Создание стенда для послеремонтных испытаний гидромоторов дорожных, строительных и подъемно-транспортных машин

Актуальность темы

.

В настоящее время объемные гидромашины применяются во многих областях техники. Например, их используют в качестве гидромоторов, насосов, измерителей расхода и делителей расхода жидкости в гидравлических приводах дорожных, строительных и подъемно-транспортных машин, промышленного оборудования, в авиационной и космической технике, морском и сухопутном транспорте, в механизированном инструменте и др. Общее количество гидромоторов, установленных на дорожных, строительных и подъемно-транспортных машинах в России, составляет примерно 180 тысяч единиц. Известно, что 60% машин парка имеют истекший срок службы. Тогда примерно 110 тысячам гидромоторов требуется ремонт.

Строительные машины, как правило, эксплуатируются на открытом воздухе. Запыленность, широкий диапазон изменения температуры, частые перегрузки рабочих органов и вибрация отрицательно сказываются на работе гидропривода и требуют своевременного проведения технического обслуживания и ремонта. Ресурс аксиально-поршневого гидромотора даже при соблюдении всех условий эксплуатации около 4000 часов. На примере строительных машин установлено, что более 18% целосменных и 4,5% внутрисменных простоев машин объясняются техническими неисправностями и отказами, из которых до 40% и более приходится на долю гидропривода.

Для гидроприводов характерны сложность выявления неисправностей, высокие требования к техническому оснащению рабочих мест и качеству ремонта. Особенности работы, эксплуатации и ремонта агрегатов гидропривода требуют совершенствования существующих и создания новых методов и средств для производственных и послеремонтных испытаний.

Параметры функционирования гидромотора можно измерить только при его работе с нагрузочным устройством, создающим сопротивление вращению вала, которое необходимо измерять с высокой точностью. Нагрузочное и измерительное устройства для определения вращающего момента на валу в значительной мере определяют сложность и стоимость стенда для испытаний гидромотора. Поэтому возникает необходимость в разработке новых методов и средств нагружения гидромотора, позволяющих надежно и с меньшими затратами испытывать гидромоторы на ремонтных предприятиях. Количество измеряемых при диагностировании параметров должно быть минимальным, а их измерение — простым и удобным. Использование таких способов и средств на ремонтных предприятиях является перспективным, а исследования, направленные на их разработку, актуальными.

Целью работы является обоснование метода инерционного нагружения гидромоторов при их послеремонтном испытании и создание на этом принципе стенда.

Идея работы заключается в применении маховой массы в качестве нагрузочного устройства гидромотора.

Задачи исследований:

— обосновать параметр диагностирования гидромотора для условий ремонтного предприятия;

— разработать метод нагружения гидромотора в процессе его послеремонт-ного диагностирования и создать испытательный стенд;

— провести экспериментальные исследования по определению влияния величины маховой массы на параметр диагностирования и разработать методику расчета основных параметров стенда промышленного исполнения.

Методы исследований — эксперименты на физической модели стенда, компьютерный анализ экспериментального материала." .

Научные положения, защищаемые автором:

— параметром диагностирования гидромотора является продолжительность его разгона до установившейся частоты вращения;

— безразборная диагностика гидромотора при использовании метода инерционного нагружения наиболее эффективна и достовернанагрузочный момент создается маховой массой на валу гидромотора при ее разгоне до номинальной скорости;

— существует минимальная величина маховой массы, влияющая на достоверность определения продолжительности разгона и фактического КПД гидромоторапри расчете маховой массы используется безразмерный комплекс, включающий минимальный момент инерции, давление в напорной магистрали, рабочий объем и номинальную частоту вала.

Достоверность научных результатов. Достоверность научных положений подтверждена необходимым объемом экспериментальных исследованийприменением современной аппаратуры и методов обработки результатов.

Новизна научных положений:

— обосновано использование продолжительности разгона гидромотора в качестве диагностического параметра;

— предложен метод испытаний объемных гидромоторов, использующий в качестве нагрузки инерцию маховой массы;

— выявлено влияние момента инерции маховой массы на достоверность определения продолжительности разгона и фактического коэффициента полезного действия гидромотора.

Личный вклад автора заключается: в обосновании параметра диагностирования гидромоторав разработке метода нагружения и принципиальной схемы стенда для испытания гидромоторов в условиях ремонтного предприятияв создании экспериментального стенда для исследования влияния величины маховой массы нагрузочного устройства на параметр диагностирования гидромоторав постановке, проведении экспериментов, обработке экспериментальных данных и их интерпретациив разработке методики проектирования стенда для испытания гидромоторов.

Практическая ценность заключается в разработке и обосновании метода и создании стенда (патенты РФ на полезную модель № 41 812 и № 47 057) позволяющих снизить затраты на проведение послеремонтных испытаний гидромотора.

