Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

TOOLS FOR ASSESSING THE TECHNICAL CONDITION OF DOSING PUMPS AND HYDRAULIC STEERING

Chervyakov S.V. 1 Kazakov A.S. 1
1 National Research Mordovia State University
Внедрение в сельскохозяйственную и дорожно-строительную технику новых систем рулевого управления началось относительно недавно. В ходе работы и износа агрегатов рулевого управления снижается их работоспособность. Повышение ресурса требует разработки новых технологий ремонта, средств и методик оценки их технического состояния. Из всех разновидностей испытаний агрегатов в ремонтном производстве наиболее широкое применение нашли динамические испытания. Сложность конструкции агрегатов гидроообъемного рулевого управления не позволяет применять для оценки их работоспособности средства и методики, подходящие к агрегатам старого «поколения». Средства для оценки технического состояния насос-дозаторов и гидрорулей гидрообъемного рулевого управления должны удовлетворять ряду требований и позволять регистрировать все паспортные характеристики испытуемых агрегатов. Проведённый анализ стендового оборудования показал, что ни один из них не соответствует полностью всем необходимым требованиям. В ходе работы была обоснована необходимость разработки стенда для проверки и регулировки насос-дозаторов и гидрорулей и предложена его модель на базе стенда КИ-4518. Разработанное устройство позволяет проводить полную и точную оценку технического состояния агрегатов гидрообъемного рулевого управления, а также сократит трудоемкость данной операции.
The introduction of new steering systems into agricultural and road-building machinery began relatively recently. During operation and wear of steering units, their performance decreases. Increasing the resource requires the development of new repair technologies, tools and methods for assessing their technical condition. Of all the varieties of unit testing in repair production, dynamic testing has found the widest application. The complexity of the design of hydrostatic steering units does not allow the use of tools and techniques suitable for the old-generation units to evaluate their performance. Means for assessing the technical condition of dosing pumps and hydraulic steering valves for hydrostatic steering must satisfy a number of requirements and allow registering all passport characteristics of the tested units. The analysis of bench equipment showed that not one of them fully meets all the necessary requirements. In the course of the work, the necessity of developing a stand for testing and adjusting dosing pumps and hydraulic steering wheels was substantiated, and its model based on the KI-4518 stand was proposed. The developed device will allow for a complete and accurate assessment of the technical condition of hydrostatic steering units, as well as reduce the complexity of this operation.
reliability
dosing pump
hydraulic steering wheel
steering
resource
working capacity
stand

Использование в дорожно-строительной и сельскохозяйственной технике гидрообъемного рулевого управления позволяет сократить габариты и массу конструкции, применить свободную компоновку узлов привода, значительно снизить усилие поворота рулевого колеса, тем самым улучшив условия труда оператора. В ходе работы основных элементов системы, насос-дозатора или гидроруля, происходит износ их составных элементов и сопряжений. Вследствие этого ухудшается их работоспособность [1].

Применение гидрообъемного рулевого управления на технике началось в прошлом десятилетии, поэтому можно утверждать, что тема исследования работоспособности насоса-дозатора и гидроруля остается практически неизученной. Работоспособность данных агрегатов, как главного узла гидрообъемного рулевого управления дорожно-строительной и сельскохозяйственной техники, в первую очередь определяет стабильность работы всей системы в целом [2]. Следовательно, разработка средств и методик оценки технического состояния агрегатов гидрообъемного рулевого управления является актуальной.

Материалы и методы исследования

Существуют три основные разновидности оценки технического состояния насос-дозаторов и гидрорулей: динамические испытания; ресурсные испытания; ускоренные испытания.

В ремонтном производстве основным видом испытаний являются динамические. Они проводятся с целью оценки технического состояния агрегатов в ходе эксплуатации, и на их основе выдается заключение о дальнейшей целесообразности работы агрегата на технике или о направлении его на ремонт. Поэтому в данной работе будут рассматриваться средства для оценки технического состояния при динамических испытаниях.

