219 страницах, включая 185 страниц основного текста, содержит 11 таблиц и 52 рисунка.
Заключение диссертации по теме «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины», Мельников, Роман Вячеславович
Выводы по работе
1. Обоснована необходимость учёта параметров гидродинамических процессов для разработки новых вибрационных методов диагностирования гидросистем СДМ.
2. На основании построенных математических моделей найдены уравнения распространения первой гармоники пульсаций давления, создаваемых объёмным насосом, через гидравлические сопротивления для некоторых частных случаев.
3. По результатам экспериментальных исследований обоснована возможность изучения гидродинамических процессов в РЖ по параметрам вибрации стенок РВД. Доказано, что первая гармоника пульсаций давления, создаваемых объёмным насосом, легко обнаруживает себя во всей гидросистеме СДМ. В сливной магистрали при отсутствии перетечек указанная гармоника себя не обнаруживает.
4. На основании полученных экспериментальных данных предложен новый способ поиска перетечек в гидросистемах СДМ, основанный на анализе параметров основной гармоники пульсаций давления, создаваемых насосом. Определены диагностические признаки, обусловленные возникновением гидравлических ударов в гидросистеме бульдозера ДЗ-171, при появлении которых дальнейшая эксплуатация указанной машины недопустима.
Заключение
В результате проведённых исследований был выявлен ряд закономерностей деформации РВД при изменении внутреннего давления. Выдвинута гипотеза выявленных закономерностей деформации РВД. Дальнейшие исследования в том же направлении позволят выйти на новый уровень обобщения полученных результатов и развить существующие теории деформации РВД.
Исследование явления гидроудара, возникающего в гидросистемах СДМ, может быть продолжено на разных типах машин. При этом важными являются следующие вопросы: в каких СДМ гидроудары приводят к наибольшему снижению показателей надёжности; возможна ли разработка критериев подобия, позволяющих распространять результаты, полученные при исследованиях машин меньшей мощности на машины того же типа, но более мощные; вероятно, что при дальнейших исследованиях удастся предложить критерии подобия, позволяющих распространить результаты исследований гидроудара в гидросистемах одного типа, на гидросистемы другого типа (например, в гидросистемах бульдозеров на гидросистемы экскаваторов). Важным является также вопрос о том, в гидросистемах каких машин гидроудар возникает наиболее часто, а также вопрос о том, в каких машинах ударное давление достигает наибольших величин.
Для прогнозирования величины забросов давления при гидроударах важно знать получить зависимость амплитуды гидроударов от времени эксплуатации машины P=f(t). Чтобы количественно оценить влияние возникающих гидроударов на показатели эксплуатации необходимо знать среднюю наработку до отказов, возникающих вследствие этой причины. Для этого необходимо знать закон распределения забросов давления при ГУ.
При исследовании ударных волн, возникающих в рабочей жидкости в гидросистемах СДМ, было определено, что одной из причин является постепенное засорение клапанов. При дальнейших исследованиях было бы целесообразным определить скорость, с которой происходит накопление указанных отложений на поверхностях клапанов и регулирующей аппаратуры. По результатам этих исследований можно выработать рекомендации о частоте промывке клапанов при проведении 111 IF.
Необходимые исследования зоны турбулентности в ГС (существование которой было обнаружено при исследованиях машин, содержащих шестерённый насос, и описано в разделе 3.4) потребуют дать объяснение существование этой зоны. Возможна разработка способа диагностики, основанного на оценке показателей амплитуды гармоник, находящихся в зоне турбулентности, и позволяющего определить общий уровень износа гидрооборудования.
Развитие способа диагностики, основанного на анализе главной гармоники (глава 4), позволит выявить закономерности прохождения главной гармоники через различные виды гидрооборудования, определить передаточные функции для разных видов гидрооборудования и предложить методику построения таких передаточных функций. Возможно создание специализированных приборов, предназначенных специально для реализации данного способа диагностики, и являющихся более дешёвыми, чем использовавшийся при проведении исследований универсальный виброанализатор СД-12М. Также в будущем возможно экспериментальное определение параметров, по которым следует производить диагностику перетечек предложенным способом. К таким параметрам относятся математическое ожидание амплитуды вибрационного фона и СКО данной величины.
Переход на более высокий уровень обобщения при использовании способа электрогидравлических аналогий можно совершить, если смоделировать распространение волн в гидролинии не на основании электрических моделей, таких как длинные линии, а на основании фундаментальных законов - уравнений Максвелла.
Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мельников, Роман Вячеславович, 2007 год
1. Абрамов С.И., Харазов A.M., Соколов А.В. Техническая диагностика одноковшовых экскаваторов с гидроприводом. М., Стройиздат, 1978. - 99 с.
