Способ диагностирования гидросистемы механизма навески трактора

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ГИДРОСИСТЕМЫ МЕХАНИЗМА НАВЕСКИ ТРАКТОРА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Басинюк Владимир Леонидович Усс Иван Никодимович Глазунова Анна Александровна Мардосевич Елена Ивановна Борейшо Владимир Евгеньевич Шарангович Андрей Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ диагностирования гидросистемы механизма навески трактора, при котором устанавливают поршни гидроцилиндров механизма навески трактора в крайнее нижнее положение, нагружают механизм навески трактора, включают подачу полного объема предварительно прогретого масла в гидроцилиндры механизма навески трактора и в процессе перемещения их штоков регистрируют диагностические параметры и по ним судят о техническом состоянии гидросистемы, отличающийся тем, что предварительно определяют жесткость гидросистемы механизма навески трактора, а в качестве диагностических 13432 1 2010.08.30 параметров регистрируют затухающие колебания давления масла в гидросистеме механизма навески трактора и угловую скорость вращения входного вала гидронасоса механизма навески трактора, при этом регистрацию этих параметров осуществляют при отрыве от земли и подъеме нагруженного грузом механизма навески трактора, затем из зарегистрированных параметров выделяют значения максимальной амплитуды собственных колебаний давления масла в гидросистеме механизма навески трактора, определяют значение частоты собственных затухающих колебаний давления масла в гидросистеме механизма навески трактора и безразмерный декремент затухания колебаний давления масла, а техническое состояние гидросистемы механизма навески трактора оценивают по значению ее объемного КПД , который определяют из выражения 2( ) 24,(10,68)где- максимальная амплитуда собственных колебаний давления масла в гидросистеме механизма навески трактора- частота собственных затухающих колебаний давления масла в гидросистеме механизма навески трактора- суммарная площадь поршней напорных полостей гидроцилиндров механизма навески трактора- угловая скорость вращения входного вала гидронасоса механизма навески трактора- безразмерный декремент затухания колебаний давления масла- жесткость гидросистемы механизма навески трактора- расчетный объем подачи рабочей среды в гидросистему механизма навески трактора за один оборот входного вала насоса. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют регистрацию затухающих колебаний давления в гидросистеме механизма навески трактора с частотой дискретизации от 100 до 600 Гц. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что регистрируют затухающие колебания давления масла на выходе гидронасоса механизма навески трактора или перед гидрораспределителем, или после гидрораспределителя, или в гидроцилиндрах. 4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что регистрируют затухающие колебания давления масла в гидросистеме механизма навески трактора при полном ходе штоков гидроцилиндров с выделением времени реализации этого хода по осциллограмме давления в гидросистеме. Изобретение относится к области машиностроения, а именно к диагностике и испытаниям гидросистемы механизма навески трактора, и может быть использовано при оценке технического состояния и остаточного ресурса при изготовлении, в условиях проведения технического обслуживания (ТО) и в процессе эксплуатации гидросистемы. Переднее и заднее гидравлические навесные устройства трактора обеспечивают выполнение трактором технологических операций с помощью гидросистемы механизма навески, рабочими органами которой тракторист может управлять со своего рабочего места. В качестве исполнительного механизма используются силовые гидроцилиндры, соединенные с насосом маслопроводами, в которые, как правило, встраиваются предохранительный клапан и гидрораспределитель. Диагностирование технического состояния этой системы - технически сложный и трудоемкий процесс. Известен способ диагностирования гидравлической навесной системы транспортного средства, заключающийся в том, что измеряют значения диагностируемого параметра при движении исполнительного органа навесного устройства в нагруженном и ненагруженном 2 13432 1 2010.08.30 состоянии, определяют условный объемный гидравлический коэффициент, сравнивают его с эталонным и оценивают техническое состояние гидравлической навесной системы по результатам сравнения, причем в качестве диагностируемого параметра используют установившийся расход воздуха в