Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

СРЕДСТВА ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НАСОС-ДОЗАТОРОВ И ГИДРОРУЛЕЙ ГИДРООБЪЕМНОГО РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

Червяков С.В. 1 Казаков А.С. 1
1 Национальный исследовательский Мордовский государственный университет
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.
надежность
насос-дозатор
гидроруль
рулевое управление
ресурс
работоспособность
стенд
1. Сенин П.В., Давыдкин А.М., Червяков С.В. Исследование факторов, приводящих к изнашиванию деталей насос-дозаторов и гидрорулей гидрообъемного рулевого управления // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы: сборник трудов международной конференции. Саранск: Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва, 2014. С. 306–311.
2. Сенин П.В., Давыдкин А.М., Червяков С.В. Насос-дозатор как основной элемент системы гидрообъемного рулевого управления // Энергоэффективность технологий и средств механизации в АПК. Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию ФГБОУ ВПО "МГУ им. Н.П. Огарева" и 50-летию кафедры сельскохозяйственных машин. Саранск: Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва, 2011. С. 199–204.
3. Обидин В.Я., Пашкевич В.В., Смольяков А.И., Кравцов В.В. Стендовые испытания гидрорулей строительных машин // Строительные машины . 1991. № 5. С. 1–42.
4. Калмыков В.Н., Пашкевич В.В. Системы рулевого управления строительных и дорожных машин. 3 изд. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1985. 38 с.
5. Сенин П.В., Давыдкин А.М., Червяков С.В. Технологии ремонта насосов-дозаторов и гидрорулей в условиях существующего ремонтного производства // Энергоэффективные и ресурсосберегаюие технологии и системы. Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 55-летию института механики и энергетики. Саранск: Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва, 2012. С. 364–369.
6. Щербаков В.С., Жданов А.В. Оптимизация конструктивных параметров гидравлических рулевых механизмов строительных и дорожных машин: монография. Омск: СибАДИ, 2010. 176 с.
7. НПО «Микрон». [Электронный ресурс]. URL: www.npo-mikron.ru/stenddwuhpotok.html (дата обращения: 28.08.2019).
8. ПО «Стендовое оборудование». [Электронный ресурс]. URL: www.dta-stend.ru (дата обращения: 28.08.2019).
9. Сенин П.В., Ионов П.А., Кузнецов В.В., Столяров А.В., Земсков А.М., Лезин П.П. Оценка триботехнических свойств конструкционных материалов // Труды ГОСНИТИ. 2018. Т. 130. С. 168–176.

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.


Библиографическая ссылка

Червяков С.В., Казаков А.С. СРЕДСТВА ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НАСОС-ДОЗАТОРОВ И ГИДРОРУЛЕЙ ГИДРООБЪЕМНОГО РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ // Современные наукоемкие технологии. – 2019. – № 10-1. – С. 217-221;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=37727 (дата обращения: 29.10.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074