close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14878

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.10.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
F 15B 19/00
G 01M 15/00
(2006.01)
(2006.01)
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ГИДРОПРИВОДА НАВЕСНОГО
УСТРОЙСТВА ТРАКТОРА
(21) Номер заявки: a 20090718
(22) 2009.05.18
(43) 2010.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Объединенный институт машиностроения Национальной
академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Басинюк Владимир Леонидович; Усс Иван Никодимович; Глазунова Анна Александровна; Мардосевич Елена Ивановна; Шарангович Андрей Иванович (BY)
BY 14878 C1 2011.10.30
BY (11) 14878
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) RU 2157472 C2, 2000.
SU 1206508 A, 1986.
SU 1479730 A1, 1989.
SU 1525352 A1, 1989.
(57)
1. Способ диагностики гидропривода навесного устройства трактора, заключающийся
в том, что запускают двигатель, прогревают рабочую жидкость в гидроприводе, осуществляют цикл подъема груза навесным устройством, при котором устанавливают
поршни гидроцилиндров в крайнее нижнее положение, нагружают механизм навесного
устройства грузом, имеющим максимальную для грузоподъемности навесного устройства
массу mmax, устанавливают угловую скорость вращения двигателя ω, включают подачу
полного объема масла в напорные линии гидроцилиндров до полного выдвижения их
штоков в крайнее верхнее положение, регистрируя при этом давление в гидроприводе,
идентичный цикл подъема груза навесным устройством осуществляют не менее 3 раз и из
каждого i-го цикла зарегистрированных значений давления выделяют максимальное значение давления рабочей жидкости в гидроприводе навесного устройства pmaxi и значение
давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах pbi в момент достижения штоками гидроцилиндров крайнего верхнего положения, и, используя полученные значения, определяют
коэффициент полезного действия η гидропривода, по которому оценивают техническое
состояние гидропривода навесного устройства трактора, при этом коэффициент полезного
действия η гидропривода определяют из выражения:
n
∑ (p max i − p bi )
,
η = k n ⋅ i =1
n ⋅ ω ⋅ m max
где kn - коэффициент пропорциональности, связывающий разность давлений (pmaxi-Pbi) с
коэффициентом полезного действия гидропривода навесного устройства;
n - число циклов подъема груза навесным устройством,
причем величину kn определяют до начала эксплуатации гидропривода навесного устройства из выражения:
BY 14878 C1 2011.10.30
k n = η0 ⋅
n ⋅ ω ⋅ m max
n
∑ (p 0 max i − p 0bi )
,
i =1
где η0 - коэффициент полезного действия гидропривода навесного устройства до начала
его эксплуатации;
p0maxi - максимальное значение давления рабочей жидкости в гидроприводе навесного
устройства до начала его эксплуатации;
p0bi - значение давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах гидропривода навесного
устройства до начала его эксплуатации в момент достижения штоками гидроцилиндров
крайнего верхнего положения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при выделении из зарегистрированных
максимальных значений давления рабочей жидкости в гидроприводе навесного устройства pmaxi и значений давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах pbi в момент достижения штоками гидроцилиндров крайнего верхнего положения для каждого i-го цикла
подъема груза навесным устройством дополнительно определяют интервал времени ∆ti
между их регистрацией и с использованием полученных значений ∆ti и при числе циклов
подъема груза навесным устройством n рассчитывают среднее значение интервала времеn
ни ∆t = ∑ ∆t i / n , по которому определяют дополнительный коэффициент полезного дейi =1
ствия ηдоп гидропривода из выражения:
∆t
,
∆t 0
где ∆t0 - среднее значение интервала времени между регистрациями максимального значения давления рабочей жидкости в гидроприводе навесного устройства и значения давления рабочей жидкости в гидроприводе навесного устройства в момент достижения
штоками гидроцилиндров крайнего верхнего положения, определенное до начала эксплуатации гидропривода навесного устройства, который дополнительно используют для
оценки технического состояния гидропривода навесного устройства трактора.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют контроль
изменения температуры рабочей жидкости гидропривода навесного устройства Ti при
движении штоков гидроцилиндров от крайнего нижнего в крайнее верхнее положение и
по результатам контроля определяют градиент изменения температуры рабочей жидкости
гидропривода навесного устройства ∆Ti и его среднее значение ∆T, которое сравнивают с
аналогичным средним значением изменения температуры рабочей жидкости гидропривода навесного устройства ∆Тн, полученным до начала эксплуатации, а полученный результат дополнительно используют для оценки технического состояния гидропривода
навесного устройства трактора.
