Разработка метода и средства диагностирования гидроприводов мобильных машин

НАЦИОНАЛЬНАЯ  АКАДЕМИЯ НАУК

КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

 

ИНСТИТУТ МАШИНОВЕДЕНИЯ

 

Диссертационный совет Д 05.11.043 

 

 

                                                   

                                                                         На правах рукописи

                                                                                    УДК 621.3.019.3

 

 

 

Шайдуллаев  Расулбек Бегимкулович

 

 

 

РАЗРАБОТКА МЕТОДА И СРЕДСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ГИДРОПРИВОДОВ МОБИЛЬНЫХ МАШИН

( НА ПРИМЕРЕ ОДНОКОВШОВЫХ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ)

 

 

05.05.03 – «Колесные  и гусеничные машины»

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание  ученой степени 

кандидата технических  наук

 

 

 

 

 

Бишкек − 2013 

Работа выполнена в  Кыргызском государственном университете строительства, транспорта и архитектуры им. Н. Исанова

 

Научный руководитель:	доктор технических  наук Асанов Арстанбек  Авлезович
Официальные оппоненты:	доктор технических  наук, профессор Нуржауов Амангельды
	кандидат технических  наук, доцент Атабеков Калмамат Каримович
Ведущая  организация:	Кыргызско-Российский Славянский университет  им. Б.Н. Ельцина (г. Бишкек, ул. Киевская, 44)

Защита состоится  «25» января 2013 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 05.11.043 при Институте машиноведения Национальной академии наук Кыргызской Республики (НАН КР), по адресу: 720055, Бишкек, ул. Скрябина 23.                            

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института машиноведения НАН КР.

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах  с подписью, заверенной гербовой печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета 720055, г. Бишкек, ул. Скрябина, 23, Институт машиноведения НАН КР, Диссертационный совет Д 05.11.043, а также по e-mail: imash_kg@mail.ru. 

Телефон для справок (0312) 54 11 49, факс (0312) 56 27 85.

  

 

Автореферат разослан « 24» декабря 2012 г.

 

 

Ученый секретарь диссертационного совета   Д 05.11.043, к.т.н

Квитко С.И.

 

 

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

 

Актуальность темы диссертации. В настоящее время управление техническим состоянием гидравлических горных, дорожных и строительных машин, в том числе одноковшовых экскаваторов, осуществляется за счет применения системы планово-предупредительного технического обслуживания и ремонта.

Эксплуатация современных  гидравлических экскаваторов, как правило, характеризуется рассредоточенностью и большой удаленностью от ремонтных баз. В этих условиях, для контроля состояния функционально важных и недостаточно надежных агрегатов экскаваторов, представляется целесообразным применение переносных или встроенных средств диагностирования. Это связано с общей спецификой конструкции гидравлического привода этих машин и ее постоянным усложнением в связи со стремлением к высоким параметрам, а также к охвату все большего количества механизмов машин, приводящихся в действие гидроприводом. На решение этих актуальных вопросов направлены научно-исследовательские работы, проводимые в Кыргызском государственном университете строительства, транспорта и архитектуры (КГУСТА) в рамках госбюджетных и хоздоговорных тем.

Широкое использование диагностики технического состояния парка гидрофицированных машин требует оснащения их соответствующими стендами и приборами, что сокращает простои из-за отказов машин и является экономически более выгодным, по сравнению с планово-предупредительным обслуживанием. При этом преимущество обслуживания, с точки зрения технического состояния особо проявляется для узлов и агрегатов, имеющих значительный разброс по наработке на отказ. Использование средств диагностики позволяет увеличить среднее время межремонтной наработки. Для решения таких проблем наиболее актуальным является применение технической диагностики рабочего состояния гидропривода машин.

Цель диссертационной работы - повышение работоспособности одноковшовых гидравлических экскаваторов путем разработки метода и средства диагностирования гидропривода, исключающих операцию его изъятия  из состава контролируемой  машины.