2. Аксиально-поршневая гидромашина: А.с. 561002 СССР: МКИ F 04 В 1/24
3. Алексеева Т.В., Артемьев К.А. и др. Дорожные машины, ч. 1. Машины для земляных работ. М., «Машиностроение», 1972. 504 с.
4. Алексеева Т.В., Бабанская В.Д., Башта Т.М. и др. Техническая диагностика гидравлических приводов. М.: Машиностроение. 1989. 263 с.
5. Алексеева Т.В. Гидропривод и гидроавтоматика землеройно-транспортных машин. М., „Машиностроение", 1966. 140 с.
6. Алифанов А. Л., Диев А. Е. Надёжность строительных машин: Учебное пособие / Норильский индустр. институт. Норильск, 1992.
7. Аксиально-поршневой регулируемый гидропривод. / Под ред. В.Н. Прокофьева. М.: Машиностроение, 1969. - 496 с.
8. Аронзон Н.З., Козлов В.А., Козобков А.А. Применение электрического моделирования для расчета компрессорных станций. М.: Недра, 1969. - 178 с.
9. Баранов В.Н., Захаров Ю.Е. Автоколебания гидросервомотора с зазором в жесткой обратной связи // Изв. высш. учебн. завед. СССР. Машиностроение. 1960. -№12. - С. 55-71.
10. Баранов В.Н., Захаров Ю.Е. О вынужденных колебаниях поршневого гидросервомотора без обратной связи // Сб. тр. МВТУ им. Н.Э. Баумана. -1961. -вып. 104. С. 67 - 77.
11. Баранов З.Н., Захаров Ю. Е. Электрогидравлические и гидравлические вибрационные механизмы. -М.: Машиностроение, 1977. -325 с.
12. Барков А.В., Баркова Н.А. Вибрационная диагностика машин и оборудования. Анализ вибрации: Учебное пособие. СПб.: Изд. центр СПбГМТУ, 2004.- 152с.
13. Барков В.А., Баркова Н.А., Федорищев В.В. Вибрационная диагностика колёсно-редукторных блоков на железнодорожном транспорте. СПб.: Изд. центр СПбГМТУ, 2002. 100 с, ил.
14. Башта Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов. Издание 4-е, переработанное и дополненное. Изд-во «Машиностроение», Москва, 1967.
15. Башта Т.М. Гидравлические следящие приводы. -М.: Машиностроение, 1960.-289 с.
16. Башта Т. М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. М.: Машиностроение, 1974. 606 с.
17. Бельских В.И. Справочник по техническому обслуживанию и диагностированию тракторов. М.: Россельхозиздат, 1986. - 399 с.
18. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Лекции и упражнения. Часть вторая. Издание второе. Государственное энергетическое издательство. Москва, 1960. 368 с.
19. Борисова К. А. Теория и расчет переходных процессов следящего гидропривода с дроссельным регулированием с учетом нелинейности дроссельной характеристики //Тр. МАИ. -М., 1956. С. 55 - 66.
20. Лебедев О. В., Хромова Г. А. Исследование влияния пульсаций давления потока рабочей жидкости на надёжность рукавов высокого давления мобильных машин. Ташкент: «Фан» УзССР, 1990. 44 с.
21. Вейнгаартен Ф. Аксиально-поршневые насосы. «Гидравлика и пневматика», №15, стр. 10-14.
22. Вен Чень-Кус. Передача энергии в гидросистемах с помощью пульсирующего потока // Тр. амер. об-ва инж.-мех. Сер. Теоретические основы инженерных расчетов. 1966. - №3 - С. 34 - 41.
23. Латыпов Ш.Ш. Метод и средство диагностирования рукавов высокого давления гидроприводов машин сельскохозяйственного назначения: Дис. . канд. техн. наук: 05.20.03 -М.: РГБ, 1990.
24. Виноградов О. В. Обоснование параметров и разработка гидравлического виброобрудования для подачи и уплотнения бетона при сооружении буронабивных свай: Дис. канд. техн. наук: 05.05.04 -М.: РГБ, 2005.
25. Владиславлев А.П. Электрическое моделирование динамических систем с распределенными параметрами. М.: Энергия, 1969.- 178 с.
26. Волков А.А., Грачева С.М. Расчет автоколебаний гидравлического механизма с зазором в жесткой обратной связи // Изв. вузов. Машиностроение. 1983. - № 7. - С. 60-63.
27. Волков Д.П., Николаев С.Н. Повышение качества строительных машин. -М.: Стройиздат, 1984.