Для оценки технического состояния насос-дозаторов и гидрорулей используется различное оборудование и методики. В.Я. Обидиным структурированы следующие основные требования, предъявляемые к испытательному оборудованию [3]: воспроизведение цикла испытаний, схожего с рабочим циклом агрегата; возможность протекания испытаний в ускоренном режиме; ресурс испытательного оборудования должен быть в 2–3 раза больше ресурса, чем у испытуемого агрегата; определенная точностью и погрешность измерения испытуемых параметров; соответствие требованиям безопасности и экологичности.

Сложность конструкции насос-дозаторов и гидрорулей не позволяет в их отношении применять методы и средства оценки гидравлических усилителей руля с механической связью. Главная их особенность заключается в наличии гидромотора, связанного с выходным валом и золотником. В условиях, когда в гидромоторе и в золотнике существуют утечки, при повороте рулевого колеса происходит эффект «скольжения». Это возникает за счет перетекания жидкости из одной полости в другую внутри насос-дозатора или гидроруля. Данное явление приводит к появлению следующих особенностей: изменению подаваемого объема в зависимости от режима работы; самопроизвольному движению штока гидроцилиндра при фиксированном повороте вала, либо при его нейтральном положении; повышенным потерям давления; пониженному усилию на рулевом колесе при работе в аварийном режиме. Все вышеуказанные функциональные отличия реализуются в виде соответствующих параметров и характеристик, получаемых при стендовых испытаниях. Несколько параметров и характеристик, такие как «утечки в слив», возврат рулевого вала в «нейтраль», усилие на рулевом валу измеряются так же, как у рулевых механизмов с механической обратной связью.

К основным параметрам оценки технического состояния насос-дозаторов и гидрорулей следует отнести [4]: объем жидкости, подаваемый за оборот рулевого колеса; крутящий момент (усилие); люфт на рулевом колесе; «скольжение»; потери давления в гидроруле; утечки в слив; давление настройки предохранительного, противоударных и противовакуумных клапанов; наружная герметичность. Точное определение данных параметров на стендах дает понятие о техническом состоянии насос-дозаторов и гидрорулей и позволяет сделать четкое заключение о его выбраковке, направлении на ремонт или дальнейшей эксплуатации.

В настоящее время в ремонтном производстве для оценки технического состояния агрегатов гидрообъемного рулевого управления используются стенды КИ-4815, которые имеются в большинстве предприятий [5, 6]. Проверка работоспособности заключается в визуальной оценке внешней герметичности агрегата, определения скольжения и настройке давления предохранительного и противоударных клапанов. Определение подаваемого объема и усилия на рулевом колесе не представляется возможным. Таким образом, некоторые из основных характеристик, характеризующих работоспособность данных агрегатов, остаются неопределенными.

chervjk1.tif

chervjk2.tif

chervjk3.tif

Рис. 1. Стенд КИ-28097-02М

Рис. 2. Стенд НПО «Микрон»

Рис. 3. Стенд серии СГУ

chervjk4a.tif

chervjk4b.tif

chervjk4c.tif

Рис. 4. Комплекты диагностического оборудования

С целью определения имеющегося на рынке в данный момент оборудования, был выполнен анализ средств для оценки технического состояния насос-дозаторов и гидрорулей, заявленных в данной области. Они представлены на рис. 1–4.

Стенд для испытания и регулировки гидроагрегатов рулевого управления КИ-28097-02МА позволяет контролировать давление настройки предохранительного и противоударного клапанов, расход рабочей жидкости. Эта модель в большинстве используется с целью определения технического состояния насосов НШ, гидрораспределителей и гидростатических трансмиссий. Конструкция стенда не позволяет определять такие показатели, как усилие на рулевом колесе и подаваемый объем жидкости.

Стенд для испытания и регулировки гидроагрегатов рулевого управления КИ-28097-02МА позволяет контролировать давление настройки предохранительного и противоударного клапанов, расход рабочей жидкости. Эта модель в большинстве используется с целью определения технического состояния насосов НШ, гидрораспределителей и гидростатических трансмиссий. Конструкция стенда не позволяет определять такие показатели, как усилие на рулевом колесе и подаваемый объем жидкости.

Испытательный стенд научно-производственного объединения НПО «Микрон» (рис. 2) предоставляет техническую возможность визуальной оценки работы насос-дозаторов и гидрорулей, а также настройку их клапанов [7]. Использование с целью оценки технического состояния агрегатов гидрообъемного рулевого управления является нецелесообразным. Стенды серии СНГ объединения «Стендовое оборудование» с помощью стендового гидроцилиндра позволяют воспроизводить усилие на валу испытуемого агрегата, тем самым имитируя воздействие на агрегат со стороны дороги [8]. Данное оборудование не позволяет провести оценку основных паспортных параметров и характеристик насос-дозаторов и гидрорулей. Имеющееся переносное диагностическое оборудование позволяет проводить диагностику непосредственно на технике без демонтажа, но лишь небольшого ряда параметров.

Результаты исследования и их обсуждение

Проведенный анализ средств для оценки технического состояния насос-дозаторов и гидрорулей гидрообъемного рулевого управления показал, что все модели не позволяют в полной мере оценить паспортные параметры и характеристики насос-дозаторов и гидрорулей. Данное оборудование либо предназначено для проверки и регулировки гидроусилителей рулевого управления с механической связью, либо является универсальным. За столь короткий срок внедрения гидрообъемного рулевого управления в технику промышленность не успела запустить производство специализированных стендов для проверки агрегатов гидрообъемного рулевого управления. Таким образом, в настоящее время разработка оборудования для объективной оценки технического состояния гидрорулей и насос-дозаторов является актуальной.

Поэтому в малом инновационном предприятии ООО «Агросервис» при кафедре технического сервиса машин МГУ им. Н.П. Огарева был разработан специализированный стенд для оценки технического состояния насос-дозаторов и гидрорулей гидрообъемного рулевого управления. Стенд позволяет с высокой точностью определять все паспортные характеристики объектов ремонта. В качестве основы был принят стенд КИ-4815, который был модернизирован. Данный стенд хорошо знаком многим ремонтным предприятиям и имеется в наличии, что существенно сократит затраты при модернизации. На рис. 5 изображена схема устройства для оценки технического состояния насос-дозаторов и гидрорулей.

Разработанное оборудование позволяет проводить регистрацию всех основных паспортных характеристик насос-дозаторов и гидрорулей: объем жидкости, подаваемый за оборот рулевого колеса; крутящий момент (усилие); люфт на рулевом колесе; «скольжение»; потери давления в гидроруле; утечки в слив; давление настройки предохранительного, противоударных и противовакуумных клапанов; наружная герметичность.

Стенд включает в себя две основные части: испытательную и нагрузочную. Испытательная часть состоит из линии подключения насоса к гидрорулю и гидроцилиндру. Нагрузочная часть состоит из питающего насоса, гидрораспределителя и гидроцилиндра который будет создавать нагрузку на исполнительный гидроцилиндр, который подключается к испытуемому гидрорулю или насос-дозатору. Эта схема позволяет моделировать воздействия на управляемые колеса со стороны дороги. С целью повышения точности и качества получаемых результатов в предлагаемой модели стенда устанавливаются современные комплектующие (манометры, гидроаппаратура, датчики и т.д.). В качестве программной среды для обработки показаний датчиков нами будет использоваться комплекс LabView. Он хорошо зарекомендовал себя в предыдущих работах [9].

Для качественной оценки эффективности работы стенда были в две стадии проведены эксперименты по определению точности регистрируемых данных и получаемых результатов во время испытаний. Первая – это проверка показаний датчиков в статическом положении. Второй этап – это проведение испытаний новых гидрорулей в трехкратной повторности, сравнении полученных данных с известными результатами и проверка их сходимости.

chervjk5.tif

Рис. 5. Схема устройства для оценки технического состояния насос-дозаторов и гидрорулей: 1, 18 – бак для масла; 2, 17 – насос; 3 – манометр; 4 – предохранительный клапан; 5, 16 – нагружающее устройство; 6 – фильтрующий элемент; 7 – радиатор охлаждения; 8 – руль; 9 – люфтомер; 10 – датчик крутящего момента; 11 – насос-дозатор (гидроруль); 12, 14 – гидроцилиндры; 13 – датчик перемещения; 15 – гидрораспределитель