η доп = η 0 ⋅
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при
оценке технического состояния и остаточного ресурса работоспособности гидропривода
навесного устройства трактора с аксиально-поршневыми насосами путем определения его
КПД (коэффициента полезного действия) в процессе испытаний в цеховых условиях при
оценке качества изготовления и сборки, а также в условиях эксплуатации.
При оценке качества изготовления и сборки гидроприводов навесных устройств тракторов и диагностике их технического состояния в процессе эксплуатации, как правило,
необходимо оценить значение КПД гидропривода в реальных условиях функционирования, характеризующихся воздействием колебательных нагрузок, создаваемых навесным
2
BY 14878 C1 2011.10.30
устройством. Это, как правило, трудоемкий и для аксиально-поршневых насосов, имеющих автоматическую систему регулирования подачи, технически сложный процесс.
Известен способ диагностирования гидравлической навесной системы транспортного
средства, заключающийся в том, что измеряют значения диагностируемого параметра при
движении исполнительного органа навесного устройства при нагруженном и в ненагруженном состоянии, определяют условный объемный гидравлический коэффициент, сравнивают его с эталонным и оценивают техническое состояние гидравлической навесной
системы по результатам сравнения, причем в качестве диагностируемого параметра используют установившийся расход воздуха в горловине маслобака системы [1].
Существенным недостатком данного способа является то, что для его реализации
необходимо использование расходомера воздуха, установленного в горловину маслобака.
На его показания существенное влияние оказывает объемная производительность насоса,
которая в аксиально-поршневых насосах автоматически регулируется по разности давлений в гидроприводе. Кроме того, она зависит от скорости вращения его входного вала
насоса, который, в свою очередь, жестко связан с двигателем транспортного средства, угловые скорости вращения которого варьируются в широком диапазоне значений. Существенное влияние на контролируемые параметры оказывают объемы подаваемой насосом
в гидросистему рабочей жидкости, распределяемые между потребителями, а также температура рабочей жидкости, воздуха и разность этих температур, а также наличие и содержание пузырьков воздуха в рабочей жидкости. В совокупности это снижает точность
диагностирования и ограничивает возможности использования данного способа в условиях эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ диагностирования гидравлической навесной системы трактора [2], при котором пускают
двигатель, прогревают рабочую жидкость в гидросистеме, после установки поршня гидроцилиндра в нижнее или верхнее положение механизм навесного устройства нагружают
с возрастающим усилием вначале до давления срабатывания золотника, а затем до давления срабатывания предохранительного клапана, регистрируют давления срабатывания золотника и предохранительного клапана и по ним с учетом перемещения штока
гидроцилиндра и усилия, приложенного к механизму навески, определяют техническое
состояние предохранительного клапана и золотника.
К существенным недостаткам данного способа можно отнести то, что для его реализации в гидроприводе навесной системы с аксиально-поршневым насосом автоматическое
регулирование его подачи по разности давлений не позволяет получить достоверную информацию о техническом состоянии гидропривода навесной системы по срабатыванию
золотника и предохранительного клапана. Кроме того, необходимо устройство, обеспечивающее возрастающее усилие нагружения навесной системы. В целом, использование
данного технического решения не позволяет оценить техническое состояние гидропривода навесного устройства трактора с аксиально-поршневым насосом и при выявлении отклонений. Это ограничивает возможности его эффективного использования при
диагностировании гидросистемы с аксиально-поршневыми насосами механизма навески
трактора в условиях эксплуатации.
Задачей изобретения является расширение технических возможностей диагностирования гидропривода навесного устройства трактора с аксиально-поршневыми насосами путем определения его объемного коэффициента полезного действия (КПД), позволяющего
проводить испытания в цеховых условиях при оценке качества изготовления и сборки, а
также в условиях эксплуатации.