28. Волосов В.М., Моргунов Б.И. Метод осреднения в теории нелинейных колебательных систем. М.: Изд. МГУ, 1971. - 508 с.
29. Воскобойников М. С., Корисов Р. А. О диагностике внутренней герметичности агрегатов акустическим методом // Труды РКИИГА.-1973.- Вып. 253.
30. Воскресенский В.В., Кабанов А.Н. Моделирование гидропривода дроссельного регулирования на ЦВМ. // Машиноведение. 1983. - № 6. - С. 311.
31. Гамынин Н.С. и др. Гидравлический следящий привод / Гамынин Н.С., Каменир Я.А., Коробочкин Б.Л.; Под ред. В.А. Лещенко. М.: Машиностроение, 1968. - 563 с.
32. Гаситель колебаний жидкости для насосов и гидросистем: А.с. 2090796 Россия, 6 F 16 L 55/04./Артюхов А.В.; Кныш О.В.; Шахматов Е.В.; Шестаков Г.В. (Россия). № 94031242/06; Заявлено 1994.08.25; Опубл. 1997.09.27.
33. Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. М.: Машиностроение, 1987.
34. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы. / Башта Т.М., Руднев С. С., Некрасов В. В. и др. М.: Машиностроение. 1982. 423с.
35. Гидроупругие колебания и методы их устранения в закрытых трубопроводах. Сб. трудов под ред. Низамова Х.Н. Красноярск, 1983.
36. Гийон М. Исследование и расчет гидравлических систем. Пер. с франц; Под ред. Л.Г. Подвидза. - М.: Машиностроение, 1964. - 388 с.
37. Гладких П.А., Хачатурян С.А. Предупреждение и устранение колебаний нагнетательных установок. М.: «Машиностроение», 1984.
38. Гликман Б.Ф. Математические модели пневмо-гидравлических систем.-М.: Наука, 1986.-366 с.
39. Данко П.Е., Попов А.Г., Кожевникова Т.Я. Высшая математика в упражнениях и задачах. В 2-х ч. Ч. И: Учеб. пособие для втузов. 5-е изд., испр. -М.: Высш. шк., 1999.
40. Демпфер пульсаций давления: А.с. 2084750 Россия, 6 F 16 L 55/04./ Портяной Г.А.; Сорокин Г.А. (Россия). № 94044060/06; Заявлено 1994.12.15; Опубл. 1997.07.20.
41. Динамика гидропривода // Б.Д. Садовский, В.Н. Прокофьев. В. К. Кутузов, А.Ф. Щеглов, Я. В. Вольфсон. Под ред. В.Н. Прокофьева. М.: Машиностроение, 1972. 292с.
42. Дудков Ю.Н. Управление переходными процессами и форсирование режима разгона поворотной платформы экскаваторов (на примере ЭО-4121А, ЭО-4124). Автореферат дисс.канд. техн. наук. Омск 1985.
43. Жавнер B.JL, Крамской З.И. Погрузочные манипуляторы. -JI.: Машиностроение, 1975. 159 с.
44. Жуковский Н.Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах. -М.: ГИТТЛ, 1949.- 192 с.
45. Залманзон Л.А. Теория элементов пневмоники. -М.: Наука,1969.- 177 с.
46. Зорин В. А. Основы работоспособности технических систем: Учебник для вузов/ В.А. Зорин. М.: ООО «Магистр-пресс», 2005. 356 с.
47. Исаакович М.А. Общая акустика. М.: Наука, 1973
48. Исмаилов Ш.Ю. и др. Экспериментальные исследования двигателя малой мощности / Исмаилов Ш. Ю., Смоляров A.M., Левкоев Б.И. // Изв. вузов. Приборостроение, № 3. - С. 45 - 49.
49. Карлов Н.В., Кириченко Н.А. Колебания, волны, структуры. М.: Физматлит, 2003. - 496 с.
50. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. «Наука», главная редакция физ.-мат. литературы, 1970 г.
51. Кац A.M. Автоматическое регулирование скорости двигателей внутреннего сгорания. М.-Л.: Машгиз, 1956. -312 с.
52. Кобринский А.Е., Степаненко Ю.А. Виброударные режимы в системах управления//Сб. тр. Механика машин / М.: Наука, 1969. Вып. 17-18. - С. 96-114.
53. Коловский М.З., Слоущ А.В. Основы динамики промышленных роботов. М.: Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, 1988. - 240 с.
54. Комаров А.А. Надёжность гидравлических систем. М., «Машиностроение», 1969.
55. Коробочкин Б.Л. Динамика гидравлических систем станков. М.: Машиностроение, 1976. - 240 с.