Реализация работы в промышленности. Полученные результаты работы переданы Западно-Сибирской железной дороге, г. Новосибирск, для использования основных результатов исследований и создания стенда для испытаний гидромоторов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на конференциях: «Транспортные системы Сибири» (Красноярск, 2005), «Интеллектуальный потенциал Сибири» (Новосибирск, 2003), Наука и молодежь XXI века (Новосибирск, 2003), «ВУЗы Сибири и Дальнего Востока ТРАНССИБУ» (Новосибирск, 2002), семинарах кафедры «Механизация путевых, погрузочно-разгрузочных и строительных работ» Сибирского государственного университета путей сообщения (СГУПС) и Института горного дела СО РАН.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах, включая 2 патента РФ на полезную модель.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Содержит 128 страниц машинописного текста, включая 44 рисунка, 51 таблицу, и список литературы из 75 наименований и 5 приложений.

Выводы.

Разработаны основы методики проектирования производственных стендов для испытания гидромоторов с инерционным нагрузочным устройством. Приведены примеры расчета маховика нагрузочного устройства (Приложение В), нагрузочного устройства (Приложение Г), определены основные параметры и приведен пример устройства стенда для испытания аксиально-поршневых гидромоторов марок 210.16 и 210.20 и их аналогов (Приложение Д).

Основные рекомендации к проектированию стенда.

1. При диапазоне мощностей ремонтируемых на предприятии гидромоторов от 10 до 100 кВт нужны два стенда — один для гидромоторов 10−50 кВт, другой — для гидромоторов 50−100 кВт.

2. При расчете продолжительности испытания гидромотора число циклов разгона-торможения рекомендуется принимать равным 10.

3. Параметры режима испытания гидромоторов принимать номинальными (номинальное давление в напорной линии и номинальная частота вращения вала) для гидромоторов мощностью до 75 кВт, остальных — по ГОСТ 20 719–83.

4. В качестве диагностического параметра использовать продолжительность разгона маховика стенда от нулевой до номинальной частоты при номинальном давлении.

5. При разработке измерительной системы выбирать датчики класса точности 0,5, приборы визуального контроля — 1,0.

6. При проектировании стенда, предназначенного для испытаний гидромоторов нескольких типоразмеров, для снижения металлоемкости стенда и уменьшения времени испытания целесообразно применение маховиков с моментами инерции, обеспечивающими время разгона в диапазоне 3. 15 с.

7. В нагрузочном устройстве стенда желательно иметь не более двух маховиков.

8. Маховики с диаметром до 1 м, выполненные из качественных сталей с пределом текучести 300.700 МПа и разгоняемые гидромоторами с частотами вращения вала 25.40 об/с (окружные скорости не более 100. 150 м/с) допускается на прочность не рассчитывать. Допускается изготавливать такие маховики в форме дисков: с ободом и без (диск постоянной толщины), с отверстием или без него.

9. В целях минимизации массы маховика рекомендуется изготавливать его в форме диска с ободом и отверстием и принимать:

— отношение ширины обода к наружному диаметру равным 0,05,.

— отношение внутреннего диаметра обода к наружному 0,8.

10. При создании стендов различных конфигураций, размеров и мощности целесообразно использовать силовые установки, собранные из модулей с электродвигателями одной серии и частотой вращения вала, обеспечивающей требуемую производительность насосной установки.

11. В целях минимизации номинальной мощности электродвигателя силовой установки (по сравнению с расчетной не менее чем в 2 раза), расчетную относительную продолжительность включения принимать равной не более 25%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Наиболее важные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. Анализ существующих методов, средств нагружения, испытания, измерения нагрузки на валу гидромотора и оценка их применимости для условий ремонтного предприятия, показал необходимость создания новых методов и средств нагружения, позволяющих надежно и с меньшими затратами качественно испытывать гидромоторы на ремонтных предприятиях.

2. Обоснован параметр послеремонтного диагностирования гидромотора. Установлено, что использование продолжительности разгона в качестве параметра диагностирования, при оценке качества ремонта и восстановления КПД как комплексного параметра функционирования гидромотора обеспечивает требуемую государственным стандартом точность его определения по результатам измерения установившейся частоты вращения и продолжительности ее достижения.

3. Разработан метод инерционного нагружения гидромотора в процессе его послеремонтного диагностирования, заключающийся в использовании нагрузочного устройства, выполненного в виде маховой массы, соединенной с валом испытуемого гидромотора, нагрузочный момент на валу которого создается при разгоне маховой массы до номинальной скорости, а его величина равна произведению момента инерции маховой массы на ее угловое ускорение.

4. Разработаны принципиальные схемы испытательных стендов, в которых используется принцип создания нагрузки за счет разгона маховой массы до номинальной скорости гидромотора.

5. Получены экспериментальные данные о влиянии величины маховой массы на параметр диагностирования. Установлено минимальное значение маховой массы, определяющее достоверность испытаний. Предложен безразмерный комплекс, позволяющий вычислять минимально допустимый момент инерции нагрузочного устройства.

6. Разработана методика расчета основных параметров производственного испытательного стенда. Выполнен расчет нагрузочного устройства и разработан проект стенда для испытания аксиально-поршневых гидромоторов марок 210.16,210.20 и их аналогов.