Решение поставленной задачи достигается в способе диагностики гидропривода
навесного устройства трактора, заключающемся в том, что запускают двигатель, прогревают рабочую жидкость в гидроприводе, осуществляют цикл подъема груза навесным
устройством, при котором устанавливают поршни гидроцилиндров в крайнее нижнее по3
BY 14878 C1 2011.10.30
ложение, нагружают механизм навесного устройства грузом, имеющим максимальную
для грузоподъемности навесного устройства массу mmax, устанавливают угловую скорость
вращения ω двигателя, включают подачу полного объема масла в напорные линии гидроцилиндров до полного выдвижения их штоков в крайнее верхнее положение, регистрируя
при этом давление в гидроприводе, идентичный цикл подъема груза осуществляют не менее 3 раз, и из каждого i-го цикла зарегистрированных значений давления выделяют максимальное значение давления рабочей жидкости в гидроприводе навесного устройства
pmaxi и значение давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах pbi в момент достижения
штоками гидроцилиндров крайнего верхнего положения, и, используя эти значения, определяют коэффициент полезного действия η гидропривода, по которому оценивают техническое состояние гидропривода навесного устройства, при этом коэффициент полезного
действия η гидропривода определяют из выражения:
n
∑ (p max i − p bi )
,
η = k n ⋅ i =1
n ⋅ ω ⋅ m max
где kn - коэффициент пропорциональности, связывающий разность давлений (pmaxi-pbi) с
коэффициентом полезного действия гидропривода навесного устройства;
n - число циклов подъема груза навесным устройством,
причем величину kn определяют до начала эксплуатации гидропривода навесного устройства из выражения:
n ⋅ ω ⋅ m max
k n = η0 ⋅ n
,
∑ (p0 max i − p 0bi )
i =1
где η0 - коэффициент полезного действия гидропривода навесного устройства до начала
его эксплуатации;
p0maxi - максимальное значение давления рабочей жидкости в гидроприводе навесного
устройства до начала его эксплуатации;
p0bi - значение давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах гидропривода навесного
устройства до начала его эксплуатации в момент достижения штоками гидроцилиндров
крайнего верхнего положения.
При реализации предлагаемого способа целесообразно при выделении из зарегистрированных максимальных значений давления рабочей жидкости в гидроприводе навесного
устройства pmaxi и значений давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах pbi в момент
достижения штоками гидроцилиндров крайнего верхнего положения для каждого i-го
цикла подъема груза навесным устройством дополнительно определять интервал времени
∆ti между их регистрацией и с использованием полученных значений ∆ti и при числе циклов подъема груза навесным устройством n рассчитывать среднее значение интервала
n
времени ∆t = ∑ ∆t i / n , по которому определяют дополнительный коэффициент полезного
i =1
действия ηдоп гидропривода из выражения:
∆t
,
∆t 0
где ∆t0 - среднее значение интервала времени между регистрациями максимального значения давления рабочей жидкости в гидроприводе навесного устройства и значения давления рабочей жидкости в гидроприводе навесного устройства в момент достижения
штоками гидроцилиндров крайнего верхнего положения, определенное до начала эксплуатации гидропривода навесного устройства, который дополнительно используют для
оценки технического состояния гидропривода навесного устройства трактора.
ηäîï = η0 ⋅
4
BY 14878 C1 2011.10.30
Целесообразно также, чтобы при диагностировании осуществлялся контроль изменения температуры рабочей жидкости гидропривода навесного устройства ∆Ti при движении штоков гидроцилиндров от крайнего нижнего в крайнее верхнее положение и по
результатам контроля определялись градиент ∆Ti и его среднее значение ∆T, которое
сравнивалось с аналогичным средним значением ∆Tн, полученным до начала эксплуатации, а полученные результаты сравнения использовались в качестве источника дополнительной информации о техническом состоянии гидропривода навесного устройства
трактора.
