XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Введение

В нашем современном мире с различными сложными станками, машинами, механизмами невозможно обойтись без использования гидравлических систем. Множество физически тяжелых и рутинных работ выполняется именно с помощью гидравлики. Данные системы необходимо регулярно обслуживать, проводить их ТО, своевременно заменять узлы, выходящие из строя или уже вышедшие. Для поиска неисправности и точного определения узла, требующего ремонт или замены, необходим определенный уровень знаний и навыков специалиста, время. Но не всегда эти составляющие могут быть доступны, когда поломки происходят в процессе работы, в таком случае необходимо в срочном порядке вернуть машину или технику в рабочее состояние.

Для определения причины неисправности необходима система мониторинга, которая будет наблюдать за параметрами системы и сохранять их значения, на основании которых затем будут делать выводы о состоянии гидравлической системы, то есть будет выноситься диагноз. Далее после анализа и оценки текущих значений параметров гидравлической системы специалистом или же в автоматическом режиме делается вывод о конкретный причине неисправности и указывается узел, в котором это произошло. Таким образом, процесс поиска причины неисправности становится проще и занимает меньше времени, что в данном случае является очень необходимым.

Для создания системы мониторинга нужно выбрать необходимые диагностические параметры гидравлической системы, которые в полноте, без искажения будут давать правильную картину о состоянии системы в настоящее время. Для этого необходимо изучить устройство гидравлической системы, исследовать и выбрать измеряемые параметры для создания системы мониторинга.

Материал и методы исследования

Назначение гидравлической системы заключается в приведении в движение механизмов посредством рабочей жидкости (гидравлического масла), подаваемой под давлением. Потоком жидкости можно управлять напрямую или автоматически — посредством управляющих клапанов. Распределение потока происходит по специальным гидравлическим шлангам и трубкам. Гидравлические механизмы имеют большую популярность в машиностроении благодаря тому, что возможно передавать огромную энергию через тонкие трубки и гибкие шланги [1].

Несмотря на сложность, схема гидросистем является стандартизированной, что удобно при заменах-ремонтах элементов. Устройство гидравлического оборудования включает в себя следующие элементы [2]:

- гидродвигатель;

- гидрораспределитель;

- масляный фильтр;

- аварийный клапан сброса давления (предохранительный);

- насос;

- бак;

- трубопровод [1].

Гидравлический двигатель (гидродвигатель) – гидравлическая машина, предназначенная для преобразования гидравлической энергии в механическую. Совокупность гидродвигателей образуют гидропривод [3]. К гидродвигателям относят, в частности, гидромоторы и гидроцилиндры. Гидромоторы сообщают выходному звену вращательное движение на неограниченный угол поворота, а гидроцилиндры сообщают выходному звену возвратно-поступательное движение [1]. В них происходит основной процесс преобразования энергии (рис.1). Масло поступает по одному или двум направлениям, от чего цилиндр различается по способу действия (одностороннему и двухстороннему) [2].

1 – шток; 2 – передняя крышка; 3 – гильза; 4 – поршень; 5 – гайка; 6 – задняя крышка;

7 – грязесъемник; 8 – манжета штоковая; 9 – кольцо направляющее штоковое; 10 – манжета поршневая; 11 – кольцо резиновое; 12 – кольцо направляющее поршневое.

Рисунок 1 – Гидроцилиндр

Иногда сложные машинывместо гидроцилиндра имеют гидромотор, благодаря которому масло сначала поступает из насоса, затем возвратно идет по трубопроводам, а остатки сливаются в накопительный бак [2]. В таких случаях используют гидравлические распределители (гидрораспределители) — устройства, предназначенные для управления гидравлическими потоками в гидросистеме с помощью внешнего воздействия (сигнала). Гидрораспределители управляют движением выходного звена гидродвигателя путём перенаправления потоков рабочей жидкости. К гидрораспределителям относятся золотники, клапаны, краны [1]. Их используют, например, для управления потоками жидкости от насоса к полости гидроцилиндра, а затем отвода излишка жидкости в бак. При этом они бывают двух-трехпозиционными, одно-двух-трехзолотниковыми. Двухпозиционный носит такое название из-за того, что для включения цилиндра рычаг смещается в одно положение (позицию) [2].

Гидрораспределители золотникового типа (рис.2) получили распространение, как неприхотливые, надежные, простые при работе, малогабаритные.

