Жданко Д.А.,

зав. кафедрой эксплуатации машинно-тракторного парка БГАТУ, канд.техн.наук, доцент,

В статье рассмотрены вопросы оценки технического состояния агрегатов гидропривода мобильных технических средств по объемному коэффициенту полезного действия.

In the article the questions of an estimation of a technical condition of aggregates of a hydrodrive of mobile technical means on volumetric factor of efficiency are considered.

Ключевые слова: мобильное энергетическое средство, гидропривод, аксиально-плунжерный гидронасос, утечки жидкости, зазор, давление, коэффициент полезного действия.

Keywords: mobile power tool, hydraulic drive, axial-plunger hydraulic pump, fluid leakage, gap, pressure, efficiency.

Введение

В БГАТУ сотрудниками кафедры ЭМТП разработано диагностическое устройство (рисунок 1) [1-3], позволяющие в условиях хозяйств и предприятий агросервиса проводить объективное безразборное диагностирование аксиально-плунжерных насосов и моторов и при необходимости производить их послеремонтую обкатку.

Оценить техническое состояние основных агрегатов гидропривода мобильных энергосредств возможно по объемному КПД.

Объемные энергетические потери, как показывает практический опыт и результаты многочисленных исследований, являются основным критерием отказа гидронасосов и гидромоторов. Поэтому объемный КПД принят повсеместно в качестве основного диагностического параметра [3-4].

(1)

где Q_т – теоретическая производительность насоса;

V_o – рабочий объем насоса (мотора);

n – частота вращения вала насоса (мотора);

q_ут – утечки жидкости в насосе (моторе).

При оценке технического состояния насоса (мотора) его нагружают до номинальных параметров (n=n_н=const, V_o=V_max=const). Тогда, исходя из зависимости 1, объемный КПД зависит от размера утечек жидкости.

Исходя из вышеперечисленного для диагностирования агрегатов гидростатической трансмиссии, возможно, применять такой показатель как падение давления в контуре, применяя разработанную авторами схему диагностирования.

Основная часть

1. Для диагностирования агрегатов гидростатической трансмиссии навесить диагностическое устройство (рисунок 1) на заднее навесное устройство 1 трактора (рисунок 2). При этом мощность, передаваемая ВОМ трактора должна быть выше мощности привода вала диагностируемого насоса (например, для НП-90 мощность привода 63 кВт);

Рисунок 1 — Диагностическое устройство
1- рама с рамкой автосцепки; 2 — диагностируемый аксиально-плунжерный гидромотор; 3 — диагностируемый аксиально-плунжерный насос; 4 – фильтр; 5 – нагрузочный дроссель-расходомер; 6 – гидравлический тормоз; 7 – гидробаки; 8 – радиатор охлаждения рабочей жидкости; 9 – ременная передача

2. Соединить карданной передачей 2 (рисунок 2) ВОМ трактора с валом привода ременной передачи;

Рисунок 4.2 – Агрегатирование установки
1 – заднее навесное устройство трактора; 2 – карданная передача

3. Залить рабочую жидкость в объеме не более 120 л в гидробаки 7 (рисунок 1);

4. Подготовить аксиально-плунжерный гидронасос к испытанию. Для этого осмотреть корпус насоса на наличие сколов и трещин. Осмотреть в корпусе всасывающие и нагнетательные отверстия, проверить визуально состояние резьбовых и фланцевых соединений, устранить обнаруженные неисправности.

5. Установить диагностируемый насос 1 на промежуточную опору 2 диагностической установки при помощи гаек (рисунок 3);

Рисунок 3 – Монтаж диагностируемого гидронасоса
1 – диагностируемый насос; 2 – промежуточная опора; 3 – рычаг гидрораспределителя

4. Соедините всасывающий рукав 1 (рисунок 4) при помощи резьбового переходника 2 с всасывающей полостью насоса подпитки диагностируемого насоса 3 так, чтобы не было подсоса воздуха при проверке. Другой конец всасывающего рукава 1 соедините с фланцем 4 всасывающей линии (трубопровода) гидробака 5 установки;

Рисунок 4 – Подключение всасывающей полости насоса
1 – всасывающий рукав; 2 – резьбовой переходник; 3 – насос подпитки диагностируемого насоса; 4 – фланец; 5 – гидробак

5. Рукав 1 (рисунок 5) одним концом соединить с дренажным штуцером 2 корпуса диагностируемого гидронасоса 3, а другой конец рукава 1 (рисунок 6) соединить со штуцером 2 радиатора охлаждения 3.