Поставленная цель достигается  путем решения следующих задач:

• изучение влияния технического состояния гидропривода на работоспособность одноковшового экскаватора;
• совершенствование стато-параметрического метода диагностики  с использованием гидрокинематической связи секций насосного агрегата;
• проведение экспериментальных исследований с использованием разработанного диагностического стенда и переносного средства для проверки основных сборочных единиц привода экскаватора;
• разработка способа диагностики гидропривода, обеспечивающего формализованную постановку диагноза непосредственно на машине при оценке его технического состояния, с использованием предлагаемого диагностического устройства.

Основные положения  диссертации, выносимые на защиту:

1. Метод диагностирования  технического состояния основных  сборочных единиц многопоточного  гидропривода экскаватора, основанный на использовании гидрокинематической связи секций  насосной установки и гидравлической связи напорных ветвей привода между собой и  со сливом.

2. Зависимость между  давлением и расходом в напорной  гидролинии за насосом гидравлического  привода, отражающая информативность технического состояния исследуемого объекта.

3. Методика диагностирования гидропривода мобильных машин и средство диагностирования, имеющие техническую новизну, подтвержденную тремя авторскими свидетельствами СССР и одним патентом КР.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- доказана возможность использования гидрокинематической связи секций насосной установки для реализации процесса диагностирования, как самих насосов, так и других  сборочных единиц и в целом гидропривода экскаватора;

- установлено, что по величине давления потока рабочей жидкости в ответвлении и напорной гидролинии за насосом,  измеренной предлагаемым методом, можно оценить техническое состояние основных сборочных единиц гидравлического привода машины;

- обоснована структурная схема и осуществлен рациональный выбор  элементов разработанного диагностического устройства;

- экспериментально подтверждена возможность предлагаемого способа диагностирования с использованием разработанного переносного средства.

Практическая значимость работы состоит в том, что разработанный метод, обеспечивающий косвенную оценку состояния гидропривода машин (через давление в магистралях), позволяет проводить диагностику непосредственно на машине. Разработанная методика и созданное устройство диагностирования, встраиваемые в гидропривод, а также диагностический стенд для проверки состояния основных сборочных единиц привода в условиях ремонтного предприятия позволят сократить время простоев на техническое обслуживание за счет исключения затрат времени на монтаж и демонтаж исследуемого гидроагрегата и повысить эффективность использования машин.

Личный вклад соискателя состоит в: анализе методов и средств диагностирования; совершенствовании стато-параметрического метода диагностирования  применительно к основным сборочным единицам гидропривода одноковшового экскаватора; создании диагностического стенда для определения технического состояния основных сборочных единиц гидропривода машин.

Автором разработан алгоритм и методика диагностирования гидропривода экскаватора и переносное средство диагностирования.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на I и II  Всесоюзных семинарах "Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья" (г. Фрунзе, 1989); на научно-практической конференции Новосибирской государственной строительной академии (г. Новосибирск, 1995); на научно-практических конференциях Фрунзенского политехнического института, Кыргызского государственного университета строительства, транспорта и архитектуры (г. Бишкек,1994, 1996, 2002, 2003, 2010); на научно-практической конференции «Опыт и перспективы развития технической диагностики строительных машин» (г. Ленинград, 1989); на Международной научно-технической конференции по проблемам геологии и горного дела к 5-летию образования Кыргызского горно-металлургического института (г. Бишкек, КГМИ, 1998); на Международной научно-практической конференции « Интерстроймех – 2009» (г. Бишкек, КГУСТА, 2009), на научно-технической конференции г. Жалалабат, 2012.

Полнота отражения  результатов диссертации в публикациях.  По материалам диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе три авторских свидетельства СССР и один патент КР на изобретение.

Структура и  объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и общих выводов. Она изложена на 155 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 15 таблиц, 4 приложения и библиографический список из 115 наименований.