56. Котельников В.А., Хохлов В.А. Электрогидравлическое преобразующее устройство к электронным интеграторам постоянного тока // Автоматика и телемеханика. 1960. -№11. - С. 1536-1538.
57. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учеб. пособ.: для вузов. В 10 т. Т. VI Гидродинамика. 5-е изд., испр. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. -736 с.
58. Левитский Н.И. Расчет управляющих устройств для торможения гидроприводов. М.: Машиностроение, 1971. - 232 с.
59. Левитский Н.И, Цуханова Е.А. Расчет управляющих гидроустройств промышленных роботов // Станки и инструмент. 1987, - № 7. - С. 27-28.
60. Летов A.M. Устойчивость нелинейных регулируемых систем. -М.: Госгортехиздат, 1962. 312 с.
61. Лещенко В.А. Гидравлические следящие приводы для автоматизации станков. М.: Гос. Науч.- тех. изд-во машиностроительной лит-ры, 1962. -368 с.
62. Литвинов Е.Я., Чернавский В.А. Разработка математической модели дискретного гидропривода для промышленных роботов // Пневматика и гидравлика: привода и системе управления. 1987. - Т. 1. - № 13. - С. 71 - 79.
63. Литвин-Седой М.З. Гидравлический привод в системах автоматики. -М.: Машгиз, 1956.- 312 с.
64. Лурье З.Я., Жерняк А. И., Саенко В.П. Многокритериальное проектирование шестерённых насосов с внутренним зацеплением // Вестник машиностроения. №3,1996.
65. Льюис Э., Стерн X. Гидравлические системы управления. М.: Мир, 1966. -407 с.
66. Любельский В. И., Писарев А. Г. Микропроцессорные приборы для диагностирования приводов строительно-дорожных и путевых машин// «Строительные и дорожные машины», № 2,2004. С.35-36.
67. Любельский В.И., Писарев А.Г. ."Система диагностирования гидропривода" Патент России № 2187723
68. Любельский В.И., Писарев А.Г. Приборы ультразвукового контроля приводов строительных и дорожных машиностроительные и дорожные машины №5,1999, стр. 28-29.
69. Майгарин Б. Ж. Устойчивость регулируемых систем с учетом внешней нагрузки гидравлического механизма // Автоматика и телемеханика. 1963. - № 5. - С. 599-607.
70. Макаров Р. А., Гаспорян Ю.А. Диагностирование технического состояния узлов экскаваторов виброакустическим методом/// Строительные и дорожные машины.-1972.-№ 11.-С. 36-37.
71. Макаров Р.А., Соколов А. В., Диагностика строительных машин. М: Стройиздат, 1984. 335 с.
72. Максименко А.Н. Эксплуатация строительных и дорожных машин: Учеб. пособие. СПб.: БХВ - Петербург, 2006. - 400 с.
73. Малиновский Е.Ю. и др. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин / Е.Ю. Малиновский, Л. Б. Зарецкий, Ю.Г. Беренгард; Под ред. Е.Ю. Малиновского; М.: Машиностроение, 1980. - 216 с.
74. Мальцева Н.А. Совершенствование технического обслуживания гидропривода строительно-дорожных машин применением средств безразборной технической диагностики. Дис. канд. техн. наук. Омск, 1980. - 148 с.
75. Матвеев И.Б. Гидропривод машин ударного и вибрационного действия. М., «Машиностроение», 1974,184 с.
76. Малютин В.В. и др. Особенности расчета электрогидравлических систем промышленных роботов / В.В. Малютин, А. А. Челышев, В. Д. Яковлев // Управление робото-техническими системами и их очувствление. М.: Наука, 1983.
77. Машиностроительный гидропривод / JI.A. Кондаков, Г.А. Никитин, В.Н. Прокофьев и др. Под ред. В.Н. Прокофьева. М.: Машиностроение. 1978 -495 с.
78. Крауинып П. Я. Динамика вибромеханизма на упругих оболочках с гидрообъёмным приводом. Дис. . д-ра. техн. наук, по спец. 01.02.06 Томск, 1995.
79. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. В 2 ч. Ч 1,2. М.: Наука, 1987.-484 с.
80. Тарко JI.M. Переходные процессы в гидравлических механизмах. М., «Машиногстроение», 1973. 168 с.
81. Оксененко А. Я., Жерняк А. И., Лурье 3. Я., д-р техн. наук, Харченко В. П. (ВНИИгидропрнвод, Харьков). Анализ частотных свойств подачи клапанного гидронасоса с фазовым регулированием. «Вестник машиностроения», №4,1993.
82. Осипов А.Ф. Объёмные гидравлические машины. М.: Машиностроение, 1966. 160с.