горловине маслобака системы 1. Существенным недостатком данного способа является то, что для его реализации необходимы использование эталонного груза и установка расходомера воздуха в горловину маслобака. Кроме того, на величину контролируемых параметров существенное влияние оказывает объемная производительность насоса, определяемая скоростью вращения его входного вала, который, в свою очередь, жестко связан с двигателем трактора, угловые скорости вращения которого варьируют в широком диапазоне значений. Существенное влияние на контролируемые параметры оказывают объемы подаваемого насосом в гидросистему масла, распределяемые между потребителями, а также температура масла,воздуха и разность этих температур, а также наличие и содержание пузырьков воздуха в масле маслобака. В совокупности это снижает точность диагностирования и ограничивает возможности использования данного способа в условиях эксплуатации. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ диагностирования гидравлической навесной системы трактора 2, при котором прогревают масло в гидросистеме, устанавливают поршни гидроцилиндров механизма навески трактора в нижнее или верхнее положение, механизм навесного устройства нагружают с возрастающим усилием вначале до давления срабатывания золотника, а затем до давления срабатывания предохранительного клапана, регистрируют давления срабатывания золотника и предохранительного клапана и по ним с учетом перемещения штока гидроцилиндра и усилия, приложенного к механизму навески, определяют техническое состояние предохранительного клапана и золотника. К существенным недостаткам данного способа можно отнести то, что для его реализации необходимо устройство, обеспечивающее возрастающее усилие нагружения. Кроме того, оно не позволяет оценить техническое состояние основных компонентов гидросистемы - насоса и гидроцилиндров. Это ограничивает возможности его эффективного использования при диагностировании гидросистемы механизма навески трактора в условиях эксплуатации. Задачей изобретения является повышение точности и информативности, расширение технических возможностей диагностирования гидросистемы механизма навески трактора путем определения его объемного КПД (коэффициента полезного действия) и его потерь в основных элементах гидросистемы. Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе диагностирования гидросистемы механизма навески трактора, при котором устанавливают поршни гидроцилиндров механизма навески трактора в крайнее нижнее положение, нагружают механизм навески трактора, включают подачу полного объема предварительно нагретого масла в гидроцилиндры механизма навески трактора и в процессе перемещения их штоков регистрируют диагностические параметры и по ним судят о техническом состоянии гидросистемы, согласно техническому решению, предварительно определяют жесткость гидросистемы механизма навески трактора, а в качестве диагностических параметров регистрируют затухающие колебания давления масла в гидросистеме механизма навески трактора и угловую скорость вращения входного вала гидронасоса механизма навески трактора, при этом регистрацию этих параметров осуществляют при отрыве от земли и подъеме нагруженного грузом механизма навески трактора, затем из зарегистрированных параметров выделяют значения максимальной амплитуды собственных колебаний давления масла в гидросистеме механизма навески трактора, определяют значения собственных затухающих колебаний давления масла в гидросистеме механизма навески трактора и безразмерный декремент затухания колебаний давления масла, а техническое состояние 13432 1 2010.08.30 гидросистемы механизма навески трактора оценивают по значению ее объемного КПД ,который определяют из выражения,(1)(10,68)где- максимальная амплитуда собственных колебаний давления масла в гидросистеме механизма навески трактора- частота собственных затухающих колебаний давления масла в гидросистеме механизма навески трактора- суммарная площадь поршней напорных полостей гидроцилиндров механизма навески трактора- угловая скорость вращения входного вала гидронасоса механизма навески трактора- безразмерный декремент затухания колебаний давления масла- жесткость гидросистемы механизма навески трактора- расчетный объем подачи рабочей среды в гидросистему механизма навески трактора за один оборот входного вала насоса. Затухающие колебания давления в гидросистеме регистрируют с частотой дискретизации 100600 Гц регистрируют на выходе гидронасоса, перед и после гидрораспределителя и в гидроцилиндрах, а техническое состояние гидронасоса, предохранительного клапана, гидрораспределителя и гидроцилиндров определяют по соответствующему изменению объемного КПД регистрируют при полном ходе штоков гидроцилиндров с выделением времени реализации этого хода по осциллограмме давления в гидросистеме. Расширение технических возможностей диагностирования гидросистемы механизма навески трактора по параметрам объемного КПД в условиях эксплуатации достигается в результате следующего определение объемного КПД гидросистемы осуществляется на основе анализа параметров собственных колебаний давления масла в гидросистеме без применения дополнительных специализированных средств создания возрастающей нагруженности гидросистемы с использованием средств контроля, предусмотренных конструктивным исполнением трактора, то есть тахометра и датчиков давления использование в качестве диагностической информации данных о максимальной амплитуде колебаний давления масла на выходе насоса, в напорной линии, гидрораспределителе и гидроцилиндрах и в дальнейшем определение собственных затухающих колебаний давления масла позволяет определить потери объемного КПД в основных элементах гидросистемы и на основе этого оценить его потери в этих элементах, их техническое состояние и остаточный ресурс определение изменений безразмерного декремента затухания колебаний давления позволяет идентифицировать полученные данные об изменениях объемного КПД в элементах гидросистемы с источниками этих изменений выделение из осциллограммы давления в гидросистеме времени полного хода штока гидроцилиндров позволяет дополнительно уточнить конечное значение объемного КПД гидросистемы и на основе этого повысить достоверность диагностической информации диапазон частот дискретизации регистрируемого давления в гидросистеме определяется тем, что при частоте дискретизации, меньшей 100 Гц, резко снижается точность определения объемного КПД насоса, а при частоте дискретизации, большей 600 Гц,усложняется аппаратное обеспечение системы регистрации диагностической информации и возрастает ее стоимость. На фиг. 1 показана схема гидросистемы механизма навески трактора. На фиг. 2 показана осциллограмма колебаний давления на выходе из на.42 13432 1 2010.08.30 Способ диагностирования гидросистемы механизма навески трактора реализуется следующим образом. Предварительно определяют жесткость гидросистемы механизма навески трактора, нагружая механизм навески грузом и измеряя перемещение штоков гидроцилиндров относительно их корпуса (жесткостьопределяется как отношение нагрузки к обусловленному ее перемещению). При диагностировании запускают двигатель, прогревают масло в гидросистеме, устанавливают поршни гидроцилиндров в крайнее нижнее положение и нагружают механизм навески трактора грузом, величина которого составляет 0,61 от величины максимальной грузоподъемности навесного устройства. Затем включают подачу полного объема масла в гидроцилиндры и при отрыве от земли и подъеме нагруженного грузом механизма навески в процессе полного перемещения штоков гидроцилиндров от нижнего до верхнего крайних положений регистрируют с частотой дискретизации 100600 Гц давление масла на выходе гидронасоса, перед и после гидрораспределителя и в гидроцилиндрах. Одновременно с этим регистрируют угловую скорость вращения входного вала гидронасоса. Из зарегистрированных данных (фиг. 2) значений амплитуд собственных колебаний давления масла (1, 2 р., ) выделяют максимальную амплитуду собственных колебаний давления масла в гидросистеме механизма навески трактора 1 выделяютзначений периодовполных колебаний давления (1, 2, 3, 4 ) выделяютугловую скорость вращения входного вала гидронасоса. С использованием полученных данных рассчитывают частоту собственных затухающих колебаний давления масла в гидросистеме и безразмерный декремент затухания колебаний давления масла 1 Зависимость (1) получена исходя из следующего. Объемный КПДгидросистемы в ее заданной точке определяется как отношение прошедшего через сечение гидропровода объема маслав течение единицы времени к расчетному объемумасла, которое гидронасос должен был подать в гидросистему за этот период времени, то есть.2 Дифференциальное уравнение, описывающее колебания поднимаемого груза, может быть записано следующим образом 22,где- смещение гидросистемы с грузом,- скорость гидросистемы с грузом,ускорение гидросистемы с грузом,- коэффициент затухания при движении гидросистемы с грузом,- угловая частота гидросистемы с грузом,- скорость выдвижения штоков гидроцилиндров. 