Для этого нами были в качестве основных параметров для проведения эксперимента выбраны крутящий момент и давления настройки клапанов. Проверку точности измерения и отображения величины крутящего момента проводили следующим образом. К выходной стороне вала, на котором находятся тензодатчики (рис. 5), подвешивались образцовые гири 4-го разряда, при помощи которых проводилось статическое нагружение. Величина плеча для нагрузки равнялась 0,2 м. При этом необходимо было предварительно вал зафиксировать. Нами в качестве проверочного был принят диапазон 0–20 Нм. Именно данное усилие регистрируется на новых агрегатах. Проверку диапазона проводили путем последовательного наложения на подвес 10 образцовых гирь 4-го разряда массой 0,5; 0,5; 1,0; 1,0; 1,0; 1,0 кг. Измерения в каждой точке проводились в трехкратной повторности. Результаты представлены в табл. 1.

Расчет погрешности проводился по формуле

cherv01.wmf

где δ – приведенная погрешность в %;

N – заданное при помощи грузов значение момента;

nдейст – действительная значение момента;

n верх.предел – верхний предел проверяемого диапазона в мин-1.

Таблица 1

Определение погрешности измерения крутящего момента

Величина момента, Нм

Показания, Нм

Погрешность, %

2

2,11

0,55

4

4,11

0,55

8

8,16

0,08

12

12,19

0,95

16

16,20

1

20

20,23

1,15

 

Из табл. 1 видно, что погрешность измерений не превышает 2 %, что удовлетворяет требованиям ГОСТ.

Проверка показаний давления датчиков проводилась путем подключения эталонных манометров в напорную линию и определения погрешности измерения. Результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2

Определение погрешности измерения датчиками давления

Величина настройки предохранительного клапана, МПа

Показания стендового манометра, МПа

Погрешность, %

20

20

0

40

39.5

0,31

80

81

0,06

120

120

0

160

159

0,6

 

Таблица 3

Результаты исследования

Показатель

Паспортное значение

Экспериментальное значение

Погрешность, %

Объем жидкости, см3/об.

144

143

143

142

0,9

Скольжение, об/мин

не более 2

0,5

0,6

0,5

Давление настройки предохранительного клапана, МПа

150

152

150

151

0,7

 

Второй этап состоял из проведения испытания новых гидрорулей марки ХУ145 0/1. Для чистоты эксперимента была принята трехкратная повторность. Полученные результаты сравнивались с паспортными значениями.

В качестве основных регистрируемых параметров были приняты значение крутящего момента на рулевом колесе, скольжение и объем жидкости, подаваемой за оборот рулевого колеса. Полученные экспериментальные данные представлены в табл. 3.

По полученным результатам можно сказать, что присутствует необходимая повторяемость результатов исследований. При сравнении полученных на разработанном оборудовании данных с эталонными, было выяснено, что они отличаются на величину, удовлетворяющую требованиям ГОСТ.

Проведенная оценка эффективности работы оборудования позволяет сделать вывод, что устройство для оценки технического состояния насос-дозаторов и гидрорулей позволяет проводить полную и точную оценку технического состояния агрегатов гидрообъемного рулевого управления. Это что показали испытания, проведенные в МИП ООО «Агросервис».

Выводы

Проведенный анализ средств для оценки технического состояния насос-дозаторов и гидрорулей гидрообъемного рулевого управления показал, что ремонтные предприятия нуждаются в специализированном оборудовании для ремонта агрегатов такого типа. Наличие оборудования, которое с высокой точностью позволяет определять все паспортные характеристики объектов ремонта, позволяет с высокой точностью определить остаточный ресурс агрегата и заранее спланировать его обслуживание и ремонт.

Предлагаемое оборудование позволит существенно сократить затраты времени на испытание, а также повысить достоверность и точность получаемых результатов.