83. Отдельные разделы гидропривода мобильных машин: Учеб. пособие/ Т.В. Алексеева, В.П. Воловиков, Н.С. Галдин, Э.Б. Шерман; ОмПИ. Омск, 1989. -69 с.
84. Пасынков P.M. Колебания цилиндрового блока аксиально-поршневого насоса // Вестник машиностроения. 1974. № 9. С. 15-19.
85. Пасынков P.M. Снижение неравномерности подачи аксиально-поршневых гидромашин. // Вестник машиностроения. 1995. № 6.
86. Петров В.В., Уланов Г.М. Исследование жесткой и скоростной обратных связей для подавления автоколебаний двухкаскадного сервомеханизма с релейным управлением // Автоматика и телемеханика. -1952. Ч. I. - № 2. - С. 121 - 133. Ч. 2. - № 6. - С. 744 - 746.
87. Планирование и организация измерительного эксперимента / Е. Т. Володарский, Б. Н. Малиновский, Ю. М. Туз К.: Вища шк. Головне изд-во, 1987.
88. Попов А.А. Разработка математической модели гидравлического привода промышленного робота // Вестник машиностроения. 1982. - № 6.
89. Попов Д.Н. Нестационарные гидромеханические процессы,- М.: Машиностроение, 1982.-239с.
90. Портнов-Соколов Ю.П. О движении гидравлического поршневого исполнительного механизма при типовых нагрузках на него // Сб. работ по автоматике и телемеханике. Под ред. В.Н. Петрова. Изд-во АН СССР, 1953. - С. 18-29.
91. Посохин Г.Н. Дискретное управление электрогидравлическим приводом. М.: Энергия, 1975. - 89 с.
92. Прокофьев В.Н. и др. Машиностроительный гидропривод / В.Н. Прокофьев, JI.A. Кондаков, Г.А. Никитин; Под ред. В.Н. Прокофьева. М.: Машиностроение, 1978. - 495 с.
93. Рего К.Г. Метрологическая обработка результатов технических измерений: Справ, пособие. К.: Технжа, 1987. - 128 с. ил.
95. Рютов Д.Д. Аналог затухания Ландау в задаче о распространении звуковой волны в жидкости с пузырьками газа. Письма в ЖЭТФ, том 22, вып. 9, стр. 446-449. 5 ноября 1975 года.
96. Системы диагностирования гидроприводов экскаваторов: Обзор/Багин С. Б. Серия 1 «Строительно-дорожные машины». М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1989, вып. 4.
97. Ситников Б.Т., Матвеев И.Б. Расчёт и исследование предохранительных и переливных клапанов. М., «Машиностроение», 1971. 129 с.
98. Справочник по прикладной статистике. В 2-х т. Т.1: Пер. с англ./под ред. Э Ллойда, У. Ледермана, Ю. Н. Тюрина. М.: Финансы и статистика, 1989.
99. Справочник по физике для инженеров и студентов втузов/ Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. М., 1974, 944 с.
100. Справочник по эксплуатации машинно-тракторного парка / В.Ю. Ильченко, П.И. Карасёв, А. С. Лимонт и др. К.: Урожай, 1987. - 368 с.
101. Строительные машины. Справочник, часть 1. Под общей ред. В.А. Баумана и Ф.А. Лапира. М., Машиностроение, 1976, 502 с.
102. Тарасов В.Н., Бояркина И.В., Коваленко М.В. и др. Теория удара в строительстве и машиностроении. М.: Научное издание, Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. - 336 с.
103. Техническая диагностика. Диагностирование автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных, строительных и дорожных машин: ГОСТ 25044-81. Утв. постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 16.12.1981. N 5440. Дата введения 01.01.1983 г.
104. Технические средства диагностирования: Справочник/В.В. Клюев, П.П. Пархоменко, В.Е. Абрамчук и др.; под общ. Ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1989.-672 с.
105. Устройство для защиты от гидравлического удара: А.с. 2134834 Россия, 6 F 16 L 55/045./ Седых Н.А.; Дудко В.В. (Россия). № 98110544/06; Заявлено 1998.05.26; Опубл. 1999.08.20.
106. Федорченко Н. П., Колосов С. В. Методика определения коэффициента полезного действия объёмных гидронасосов термодинамическим методом В кн.: Гидропривод и система управления строительных, тяговых и дорожных машин. Омск, 1980.
107. Фезандье Ж. Гидравлические механизмы. Пер. с франц. М.: Оборонгиз, 1960. - 191 с.
108. Фоменко В.Н. Разработка систем защиты гидроприводов механизмов навески тяговых и специальных транспортных машин. / Диссертация на соискание уч. ст. к.т.н. Волгоград, 2000.