1 – корпус; 2 – соленоид; 3 – золотник; 4 – возвратная пружина;

5 – толкатель; 6 – дополнительное ручное управление.

Рисунок 2 – Гидрораспределительзолотникового типа

Клапаны – агрегаты, регулирующие различные характеристики потока: пуска-остановки, интенсивности. Подразделяются на пропорциональные, сервоприводные. Для уравновешивания давления жидкости в цилиндрах применяют предохранительный клапан (рис.3). Он бывает прямого и дифференциального действия. Смысл его работы – уравновесить давление за счет сжатия-расширения пружины. Ход пружины регулируется винтом. Принцип работы основан на двух ступенях давления, за счет которых уменьшается частота срабатывания золотника [2].

1 – корпус; 2 – запорно-регулирующий элемент; 3 – пружина; 4 – регулировочный винт.

Рисунок 3 – Предохранительный клапан прямого действия

Гидродросселям (рис.4) в устройствах гидравлического оборудования отведена роль регуляторов скорости подачи жидкости. Гидродроссели чувствительны к марке и сорту применяемых масел, а также температуре окружающей среды, поэтому при температуре менее 30℃ используют масла малой вязкости [2].

1 – уплотнение; 2 – тарелка; 3 – пружина; 4 – запорный элемент;

5 – поворотный корпус; 6 – кольцо со шкалой; 7 – неповоротный корпус.

Рисунок 4 – Гидродроссель регулируемый с обратным клапаном

Благодаря насосу (рис.5) механическая энергия преобразовывается в давление жидкости. На рынке много разновидностей этой группы элементов, приспособленных для конкретных условий эксплуатации. Например, для суровых условий эксплуатации сложных машин, механизмов предназначены динамические насосы, а также с пониженным уровнем шума.

1 – корпус; 2 – бронзовые втулки подшипника; 3 – ведомая шестерня; 4 – болт крепления крышки; 5 – крышка; 6 и 7 – стопорные кольца уплотнения;

8 – уплотнение; 9 – О-образные уплотнения; 10 – ведущая шестерня

Рисунок 5 – Масляной шестеренный насос

Принцип работы гидравлического привода заключается в следующем. Гидравлический насос создает давление в системе, преобразуя механическую энергию вращения в энергию жидкости под высоким давлением. Давление жидкости передается через трубопроводы к гидравлическому цилиндру. Клапаны управления контролируют поток жидкости, направляя его в нужное направление и регулируя скорость движения поршня. Давление жидкости в гидравлическом цилиндре приводит к перемещению поршня, создавая механическую силу. При снижении давления жидкости, поршень возвращается в исходное положение [4].

О техническом состоянии гидросистем можно судить по разным параметрам: расходу рабочей жидкости, её давлению, температуре, объемному КПД, пульсации давления.

Для измерения расхода рабочей жидкости применяют расходомеры (лопастные, с овальными шестернями), основанные на струйном методе, переменном перепаде, электромагнитные и ультразвуковые, тахометрические и других типов [5]. Управляющим устройством гидравлических расходомеров служит струйная трубка, предназначенная для преобразования измеряемой величины в давление масла, поступающего к исполнительному механизму и вспомогательным устройствам системы регулирования. В качестве гидравлического расходомера можно взять скоростной расходомер (рис.6).

Рисунок 6 – Расходомер Parker SCFT-150-02-02 до 420 бар

Скоростные расходомеры, измеряющие прошедшее через них количество жидкости, называют жидкостемерами, обычно име­нуемыми по роду контролируемой жидкости (например, водомерами, масломерами). Принцип действия этих счет­чиков основан на суммировании числа оборотов помещен­ного в поток вращающегося устройства за какой-либо отре­зок времени, причем скорость вращения этого устройства пропорциональна средней скорости протекающей жид­кости, а следовательно, и расходу. Значение суммарного расхода получают, связывая подвижную часть прибора через редуктор или муфту со счетным механизмом [6].

Для измерения давления применяют разнообразные датчики давления (рис.7). Основным методом измерения давления является преобразование гидравлического давления в электрический сигнал, который контролируется или регистрируется. Основными типами преобразователей являются поршневые, мембранные, сильфонные, с манометрическими трубками.

Рисунок 7 – Датчик давления GPT230-600

Объемный КПД гидропривода и отдельных узлов характеризует техническое состояние привода и является показателем экономической целесообразности дальнейшей эксплуатации гидропривода или отдельного узла. При диагностировании насосов и гидрораспределителей усилие нагружения задается дросселированием рабочей жидкости. При диагностировании гидропривода в целом, а также гидроцилиндров и гидромоторов усилие нагружения задается внешней нагрузкой, приложенной к конечному звену цепи гидропривод — навесное оборудование. Приборы для измерения объемного КПД делятся на механические и электрические.

Рисунок 8 – Измеритель гидравлического коэффициента полезного действия насосов КПДмер-2М

Пульсация давления (рис.9 – датчик пульсации давления), как диагностический параметр, несет большую информацию о техническом состоянии поверхностей трущихся сопряжений агрегатов, разрегулировке предохранительных клапанов и т. д. Так, по амплитуде пульсаций давления оцениваются осевой зазор в шатунно-поршневой группе аксиально-поршневых насосов и гидромоторов, степень и качество регулировки предохранительных и перепускных клапанов, техническое состояние демпферов (ограничителей хода штока) гидроцилиндров. По частоте следования импульсов давления измеряют частоту вращения вала насоса и т. д. Измерение амплитуды пульсации и давления в стационарных условиях эффективнее всего осуществлять при помощи серийно выпускаемых осциллографов [5].

Рисунок 9 – Датчик пульсации динамического давления PS01 до 250 бар

К встраиваемым средствам диагностики относятся различные датчики и индикаторы, которые позволяют оперативно следить за техническим состояние привода. Особенно перспективно использование встроенных в различные участки гидросистемы тепловых датчиков, с помощью которых реализуется термодинамический метод диагностирования, т.к. по температуре масла в различных точках гидросистемы можно судить о величине и направлении потоков, наличии гидравлических потерь, эффективности системы терморегулирования [7].

В настоящее время, несмотря на значительное развитие аппаратных средств измерения и контроля, большая роль в определении неисправностей и нахождении повреждений гидравлического оборудования приходится на субъективные методы. Эти методы предполагают использование человеческих органов чувств. Комплекс органолептических методов контроля получил название осмотр. Осмотр, включает в себя элементы визуального, измерительного контроля, восприятия шумов и вибраций, оценку степени нагрева корпусных деталей, методы осязания, используемые для определения фактического состояния оборудования и его составных частей, процессов взаимодействия, влияния окружающей среды и условий эксплуатации [8].

Заключение

В статье рассмотрено устройство гидравлических систем, составляющих элементов и узлов. Установлено, что создание системы мониторинга и диагностирования ускорит процесс устранения неисправности. Но для этого необходимо правильно выбрать диагностические параметры гидросистемы.

Список литературы

1. Система гидравлическая [Электронный ресурс]. URL: http://wiki.unitechbase.com:5321/doku.php/ru:статьи:система_гидравлическая#fn__3 (дата обращения: 08.01.2024);

2. Назначение и устройство гидравлической системы. Что такое гидравлический привод [Электронный ресурс]. URL: https://ctois.ru/poleznaya-informaciya/naznachenie-i-ustrojstvo-gidravlicheskoj-sistemy (дата обращения: 08.01.2024);

3. Я.А.ДарштГидропривод и средства автоматики: учеб. пособие / Я.А. Даршт. – Ковров: ФГБОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярева»,2012. – 108 с.

4. Филипп Х. Гидравлика: от простых принципов до научных открытий [Электронный ресурс]. URL: https://nauchniestati.ru/spravka/gidravlika-kak-nauka/(дата обращения: 16.01.2024);

5. Способы и средства диагностирования гидроприводов машин [Электронный ресурс]. URL: https://studfile.net/preview/5788566/page:3/ (дата обращения: 09.01.2024);

6. Способы и средства диагностирования гидроприводов машин [Электронный ресурс]. URL: https://studfile.net/preview/5788566/page:3/ (дата обращения: 17.01.2024);

7. Методы диагностики гидросистем [Электронный ресурс]. URL: https://www.hts.by/pomoshh-specialista/metody-diagnostiki-gidrosistem/ (дата обращения: 11.01.2024);

8. В.А.Сидоров Определение состояния гидропривода [Электронный ресурс]. URL: https://eam.su/lekciya-17-opredelenie-sostoyaniya-gidroprivoda.html (дата обращения: 10.01.2024).

Код для цитирования: Скопировать