5 13432 1 2010.08.30 Решение этого уравнения в части амплитуды ускорений поднимаемой массы для значений 0,2 с погрешностью, не превышающей 3 , может быть записано в виде(10,68). где с погрешностью менее 3 для 0,2 величинаАмплитуда колебаний давленияв гидроцилиндрах может быть определена из зависимости(10,68)(10,68) где- ускорение гидроцилиндра- масса груза- жесткость гидросистемы механизма навески трактора- частота собственных затухающих колебаний давления в гидросистеме,откуда 2.(10,68) Поскольку скорость подъема груза пропорциональна объему поступающего в напорные полости гидроцилиндров масла, то 2( ).(10,68)Анализ экспериментальных исследований, проведенных в ОИМБеларуси, подтвердил возможность использования этой зависимости для определения объемного КПД гидросистемы механизма навески трактора Беларус. Пример реализации способа диагностирования гидросистемы механизма навески трактора Беларус Способ диагностирования апробировался на гидросистеме механизма навески трактора Беларус, модель 1523, при подъеме груза массой 3 т на переднем навесном устройстве, имеющем два силовых гидроцилиндра с суммарной площадью поршней напорных полостей, равной 12717 мм 2. Расчетный объем подачи рабочей среды в гидросистему за один оборот входного вала насоса 32 см 3/об. Гидросистема механизма навески трактора (фиг. 1) содержит расходную емкость 1 с рабочей жидкостью, представляющую собой бак трактора для масла, насос 2 с всасывающей гидролинией 3 и напорной гидролинией 4, двигатель 5, связанный с выходным валом насоса 2, управляемый магнитный гидрораспределитель 6 с датчиком 7, модуль управления 8, вычислительное устройство 9, контроллер 10 с аналого-цифровым преобразователем, дисплей 11, датчик числа оборотов 12 двигателя 5, в качестве которого использован тахометр, датчик давления 13 для контроля давления в напорной гидролинии 4 в части,непосредственно размещенной на выходе из насоса 2, переливной клапан 14, связанный с напорной линией 4 и расходной емкостью 1 через сливную магистраль 15 и настроенный на максимально допустимое для нее давление. Датчик давления 16 установлен в гидролинии, связанной с гидрораспределителем 6, датчики давлений 17 и 18 установлены с возможностью измерения давления в силовых гидроцилиндрах 19 и 20. Выходы гидроцилиндров 19 и 20 соединены с расходной емкостью 1 через гидрораспределитель 6 и переливной клапан 14. Подача полного объема масла в гидроцилиндры 19 и 20 контролируется датчиками давления 13, 16, 17, 18 с одновременной регистрацией угловой скорости входного вала насоса 2 датчиком 12 аналоговые сигналы с датчиков поступают на 13432 1 2010.08.30 контроллер 10, первый вход которого связан с вычислительным средством 9, второй - с выходом датчика оборотов 12, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой - с выходом датчиков давления 13, 16, 17, 18 соответственно. Диагностирование гидросистемы механизма навески трактора осуществлялось следующим образом. Предварительно определялось значение жесткости гидросистемы механизма навески трактора , величина которой составила 13,5106 Н/м. В исходном состоянии трактора приводной двигатель 5 вращает гидронасос 2, который по напорной гидролинии 3 через гидрораспределитель 6 работает на сливную гидролинию 15. После установки поршней гидроцилиндров 19 и 20 в нижнее фиксированное положение и размещения на навесном устройстве груза массой 3 т (максимальная грузоподъемность навесных устройств диагностируемого трактора составляла 5 т) формируется команда Пуск, и гидрораспределителем 6 электрическим или механическим модулем управления 8 осуществляется полный объем подачи рабочей жидкости в напорные полости гидроцилиндров 19 и 20. Положение гидрораспределителя 6 контролируется посредством датчика 7. Одновременно с началом подачи масла в напорные полости гидроцилиндров 19 и 20 начинают регистрироваться нормированные аналоговые сигналы с датчиков давления 13,16, 17, 18 и угловой скорости вращения входного вала насоса 2 с датчика 12, которые сначала поступают на контроллер 10, где с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразуются в цифровой вид, а затем передаются на вычислительное средство 9. Одновременно регистрировалась угловая скорость вращениявходного вала гидронасоса 2, величина которой в процессе диагностирования была равна 204 рад/с. Затем из зарегистрированных значений амплитуд собственных колебаний давления масла в гидросистеме (1, 2, 3, 4 9) выделялись значения максимальной амплитуды собственных колебаний давления масла в гидросистеме на выходе насоса , после гидрораспределителяи в напорных полостях гидроцилиндров 1 и 2 соответственно составили 28,2 МПа 27,6 МПа, 127,4 МПа и 227,3 МПа, и выделяли по осциллограмме (фиг. 2) 8 значений периодовполных колебаний давления (1, 2, 3, 4 8). С использованием зависимостей (2) и (3) определялись значения частоты собственных затухающих колебаний давленияи безразмерного декремента затухания колебаний давления , величины которых соответственно составили 9 Гц,0,051. Объемный КПД гидросистемы в каждой из приведенных точек определялся из зависимости (1), значения которого на выходе гидронасоса 1, в гидрораспределителе 1 и нагнетательных полостях двух гидроцилиндров 1 и 2, определенные с использованием зависимости (1) ,оказались равными 2 9(12717 ) 143,14228,273204(10,680,051)350000032 13432 1 2010.08.30 В качестве общего КПД гидросистемы принимался КПД гидроцилиндров, так как по схеме гидросистемы механизма навески трактора гидроцилиндры расположены в ее крайних точках. Сравнивая полученные значения КПД с технической документацией, делаем выводы о состоянии гидросистемы механизма навески трактора. При диагностировании гидросистемы механизма навески трактора в случае использования в качестве дополнительного диагностического параметра значения времени реализации полного хода штоков гидроцилиндров, которое выделяют из осциллограммы давлений в гидросистеме (фиг. 2), способ осуществляется следующим образом. С использованием полученных данных рассчитывают частоту собственных затухающих колебаний давления масла в гидросистемеи безразмерный декремент затухания колебаний давления масла . Полученные значения регистрируется в памяти вычислительного средства. Затем по зависимости (1) определяют значения объемного КПД на выходе гидронасоса, перед и после гидрораспределителя и в гидроцилиндрах. По этим значениям оценивают техническое состояние гидросистемы и ее основных элементов, а по градиенту изменения КПД за рассматриваемый период времени эксплуатации и минимально допустимой величине, регламентированной технической документацией на гидросистему, - остаточный ресурс. Так,например, за период эксплуатации в течение одного года объемный КПД гидропривода трактора снизился на 2,4 с 75,4 до 73 , а значение предельно допустимого объемного КПД рассматриваемого гидропривода составляет 68 . Таким образом, при сохранении существующих условий эксплуатации ориентировочное значение остаточного ресурсасоставляет 7368 2,1 года. 2,4 В качестве дополнительного диагностического признака используют значение времени реализации полного хода штоков гидроцилиндров, которое выделяют из осциллограммы давления в гидросистеме. Это время с учетом числа оборотов насоса также характеризует объемный КПД диагностируемой гидросистемы. Так, например, время полного выдвижения штоков гидроцилиндровна длину 900 мм составляет 15,3 с. При расчетной подаче на оборот входного вала насоса 32 см 3 и суммарной площади поршней напорных полостей гидроцилиндров, равной 12717 мм 2, расчетное теоретическое время полного выдвижения штоков гидроцилиндров при угловой скорости вращения входного вала насоса 200 рад/с должно быть равным 210311,2 . Поскольку реальное и расчетное время пропорционально соответствующим объемам масла, то объемный КПД гидропривода равен 11,273 .15,3 Анализ осциллограммы полного хода штоков гидроцилиндров с выделением времени реализации этого хода по осциллограмме давления в гидросистеме, объемного КПД гидросистемы на выходе гидронасоса 1, в гидрораспределителе 1 и нагнетательных полостях двух гидроцилиндров 1 и 2 с использованием традиционных методов диагностики, включая контроль времени полного хода, показал, что определенный КПД гидросистемы не превышает погрешности измерения при существенно более широких возможностях использования предлагаемого технического решения в условиях эксплуатации. Анализ изменения градиентов давления и безразмерного коэффициента демпфирования позволил с высокой степенью достоверности определить причины снижения 13432 1 2010.08.30 объемного КПД гидросистемы механизма навесного устройства и прогнозировать его остаточный ресурс. Применение предлагаемого способа позволяет более точно диагностировать состояние гидросистемы механизма навески трактора и ее элементов, а также проводить диагностику в условиях эксплуатации трактора. Источники информации 1. А.с. СССР 1206508, МПК 15 19/00,01 15/00, 1986. 2. А.с. СССР 2157472, МПК 15 19/00, 2000. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 9