109. Хачатурян С.А. Волновые процессы в компрессорных установках. М.: Машиностроение, 1983.- 265 с.
110. Хохлов В.А. Анализ движения нагруженного гидравлического механизма с обратной связью // Автоматика и телемеханика. 1957. - № 9. -С. 773 - 780.
111. Хохлов В.А. и др. Электрогидравлические следящие системы / Хохлов В.А., Прокофьев В.Н., Борисов Н.А. и др.; Под ред. В.А. Хохлова. -М.: Машиностроение, 1971. 431 с.
112. Цыпкин Я. 3. О связи между эквивалентным коэффициентом усилия и его характеристикой//Автоматика и телемеханика. 1956. - Т. 17. - № 4. - С. 343 - 346.
113. Чуркин В. М. Реакция на ступенчатое входное воздействие дроссельного исполнительного механизма с инерционной нагрузкой при учете сжимаемости жидкости // Автоматика и телемеханика. 1965. - № 9. - С. 1625 - 1630.
114. Чуркина Т. Н. К расчету частотных характеристик гидравлического дроссельного исполнительного механизма, нагруженного инерционной массой и позиционной силой // Проектирование механизмов и динамика машин: Сб. тр.ВЗМИ, М., 1982.
115. Шаргаев А. Т. Определение вынужденных колебаний пневмогидроприводов промышленных роботов // Системы управления станками и автоматические линии: Сб. тр. ВЗМИ, М., 1983. С. 112-115.
116. Шаргаев А. Т. Определение собственных колебаний пневмогидроприводов промышленных роботов // Системы управления станками и автоматические линии: Сб. тр. ВЗМИ, М., 1982. С. 83 - 86.
117. Шолом А. М., Макаров Р.А. Средства контроля объёмных гидроприводов термодинамическим методом//Строительные и дорожные машины. -1981-№ 1.-е. 24-26.
118. Эксплуатация дорожных машин: Учебник для вузов по специальности «Строительные и дорожные машины и оборудование»/А.М. Шейнин, Б.И. Филиппов и др. М.: Машиностроение, 1980. - 336 с.
119. Эрнст В. Гидропривод и его промышленное применение. М.: Машгиз, 1963.492 с.
120. Кандов JL, Йончева Н., Горцев С. Методика за аналитично изследоване на сложни механизми, задвижвани с хидроцилиндри // Машиностроене, 1987.- Т. 36.- № 6.- С. 249-251. Болг.
121. Backe W., Kleinbreuer W. Kavitation und Kavitationserosion in hydraulischen Systemen//Kounstrukteuer. 1981, v. 12. № 4. S. 32-46.
122. Backe W. Schwingngserscheinunger bei Druckregtlungen Olhydraulik und Pneumatik. 1981, v. 25. № 12. S. 911 - 914.
123. Butter R. A Theoretical analysis of the response of a loaded hydraulic relay // Proc. Inst. Mech. Eng rs. 1959. - V. 173. - № 16. - P. 62 - 69 - Англ.
124. Castelain I. V., Bernier D. A new program based on the hyper complex theory for automatic generation of the differential model of robot manipulators // Mech. and Mach. Theory. 1990. - 25. - № 1. - P. 69 - 83. - Англ.
125. Doebelin E. System Modeling and Response.- Ohio: Bell & Howell Company, 1972.- 285p.
126. Doebelin E. System Modeling and Response, Theoretical and Experimental Approaches.- New York: John Wiley & Sons,- 1980.-320p.
127. Dorf R., Bishop R. Modern Control Systems. Seventh Edition.-Massachusetts: Addison-Wesley Publishing Company, 1995.- 383p.
128. Dorny C. Understanding Dynamic Systems.- New Jersey: Prentice-Hall, 1993.-226p.
129. Herzog W. Berechnung des Ubertrgugsverhaltens von Flussgkeitssballdampdern in Hydrosystemen. Olhydraulik und Pneumatik. 1976, №8. S. 515-521.
130. Inigo Rafael M., Norton lames S. Simulation of the Dynamics of an Industrial Robot // IEEE Trans. Educ. 1991. - 34. - № 1. - P. 89 - 99. Англ.
131. Lin Shir Kuan. Dynamics of the manipulator with closed chains // IEEE Trans. Rob. and Autom. - 1990. - 6. - № 4. - P. 496 - 501. - Англ.
132. Moore B.C. Estimations of resonates frequency of hydraulic actuators // Prod. Eng. 1958. - v. 29. - № 37. - P. 15 - 21. - Англ.
133. Moore B.C. How to estimate with resonates frequency of hydraulic actuators // Control Eng. 1957. - № 7. - P. 73 - 74. - Англ.136. 95. O"Brien Donald G. Hydraulic stepping motors // Electro - Technology. - 1962. - v. 29. - № 4. - P. 91 - 93. - Англ.
134. Pietrabissa R., Mantero S. A lumped parameter model to evaluate the fluid dynamics of different coronary bypasses // Med. Eng. Phys.-1996.- Vol. 18, № 6, P. 477-484.
135. Rao B.V. Ramamurti V., Siddhanty M.N. Performance of a hydraulic vibration machine // Inst. Eng. (India) Mech. Eng. 1970. - v. 51. - № 1. - P. 29 - 32. -Англ.
136. Rosenbaum H.M. Fluides a general review // Marconi Rev.- 1970.-№179.
137. Royle I.K. Inherent non linear effects in hydraulic control systems with inertia loading // Proc. Inst. Mech. Eng. - 1959. - v. 173. - № 9. - P. 37 - 41. - Англ.
138. Sanroku Sato, Kunio Kobayashi. Signal Transfer Caracteristics for Spool Valve Controlled Hydraulic Servomotor // Journal of the Japan hydraulic and pneumatics society. 1982. - 7. - v. 13. -№ 4. - P. 263 - 268. - Англ.
139. Theissen H. Volumenstrompulsation von Kolbenpumpen // Olhydraulik und Pneumatik. 1980. № 8. S. 588 591.
140. Turnbull D.E. The response of a loaded hydraulic servomechanism // Proc. Inst. Mech. Eng rs. 1959. - v.l 73. - № 9. - P. 52 - 57. - Англ.
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.
У гидравлических экскаваторов очень широкая сфера применения
- В сравнении с другими машинами, такими как бульдозер или погрузчик, экскаватор может выполнять большой диапазон работ, находясь в одной точке;
- Возможность поворачиваться на 3600 позволяет экскаватору легко работать на ограниченном пространстве;
- Большая мощность капания позволяет экскаватору аккуратно капать, рыть траншеи и сформировывать основания;
- Так как работа происходит практически без перемещения машины – износ ходовой части минимален;
- Легкая смена рабочего оборудования позволяет использовать экскаватор для выполнения различных задач.
Использование
- Перемещение грунта
- Планирование
- Рыхление
- Погрузка
- Планировка
Рабочее оборудование экскаватора похоже на руку человека и выполняет похожую функцию
При замене ковша на другое рабочее оборудование можно выполнять другую разичную работу, такую как захват грейфером или долбление
Классификация экскаваторов
Сегодня в основном используются гусеничные экскаваторы, так как у них большая площадь опоры и высокая устойчивость
Достоинства гусеничных экскаваторов
- Высокая устойчивость
- Возможность работы на мягком и неровном грунте
Большая площадь опоры обеспечивает большую устойчивость. Это дает возможность легко работать на мягком или неровном грунте
Недостатки гусеничных экскаваторов
- Медленная скорость перемещения и мобильность
- Повреждение поверхности дороги
Низкая транспортная скорость. Если машина оборудована стальными гусеницами, то при движении происходит повреждение поверхности дороги
Экскаватор можно разделить на 3 части: рабочее оборудование, верхнюю и нижнюю части
Основу верхней части составляет рама поворотной платформы
Система поворота состоит из:
- Гидромотора поворота (поворачивает платформу)
- Редуктор поворота (увеличивает усилие гидромотора и снижает скорость поворота)
- Поворотный круг (соединяет платформу с гусеничной тележкой)
- Центральное поворотное звено (передает поток масла к нижней части)
Поворотный круг состоит из двух колец, внешнего и внутреннего. Внутреннее кольцо прочно прикреплено к раме гусеничной тележки а внешнее кольцо – к раме поворотной платформы. Поворотный круг является звеном, передающим нагрузку поворотной платформы с рабочим оборудованием на ходовую часть для обеспечения устойчивости.
Поворотное звено состоит из корпуса (статора) и ротора
Ротор крепится к гусеничной тележке. Корпус крепится к поворотной платформе и поворачивается вместе с ней
Масло от контрольного клапана попадает в корпус звена и по кольцевым каналам проходит в каналы ротора. Выходя из каналов ротора по шлангам масло попадает к гидромоторам.
Нижняя часть состоит из большого количества разных элементов, которые крепятся к стальной раме, называемой рамой гусеничной тележки
Гидравлическая силовая линия экскаватора
Во время работы оператор может одновременно выполнять несколько операций, таких как перемещение стрелы, рукояти, ковша, поворот одновременно. При этом одновременно работают несколько секций контрольного клапана.