Рисунок 5 – Подключение дренажа, нагнетательной и сливной полостей насоса
1 – рукав; 2 – дренажный штуцер; 3 – диагностируемый насос; 4 –рукав высокого давления; 5 – рукава высокого давления; 6 – полуфланцы; 7 – болт

Рисунок 6 – Монтаж дренажной линии с радиатором охлаждения
1 – рукав; 2 – штуцер; 3 – радиатор охлаждения

6. Вывернуть пробку из отверстия на корпусе насоса для измерения давления срабатывания предохранительного клапана насоса подпитки. К этому отверстию присоединить один конец рукава высокого давления 4 (рисунок 5), а другой конец соединить со штуцером манометра на 2,5 МПа.

7. К нагнетательным и всасывающим отверстиям корпуса гидронасоса 3 (рисунок 5) присоединить рукава высокого давления 5 с помощью полуфланцев 6 и болтов 7, предназначенных для этого.

8. По параметрам диагностируемого насоса определить диаметр отверстия дросселя (рисунок 7) постоянного сечения [ 3, 5];

Рисунок 7 – Дроссель постоянного сечения

(2)

где V_о.н – рабочий объем насоса, м³;

n_н – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, с^-1;

η_o – объемный КПД насоса;

μ – коэффициент расхода;

ρ – плотность жидкости, кг/м³;

p_нам – номинальное давление насоса, Па;

p₁ – давление на входе в насос (после дросселя), Па.

9. Установить дроссель постоянного сечения в корпус 1 (рисунок 8). К корпусу дросселя 1 присоединить рукава высокого давления 2 с помощью полуфланцев 3 и болтов 4, предназначенных для этого. Со стороны нагнетательной полости с помощью рукавов 5 подключить расположенные на панели 1 манометр 2 (рисунок 9) и термометр 6 (рисунок 8), а со сливной – манометр 3 (рисунок 9);

Рисунок 8 – Монтаж дросселя
1 – корпус дросселя; 2 – рукава высокого давления; 3 – полуфланцы; 4 – болты; 5 – рукава высокого давления; 6 – термометр

Рисунок 9 – Щиток приборов
1 – панель приборов; 2 – манометр 40 МПа; 3 – манометр 6 МПа; 4 – манометр 6 МПа; 5 – вакууметр.

Гидравлическая схема подключения диагностируемого насоса приведена в [5].

7. Запустить двигатель трактора и установить максимальную подачу топлива. Включить ВОМ трактора для привода вала гидронасоса. При этом рычаг 3 гидрораспределителя диагностируемого гидронасоса 1 находится в вертикальном положении, когда его подача практически равна нулю.

8. Контроль разрежения на входе в насос подпитки (вакуум на всасывании).

При пуске установки обратить внимание на показания вакуумметра 5 (рисунок 10) на панели приборов. При холодной рабочей жидкости возможно повышение разрежения до 0,049 МПа (0,5 кгс/см²), которое по мере прогрева должно снизится до 0,025 (0,25 кгс/см²), (см. таблица 1).

Таблица 1 – Номенклатура контролируемых параметров насоса НП-90

№ п/п	Контролируемый параметр	Единицы измерения	Значение параметра		Примечание
			номинальное	предельное
1	Давление открытия переливного клапана ГСТ*	МПа	1,34	0,9; 1,60	При температуре рабочей жидкости 50°С предельные значения давления: ниже — 0,9 МПа выше — 1,7 МПа
2	Давление открытия предохранительного клапана системы подпитки гидронасоса НП-90	МПа	1,50	1,1; 1,9	При температуре рабочей жидкости 50°С предельные значения давления: ниже — 1,1 МПа выше — 1,9 МПа

Если разрежение на гидролинии всасывания больше 0,027 МПА (0,27 кгс/см²), то засорен фильтр ГСТ или имеет место сплющивание шлангов от фильтра к насосу подпитки или засорены шланги. Заменить фильтр, прочистить шланги или заменить их.