 

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

 

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и задачи работы, отражены основные положения, выносимые на защиту, показаны их научная новизна и практическая значимость.

В первой главе приведен аналитический обзор исследований, на основе разработанных квалификационных признаков дан анализ способов и средств технического диагностирования гидроприводов машин с точки зрения их применимости в полевых условиях, отражены роль и место технического диагностирования в системе эксплуатации гидрофицированной мобильной техники.

Результаты анализа показали, что  диагностирование гидропривода строительных экскаваторов требует применения ряда специальных диагностических приборов и устройств. Применяемые в настоящее время средства диагностирования  в значительной мере обеспечивают процесс оценки технического состояния машин. Однако сам процесс диагностирования многопоточного гидропривода усугубляет контроль привода. Поэтому система технического диагностирования гидропривода строительных экскаваторов нуждается в проведении дальнейших исследований и усовершенствований. В результате  анализа состояния проблемы сформулированы основные задачи, подлежащие решению. Они ориентированы на повышение контролепригодности гидропривода экскаватора, выбор эффективного метода контроля и средств диагностирования элементов гидропривода непосредственно на машине. Эти работы связаны с обоснованием предельного значения выбранного диагностического параметра с учетом изменения основного эксплуатационного показателя – производительности, с установлением первоочередности проверки элементов гидропривода строительного экскаватора и разработкой метода технического диагностирования.

Вопросы оценки технического состояния объемного гидропривода рассматривались в работах Т.В. Алексеевой, Т.М. Башты, Т.А. Сырицина, А.Т. Лебедева, В.М. Воскобойника, А.А. Комарова, В.П. Прокофьева и др. Известны работы С.И. Зайченковского, Н.Ф. Гончарова, И.В. Загребельного, В. И. Кирсы, Р.А. Макарова, А.А. Асанова, И.О. Фролова, Р.А. Коржова, А.М. Межлуняна, В.М. Мелешко, А.М. Харазова и др. посвященные, в основном, исследованию методов и средств технического диагностирования отдельных агрегатов объемного гидропривода.

Для разработки методики диагностирования предложены возможные варианты совершенствования конструкций многопоточных приводов экскаваторов  с целью повышения их контролепригодности и использования стато-параметрического метода для оценки технического состояния основных элементов гидропривода экскаватора.

Во второй главе приведены результаты анализа основных неисправностей гидропривода и выявлено  их влияние на работоспособность экскаватора, изучен характер снижения производительности машины, связанной с техническим состоянием (степенью изношенности) элементов гидропривода, обосновано предельное значение диагностического параметра – объемного КПД.

Установлено, что наиболее часто отказы в гидроприводе экскаватора  связаны с изношенностью его элементов. Это состояние принято оценивать по величине объемного КПД. Снижение производительности машины в процессе эксплуатации вследствие уменьшения объемного КПД влечет за собой удорожание объема выполняемой работы. Предельную производительность одноковшового экскаватора П_пр, при которой эксплуатация машины еще рентабельна, можно выразить через экономические показатели по формуле: 

                                                                      (1)

где К_р - коэффициент рентабельности; С_м.ч - стоимость машино-часа, сом/ч; С_ед.пр - стоимость единицы продукции, сом/м³. 

При этом граничные значения времени могут быть заданы следующим образом:

                                                          (2)

где П_ном - номинальная производительность машины, м³/ч, П_пр - предельное значение производительности; W_i - скорость изменения объемного КПД i-го элемента с течением времени;   V_i - скорость изменения производительности от изменения объемного КПД i-го элемента привода.

Объемный КПД i-го элемента, соответствующий предельной производительности,  зависит от времени t_пр, которое представляет собой тот срок эксплуатации, в течение которого объемный КПД элемента гидропривода понижается на столько, что дальнейшая эксплуатация машины становится экономически неоправданной. При этом величину КПД можно определить по формуле: