СТЕНД И МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОСИСТЕМ ПО АНАЛОГУ ПОСЛЕ РЕМОНТА

Испытание элементов гидросистем машин коммунального назначения (МКН), в силу мобильного характера их работы и высоких требований к их технической готовности предлагается выполнять с использованием несложного испытательного стенда (рисунок 1) и сочетания таких методов, как термодинамический метод [1] и метод подобия функционирования технических систем [2].

Испытательный стенд состоит из бака 1, датчиков давления 2, диагностируемого насоса 3, электродвигателя привода диагностируемого насоса 4, тахогенератора 5, виброметра 6, датчиков температуры 7, насоса стенда 8, электродвигателя привода насоса стенда 9, обратных клапанов 10, предохранительного клапана 11, масляного фильтра 12, регулятора расхода 13, гидротестера 14, гидрораспределителя 15, гидромоторов 16.

В процессе выполнения испытательных работ параметры диагностируемого насоса 3 можно сравнивать с параметрами насоса стенда 8 (аналога насоса 3) и делать заключение о его техническом состоянии, а в две параллельные гидролинии стенда включать различные элементы гидросистем машин коммунального назначения (гидромоторы 16, гидроцилиндры, клапаны предохранительные, обратные, редукционные и др., гидрораспределители, регуляторы расхода и.т.д.).

Рис. 1– Принципиальная схема стенда для диагностики элементов

гидросистем машин коммунального назначения

Термодинамический метод исследования позволяет проводить экспресс-диагностику гидросистем МКН непосредственно в процессе работы машин с использованием широко доступных в настоящее время переносных пирометров, например фирмы Fluke. Второй метод позволяет выполнять поиск неисправностей гидросистем МКН на стенде без разборки элементов в стационарных условиях, а, в сочетании с термодинамическим методом, без их демонтажа с машины.

На стенде можно определять не только структурные параметры (зазоры в сопряжениях, жесткость пружин и т.д.), но и функциональные параметры, характеризующие работоспособность элементов (величину утечек или к. п. д., давление срабатывания, статические характеристики и т.д.) Величина зазора, например, в сопряжении корпус-золотник гидрораспределителя определяется по критериальной зависимости (1)

(1)

где: π₁ – критерий подобия; Р – перепад давления на гидрораспределителе; х – зазор в паре корпус – золотник; Q – величина утечек через зазор; p – плотность масла.

Эксплуатация стенда и реализация метода показали их высокую эффективность и универсальность, а погрешность результатов не превысила допустимых для технических задач значений.

В качестве примера ниже приведены результаты испытания пластинчатых насосов.

Испытание насосов гидросистем машин коммунального назначения выполнялось в соответствии с разработанными автором методиками и представленным выше стендом, предусматривающими порядок включения испытываемых гидроэлементов, настройки стенда для регистрации и обработки данных. Стенд позволяет определить техническое состояние практически всех элементов гидросистем машин коммунального назначения.

При испытании пластинчатых насосов, например, в качестве структурных параметров были приняты: зазор между статором и ротором (по малой оси эллипса) – Z; высота – Н и средний шаг – М волнистости участков поверхности статора в местах его износа (в зонах начала и окончания процесса всасывания масла); суммарная площадь поперечного сечения кольцевых рисок на поверхности статора в зоне нагнетания – f.

В качестве диагностических параметров приняты: подача насоса – Q; давление нагнетания – Р; виброускорение в зонах износа статора –α; коэффициент кинематической вязкости – v; составляющая усилия прижатия пластин к поверхности статора, зависящая от давления нагнетания – F; ударная нагрузка, импульс силы, на пластину со стороны волнистости - N; условная величина изменения радиуса ротора вследствие неровностей, рисок на статоре - r ; частота вращения вала насоса - n.

Методом анализа размерностей были получены следующие критерии подобия функционирования насоса:

, (2)

Эксперимент проводился на испытательном стенде (рисунок 1), оснащенном гидротестером, виброметром итахогенератором. Объем выборки рассчитывался и составил 5 насосов типа БГ12-4Б.

Диагностируемые насосы имели различную наработку и степень износа, различные значения структурных параметров. Порядок исследования насосов был рандомизирован.

Эксперимент проводился в следующей последовательности. Перед началом испытаний стенд выводился на рабочий установившийся температурный режим. Насосы в заданном порядке устанавливали на стенде и после 30-ти минутной обкатки на холостом ходу постепенно, через интервал времени 20 с, повышали давление в гидросистеме стенда от 0 до 10 МПа с промежутком 1 МПа по насосам №1 и №2, а по остальным насосам от 0 до 20 МПа с промежутком 2 МПа.

После проведения эксперимента проводилась обработка осциллограмм в соответствии с тарировочными графиками, а результаты их обработки оформлялись в виде таблиц и графиков. Исследованные насосы разбирались с целью измерения действительных значений структурных параметров.

На рисунках 2 и 3 представлены, в качестве примера, вибрационные характеристики различных насосов с характерными значениями структурных параметров.

Рис. 2 - Зависимость величины вибрации в насосах от давления

нагнетания при: 1- волнистости и значительных рисках на статоре; 2 –волнистости и незначительных рисках на статоре; 3 – значительной волнистости на статоре; 4 – волнистости на статоре; 5 – новый насос.

Как следует из графиков, характер и величина изменения структурных параметров по-разному влияют на величину вибрации и давления нагнетания насоса (и изменения утечек масла). Из сравнения насосов №1 и №2 следует, что на вибрацию насоса существенное влияние оказывает изменение зазора DZ; при достижении значения давления, 4 МПа и 2,8 МПа соответственно, виброускорение снижается в 1.1 раза. Характерно также влияние величины волнистости (выработки) статора. Этот вывод следует из сравнения насосов №3 и №4. Кроме того, установлено, что наличие волнистости приводит при малых диапазонах давления и к некоторому повышению подачи насоса (очевидно вследствие увеличения рабочего объема насоса).

На величину давления, и подачи, влияет также износ пластин насоса и пазов ротора. При больших давлениях увеличивается центробежная составляющая усилия прижатия пластин к статору за счет увеличенного зазора между пластинами и пазами ротора и вследствие уменьшения трения (сухого и вязкого) между ними.

Выводы, сделанные на основе анализа результатов экспериментальных исследований, подтверждают предположения о возможности диагностики гидравлических элементов без их разборки (в данном примере насосов) с помощью критериев подобия (p_I=const). Действительно, характеризуя насосы №1 и №2, в соответствии с критерием p_I приходим к заключению, что при постоянных значениях вязкости масла n и усилия прижатия пластин F возрастание зазора приводит к снижению давления вследствие увеличения утечек.

Согласно второму критерию изменение расхода Q при постоянной вязкости масла зависит от высоты волнистости участков поверхности статора Н, значения которой теоретически возможно определить из третьего критерия, измерив предварительно виброускорение.

Требование постоянства значения третьего критерия выполняется, если величина утечек, следовательно, расхода, изменяется пропорционально величине виброускорений (высоте неровностей поверхности статора). Но, согласно критерию четвертому (и графикам для насосов №4 и 5), величина высоты неровностей и увеличение давления приводят к увеличению величины импульсов N за счет возрастания составляющей F, что приводит к уменьшению подачи насоса.

Насос №1

а_mах = 5 м с^-2, условный зазор между статором и ротором 1,025 мм

Насос №2

а_max = 4,8 м с^-2, волнистость и незначительные риски на внутренней

поверхности статора

Насос №4

а_max = 2,9 м с^-2, волнистость внутренней поверхности статора

Насос №5

а_max = 1,9 м с^-2 – новый насос.

Рис. 3 Осциллограммы вибрации пластинчатых насосов

при давлении нагнетания Р = 4МПа

Таким образом, приведенные примеры использования метода подобия функционирования технических систем при диагностике технического состояния элементов гидросистем машин коммунального назначения дают наглядное представление об эффективности этого метода.

Выводы:

1. Исследования, проведенные с использованием предложенного стенда для диагностики гидросистем машин коммунального назначения без разборки гидроэлементов, показали его эффективность.

2. Применение метода подобия функционирования технических систем для диагностики технического состояния пластинчатых насосов позволяет определять не только причины неисправностей, но и отклонение структурных параметров элементов гидросистемы от их номинальных значений без выполнения операций разборки.