Если разрежение ниже предельного (см. таблица 1), то это указывает на негерметичность всасывающей полости или на износ насоса подпитки. Устранить негерметичность или заменить насос после его предварительной проверки.

9. Проверка давления открытия предохранительного клапана системы подпитки.

Для проверки предохранительного клапана вывернуть пробку из отверстия на корпусе насоса для измерения давления срабатывания предохранительного клапана насоса подпитки. К этому отверстию присоединить штуцер и один конец рукава высокого давления 4 (рисунок 5), а другой конец соединить со штуцером манометра на 2,5 МПа на панели приборов приставки. Пустить установку и зафиксировать давление на манометре.

Если давление срабатывания клапана не соответствует номинальному значению (см. таблица 1), то необходимо разобрать клапан и очистить его от посторонних частиц. Добавлением или удалением регулировочных шайб довести давление открытия предохранительного клапана до номинального. Остановить установку и отсоединить трубопровод от штуцера-переходника, а штуцер-переходник вывернуть из резьбового отверстия на корпусе гидронасоса и ввернуть в это отверстие ранее снятую пробку.

10. Определение объемного КПД насоса.

Запустить устройство. Медленно поворачивая рычаг 3 гидрораспределителя насоса 1 (рисунок 4), увеличить давление до номинального значения. Зафиксировать давление и температуру рабочей жидкости по показанию манометров 2 и 3 (рисунок 10) и термометра 1 (рисунок 9). По зависимости 3 определить значение объемного КПД насоса. Если объемный КПД находится в интервале от 0,75 до 0,96, насос – исправен.

(3)

где ρ₁– плотность жидкости при температуре T₁, кг/м³;

β_T– коэффициент объемного расширения. Для минеральных масел β_T-6К^-1;

Т – температура жидкости в момент снятия показаний, К;

Т₁ – температура жидкости, при которой определялась плотность ρ₁, К. Для минеральных масел Т₁=293К.

Оценка технического состояния аксиально-плунжерных гидромоторов

11. Подготовить аксиально-плунжерный гидромотор к проверке. Для этого осмотреть корпус гидромотора на наличие сколов и трещин. Осмотреть визуально резьбовые элементы входных и выходных отверстий, фланцевые соединения. Устранить обнаруженные неисправности.

12. Смонтировать на промежуточной опоре 1 корпус гидромотора 2 (рисунок 10). Для этого фланец гидромотора 2 болтами подсоедините к промежуточной опоре 1. С другой стороны промежуточной опоры 1 смонтировать нагрузочный гидронасос 3 с дросселем постоянного сечения, подключенный к гидросистеме согласно пунктам 4 и 5.

Рисунок 10 – Монтаж гидромотора
1 – промежуточная опора; 2 – корпус гидромотора; 3 – нагрузочный гидронасос; 4 и 5 – рукав высокого давления; 6 – рукав

13. Смонтировать на промежуточную опору 2 эталонный гидронасос 1 (объемный КПД 0,96) (рисунок 11). Подключить к системе согласно пунктам 4 и 5;

Рисунок 11 – Монтаж эталонного гидронасоса
1 – эталонный гидронасос (объемный КПД 0,96); 2 – промежуточная опора; 3 – рычаг гидрораспределителя

14. Нагнетательное отверстие гидронасоса 1 (рисунок 11) соединить рукавом высокого давления 4 (рисунок 10) с входным отверстием на корпусе гидромотора 2. Выходное (сливное) отверстие корпуса гидромотора 2 соединить с помощью рукава высокого давления 5 (рисунок 10) с входным отверстием корпуса гидронасоса 1 (рисунок 11);

15. Соединить дренажное отверстие гидромотора 2 рукавом 6 (рисунок 10) с дренажным отверстием 1 эталонного гидронасоса 2 (рисунок 12);

Рисунок 12 – Монтаж дренажной линии
1 – дренажное отверстие; 2 – эталонный гидронасос

16. Присоединить дроссель постоянного сечения 1 (рисунок 13), диаметр которого соответствует номинальному тормозному моменту на валу гидромотора, к нагрузочному гидронасосу 2 и к манометрам 2 и 3 (рисунок 9). Гидравлическая схема проверки гидромотора приведена [5];

Рисунок 13 – Монтаж нагрузочного дросселя
1 – дроссель постоянного сечения; 2 – нагрузочный гидронасос; 3 – рычаг гидрораспределителя

17. Запустить устройство. Прогреть рабочую жидкость до номинального температурного режима.

18. Медленно наклонять рычаг гидрораспределителя насоса 3 (рисунок 11) до максимальной подачи, достичь номинальной частоты вращения вала гидромотора 2 (рисунок 12). При этом рычаг 3 гидрораспределителя нагрузочного гидронасоса 3 (рисунок 13) должен находится в вертикальном положении, когда его подача практически равна нулю.

19. Медленно поворачивать рычаг 3 гидрораспределителя насоса 2 (рисунок 4.14), увеличивать давление до номинального значения. Следить за давлением по показанию манометров 2 и 3 (рисунок 9) и контролировать температуру рабочей жидкости. Снять показания с тахометра, установленного в промежуточной опоре 1 (рисунок 10) о развиваемой валом гидромотора частоте вращения под номинальной нагрузкой.

20. Сделать заключение о техническом состоянии гидромотора [9, 13-14].

(4)

где n _г – частота вращения вала гидромотора, с^-1.

Заключение

Разработана методика оценки технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса агрегатов гидравлических трансмиссий мобильных технических средств в условиях эксплуатации.

Данная методика позволяет оценить техническое состояние гидравлических насосов гидростатических трансмиссий по объемному КПД (зависимость 3), определяемому по развиваемому ими давлению. А также оценить техническое состояние гидравлических моторов гидростатических трансмиссий (зависимость 4) по частоте вращения их выходного вала при номинальной загрузке.

Разработанная методика может быть успешно использована для оценки технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса агрегатов гидравлических трансмиссий мобильных технических средств в условиях эксплуатации на предприятиях АПК.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Тимошенко, В.Я. Диагностирование гидростатических трансмиссий / В.Я. Тимошенко, А.В. Новиков, Д.А. Жданко, Е.С. Некрашевич // Агропанорама. – 2009. – № 1.– С. 44–48.

2. Жданко, Д.А. Предремонтное диагностирование агрегатов гидростатической трансмиссии / Д.А. Жданко, Д.И. Сушко, А.А. Шиш // ІІІ Всеукраїнської науково-практичної конференції «Перспективи і тенденції розвитку конструкцій та технічного сервісу сільськогосподарських машин і знарядь» (м. Житомир, 29-30 березня 2017 року). – Житомир: Житомирський агротехнічний коледж, Житомирський національний агроекологічний університет, Національний університет біоресурсів і природокористування України. – 2017. – С. 99-101.

3. Жданко, Д.А. Диагностирование агрегатов гидростатических трансмиссии/ Д.А. Жданко, В.Я. Тимошенко, Д.И. Сушко // Современные проблемы освоения новой техники, технологий, организации технического сервиса в АПК: материалы Международной научно-практической конференции на 25-й Международной специализированной выставке «Белагро-2015», Минск, 4 июня 2015 г./ М-во с.х. и прод. Респ. Беларусь, РО «Белагросервис», УО «Белорус. гос. аграр. техн. ун-т»; редкол.: Н.А. Лабушев [и др.]. – Минск : Институт системных исследований в АПК НАН Беларуси, 2015. – С. 179-184.

4. Столяров, А.В. Повышение долговечности аксиально-поршневого гидронасоса с наклонным блоком восстановлением и упрочнением изношенных поверхностей деталей: автореф. дис. канд. техн. наук. Саранск, МГУ им. Н.П. Огарева, 2009. – 18 с.

5. Тимошенко, В.Я. Мобильное устройство для диагностирования агрегатов гидростатических трансмиссий / В.Я. Тимошенко, Д.А. Жданко, В.В. Ярош // Изобретатель. – 2019. — №2-3. – С. 34-38.