Решение поставленной задачи достигается в результате следующего:
диагностирование гидропривода с аксиально-поршневым насосом при нагружении
навесного устройства с подачей рабочей жидкости в напорные линии гидроцилиндров до
полного выдвижения их штоков в крайнее верхнее положение при использовании максимально возможной из условий грузоподъемности массы mmax и регламентированных угловых скоростях вращения двигателя ω позволяет реализовать предельно возможный
диапазон автоматического регулирования подачи насоса;
как показал анализ результатов проведенных исследований, повторение цикла подъема груза не менее 3 раз позволяет снизить до приемлемого уровня (менее 5 %) влияние
рассеивания регистрируемых параметров на определяемый КПД гидропривода с аксиально-поршневым насосом;
как показал анализ результатов экспериментальных исследований, использование выделенных из каждого i-го цикла зарегистрированных значений давления максимальных
значений давления жидкости в гидроприводе навесного устройства pmaxi и значений давления жидкости в гидроцилиндрах pbi в момент достижения штоками гидроцилиндров
крайнего верхнего положения (с предварительно определенным для гидропривода навесной системы до начала эксплуатации коэффициентом пропорциональности kn) по усредненному значению разности этих давлений (pmaxi-pbi) позволяет определить по
эмпирической зависимости (1) значение КПД диагностируемого гидропривода.
Выделение и расчет усредненных значений времени ∆ti полного выдвижения штоков
гидроцилиндров и изменений температуры ∆Ti в течение этого времени (∆ti) позволяет
уточнить значение КПД гидропривода и на основе этого повысить достоверность результатов диагностирования.
Зависимости (1), (2) и (3) получены эмпирическим способом на основе анализа результатов экспериментальных исследований.
На фигуре приведены осциллограммы изменения давления при 3 циклах подъема и
опускания не касающегося земли в исходном положении штоков гидроцилиндров груза с
массой mmax = 5 т при угловой скорости ω вращения входного вала аксиально-поршневого
насоса ω = 210 рад/с.
Пример реализации способа диагностики гидропривода с аксиально-поршневым
насосом A10CNO45 фирмы "Bosch-Rexroth" механизма задней навески трактора "Беларус
3022".
В качестве рабочей жидкости в гидроприводе использовалось масло гидравлическое
Addinol Hydraulikoil HLP 32. При испытаниях использовался датчик давления HT-PD
(ISDS) с диапазоном измерения давлений 0-40 МПа и программно-аппаратный комплекс,
включающий контроллер и портативную ПЭВМ. Контроль угловой скорости ω вращения
вала насоса осуществлялся по показаниям тахометра трактора.
С использованием расходомера были определены КПД гидропривода навесного
устройства до начала эксплуатации (нового), равный η0 = 0,94, и величина изменения температуры рабочей жидкости гидропривода навесного устройства ∆Tн, равная ∆Tн = 0,3 °С,
а также значение коэффициента kn = 0,374 рад⋅м⋅с (смотри ниже).
5
BY 14878 C1 2011.10.30
В процессе диагностирования запускался двигатель трактора, и рабочая жидкость в
гидроприводе прогревалась до температуры 48 °С. Затем поршни гидроцилиндров заднего
навесного устройства трактора размещались в крайнем нижнем положении, механизм
навесного устройства нагружался грузом, имеющим максимально допустимую по грузоподъемности навесного устройства массу m = 5 т, и устанавливалась угловая скорость
вращения двигателя ω, равная ω = 210 рад/с. После этого включалась подача полного объема рабочей жидкости в гидроцилиндры и в процессе перемещения их штоков от крайнего
нижнего в крайнее верхнее положение с частотой f дискретизации аналоговых сигналов с
датчиков давления и температуры, равной f = 125 Гц, регистрировались значения давления p в гидроприводе и температуры T рабочей жидкости.
После 3-кратного повторения идентичных циклов подъема груза из каждого i-го цикла
зарегистрированных значений давления выделялись максимальное значение давления рабочей жидкости в гидроприводе навесного устройства pmaxi и значение давления рабочей
жидкости в гидроцилиндрах pbi в момент достижения штоками гидроцилиндров крайнего
верхнего положения, а также температура рабочей жидкости при нахождении гидроцилиндров в крайнем нижнем положении поршня гидроцилиндров Ti1 и температура рабочей жидкости при нахождении гидроцилиндров в крайнем верхнем положении Ti2.
(фигура и таблица).
С использованием значений pmaxi и pbi по времени их реализации определялись значения t11, t12, t21, t22, t31, t32 и рассчитывались значения времени подъема груза ∆t1 = (t12-t11),
∆t2 = (t22-t21) и ∆t3 = (t32-t31).