Ходовая часть гидравлического экскаватора существенно отличается от бульдозера или погрузчика, в которых мощность передается механически при помощи гидротрансформатора и шестерен
Так же как сердце качает кровь, гидронасос экскаватора качает масло для работы гидроцилиндров
Для выдвежения рукояти масло должно подаваться в штоковую полость
Для складывания рукояти масло должно подаваться в бесштоковую полость
Главный переливной клапан
Главный переливной клапан держит давление не превышающее определенного значения за счет перелива излишков масла в бак. Когда при перемещении поршень доходит до края цилиндра, то он останавливается. Так как масло продолжает поступать, до давление в системе начинает возрастать, что приведет к разрыву шлангов. Главный переливной клапан в системе предупреждает повышение давления до критического уровня путем перелива лишнего объема масла в бак. Главный переливной клапан находится между контрольным клапаном и гидронасосом.
Предохранительный клапан
Предохранительный клапан служит для сброса масла в бак, если давление в система превысит кретическое значение. Если на стрелу упадет обломок породы, а контрольный клапан будет находится в нейтральном положении, то давление в цилиндре сразу возрастет и приведет к разрыву шлангов. Для предотвращения повышения давления выше определенного уровня в системе стоит предохранительный клапан. Этот клапан находится после распределительного клапана перед гидроцилиндрами.
Классификация гидронасосов
Сравнение поршневых и шестеренчатых гидронасосов
Номер модели
PC 200 XX - 7 , где
PC - Код продукта.
200 - Код размера [Число, примерно в 10 раз больше чем эксплуатационная масса (в тоннах), но иногда отражается номер машины, родственной данной модели]
XX - Дополнительный код модели [Обозначается одной или двумя буквами LC: Удлиненная база]
7 - Модификация [Отображает историю модели (номера 4, 9 и 13 пропущены)]
Классификация гидравлических экскаваторов по типоразмеру
Маленькие: менее 20 тон
Средние: 20-59 тон
Тяжелые: 60 и более
Емкость ковша
Емкость «с шапкой» = Геометрическая емкость + Объем шапки
Стандарты ковшей
Угол естественного откоса 1: 1
Угол естественного откоса 1: 2
ISO: Международная организация по стандартам ISO7451 и ISO7546
JIS: Японский индустриальный стандарт JIS A8401-1976
PCSA: Ассоциация по кранам и экскаватором (США) PCSA No.37-26
SAE: Ассоциация Авто Инженеров (США) SAE J296/J742b
CECE: Европейское общество строительной техники CECE SECTION V1
Давление на грунт
Давление на грунт (кг/м 2) = Экскаваторная масса / Площадь опорной поверхности
Давление на грунт экскаватора среднего класса не многим больше давления на грунт стоящего человека
Если человек может идти по грунту, то экскаватор среднего класса сможет там работать
Пример использования рабочего оборудования
1. Мягкий грунт (широкие башмаки)
Для работы на мягком, например, болотном грунте, для снижения давления на грунт используются широкие башмаки
2. Смещаемая ось капания (offset boom)
Если машина не стоять по центру копаемого объекта из-за различных препятствий с боков, работы проводятся экскаватором со смещаемой рукоятью. Такой способ используется для рытья траншей (смещаемая рукоять не меняет направление оси копания, а смещает ее в сторону относительно центра машины)
3. Большой радиус действия (сверхдлинное оборудование)
При использовании сверхдлинного рабочего оборудование позволяет проводить работы в местах, где машина не может работать с обычным оборудованием. Углубление рек, болот и прочее. Также можно выполнять планировку длинных склонов
4. Планировка откосов (планировочный ковш)
Планировка откосов рек, дорог и прочих объектов может легко выполняться специальным ковшом с плоским дном.
5. Дробление (гидромолот)
При использовании гидромолота,большие осколки породы после взрыва могут быть измельчены. Можно также разрушать бетонные дроги и здания
6. Утилизация автомобилей (гидроножницы)
При использовании специальных гидроножниц можно разбирать автомобили на части. Эти ноэницы могут захватывать маленькие части и сортировывать части для переработки
7. Снос зданий (ножницы и гидромолоты)
Машина оснащена сверхдлинным рабочим оборудованием и может выполнять работы по сносу зданий. При применении гидроножниц можно также резать стальной каркас и силовые элементы конструкций.
8. Лесозаготовки (пилы и захваты)
Экскаваторы используются при заготовительных работах. Захваты с пилами могут брать все подарят, включая поваленные деревья, удалять ветви и распиливать бревна. Захваты используются для погрузочных работ.
История гидравлических экскаваторов