Затем с использованием приведенных выше значений рассчитывались величины разности давлений (рmax-pbi)1, (рmax-pbi)2, (рmax-pbi)3 и градиенты ∆T1 = (T12-T11)1, ∆T2 = (T22Т21)2; ∆T3 = (T32-Т31)3.
Результаты зарегистрированных параметров и произведенных вычислений сведены в
таблицу.
Диагностические данные и результаты их обработки
Гидропривод навесной системы в
Гидропривод навесной системы до момент проведения диагностики
начала эксплуатации (новый)
(после определенного цикла эксПоказатель,
плуатации)
ед. измерения
Среднее
Среднее
1 цикл 2 цикл 3 цикл значение 1 цикл 2 цикл 3 цикл значение
показателя
показателя
pmax, МПа
12,43 11,61 11,99
10,53 10,94 11,01
pb, МПа
9,24
9,30
9,57
9,11
9,08
9,14
(pmaxi-pb), МПа
3,19
2,31
2,42
2,64
1,42
1,86
1,87
1,72
ti1,c
0,52
14,95 29,46
0,16
13,22 26,98
ti2, c
2,98
17,42 31,93
3,88
16,95 30,50
2,46
2,47
2,47
2,46
3,72
3,73
3,52
3,66
∆ti, с
Ti1, °С
39,16 39,44 39,72
32,39 32,96 33,52
Ti2, °С
39,43 39,72 40,07
32,47 33,02 33,59
0,27
0,28
0,35
0,30
0,08
0,06
0,07
0,07
∆Ti, °С
Анализ результатов исследований, отраженный на осциллограммах (фигура), показывает следующее.
Величина коэффициента kn, определенного с учетом данных таблицы для ω =
210 рад/с, mmax = 5000 кг, η0 = 0,94 в соответствии с предлагаемой методикой до начала
эксплуатации, при расчетах 1 МПа = 106 Па:
6
BY 14878 C1 2011.10.30
k n = η0 ⋅
n ⋅ ω ⋅ m max
n
∑ (p
i =1
0 max i
− p 0 bi )
= 0,94 ⋅
3 ⋅ 210 ⋅ 5000
= 0,374 рад ⋅ м ⋅ с .
(3,19 + 2,31 + 2,42) ⋅10 6
Коэффициент полезного действия гидропривода навесной системы в момент проведения диагностики η (после определенного цикла эксплуатации), определенный из зависимости (1) с использованием данных, приведенных в таблице, равен
n
∑ (p
− p bi )
(1,42 + 1,86 + 1,87) ⋅ 106
= 0,61 .
n ⋅ ω ⋅ m max
3 ⋅ 210 ⋅ 5000
Коэффициент полезного действия изношенного гидропривода в момент определения
диагностики η (после определенного цикла эксплуатации), определенный из зависимости
(3) с использованием данных о времени полного выдвижения штоков гидроцилиндров:
∆t
2,46
η = η0 ⋅ 0 = 0,94 ⋅
= 0,63 .
3,66
∆t
Величина изменения температуры рабочей жидкости гидропривода навесного устройства ∆T у гидропривода навесной системы в момент диагностики после определенного
цикла эксплуатации снизилась по сравнению с гидроприводом до начала эксплуатации с
0,3 до 0,07 °С. Это свидетельствует о снижении интенсивности колебаний давлений при
подъеме, близких к предельно допустимым по грузоподъемности значениям поднимаемого груза, которые являются одним из основных источников нагрева рабочей жидкости, и
возрастании теплоотвода в связи увеличением времени перемещения штоков гидроцилиндров из крайнего нижнего в крайнее верхнее положение.
Применение предлагаемого способа позволяет более точно диагностировать состояние
гидросистемы механизма навески трактора и ее элементов, а также проводить диагностику в условиях эксплуатации трактора.
η = kn ⋅
i =1
max i
= 0,374 ⋅
Источники информации:
1. А.с. СССР 1206508, МПК F 15B 19/00, G 01M 15/00, 1986.
2. А.с. СССР 2157472, МПК F 15B 19/00, 2000.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
250 Кб
Теги
by14878, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа