Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 11
1.1. Анализ работоспособности и ресурса объемного гидропривода ГСТ-90 11
1.2. Причины отказов гидроприводов и распределение нагрузок в гидростатической трансмиссии ГСТ-90 21
1.3. Механизм разрушения деталей и сопряжений в насосе НПА-90
и гидромоторе МПА-90 33
1.4. Способы и средства оценки работоспособности объемного гидропривода ГСТ-90 37
1.5. Цель и задачи исследования 43
2. Теоретическое обоснование способа оценки работоспособности и повышения долговечности объемного гидропривода ГСТ-90 45
2.1.. Теоретический анализ факторов, определяющих работоспособность объемного гидропривода ГСТ-90 45
2.2. Теоретическая модель связи динамики внутренней утечки жидкости и изнашивания сопряжений 51
2.3. Влияние внешних нагрузок и свойств деталей ГСТ-90
на работоспособность гидроагрегата 56
2.4. Создание экспериментального стенда и методики оценки работоспособности объемного гидропривода ГСТ-90 63
3 Общая методика и структура экспериментальных исследований 75
3.1. Программа и структура исследований 75
3.2. Методика проведения стендовых испытаний новых и бывших в эксплуатации объемных гидроприводов ГСТ-90 76
3.3 Методика исследований эксплуатационных дефектов и взносов рабочих поверхностей деталей пар трения 84
3.4. Методика определения уровней варьирования факторов для многофакторного эксперимента 91
3.5. Методика многофакторного планирования эксперимента по определению влияния износов деталей и зазоров в сопряжениях на работоспособность ГСТ-90 94
3.6. Методика проведения и оценки технологического воздействия на рабочие поверхности деталей 99
3.7. Методика проведения эксплуатационных испытаний отремонтированных ГСТ-90 108
4. Экспериментальная оценка работоспособности и долговечности объемногогидропривода ГСТ-90 114
4.1. Результаты стендовых испытаний новых и бывших в эксплуатации объемных гидроприводов ГСТ-90 114
4.2. Экспериментальное исследование дефектов и износов рабочих поверхностей деталей пар трения насоса и гидромотора ГСТ-90 119
4.3. Обоснование необходимой толщины слоя металлопокрытия 127
4.4. Планирование многофакторного активного эксперимента 128
4.5. Влияние износов рабочих поверхностей деталей и зазоров в сопряжениях на работоспособность ГСТ-90 133
4.6. Определение предельных и допустимых износов деталей и зазоров в сопряжениях 136
4.7. Результаты технологического воздействия на рабочие поверхности деталей, оказывающих наибольшее влияние на работоспособность ГСТ-90 139
5. Разработка технологических рекомендаций по ремонту объемного гидропривода гст-90 и оценка их технико-экономической эффективности 155
5.1. Технологические рекомендации по ремонту объемного гидропривода ГСТ-90 155
5.2. Оценка работоспособности и долговечности агрегатов ГСТ-90 по результатам стендовых и эксплуатационных испытаний 161
5.3 Технико - экономическая эффективность от внедрения предложенных технологических рекомендаций 166
Общие выводы 174
Список использованных источников
- Причины отказов гидроприводов и распределение нагрузок в гидростатической трансмиссии ГСТ-90
- Теоретический анализ факторов, определяющих работоспособность объемного гидропривода ГСТ-90
- Методика проведения стендовых испытаний новых и бывших в эксплуатации объемных гидроприводов ГСТ-90
- Результаты стендовых испытаний новых и бывших в эксплуатации объемных гидроприводов ГСТ-90
Введение к работе
Технический уровень современной с.-х. техники определяется требованиями, предъявляемыми к качеству выполнения работ, а также экономичностью и надежностью в эксплуатации» Объемный гидропривод - одна из основных составляющих, характеризующих функциональные возможности и надежность машин. Его агрегаты представляют собой важнейшую часть силовых приводов, преобразующих энергию двигателя в движение рабочих органов с.-х. и промышленных машин.
Современные требования к безотказности и долговечности объемных гидроприводов с.-х. техники обуславливают применение гидроагрегатов высокого технического уровня, конструкционное и технологическое исполнение которых гарантирует длительный срок эксплуатации.
Агрегаты объемных гидроприводов, работающие в идеальных условиях при отсутствии загрязненности рабочей жидкости, с обоснованным выбором запасов прочности и быстроходности, по данным Прокофьева В.Н. [1,2], имеют практически неограниченный ресурс.
В условиях реальной эксплуатации существенное влияние на техническое состояние объемных гидроприводов оказывает ряд факторов, которые могут ограничить срок службы и влиять на работоспособность и долговечность.
Существенным фактором, определяющим ресурс объемных гидроприводов, является чистота рабочей жидкости. Наличие загрязнений вызывает износ пар трения, ухудшает режим смазки, закупоривает каналы малого сечения, приводит к заклиниванию движущихся деталей, повышает силы трения и нарушает работоспособность.
Долговечная и надежная работа гидропривода, кроме условий эксплуатации, зависит также во многом от соблюдения регламента технического об-
служивания. Финансовые затруднения хозяйств, отток квалифицированных кадров приводят к нарушению установленных правил эксплуатации и технического обслуживания. Наличие на рынке и использование дешевых, не отвечающих техническим требованиям, расходных материалов, таких как масло, фильтроэлементы, а также нарушение режимов эксплуатации, периодичности замены масла приводят к нарушению защиты гидросистем от попадания механических примесей, образованию в рабочей жидкости после длительной эксплуатации продуктов распада, что еще больше влияет на работоспособность и ресурс элементов гидропривода.
Обследования 198 комбайнов «Дон-1500Б» выпуска 2001 г., эксплуатировавшихся в гарантийный период (~ 500 мото-ч) в хозяйствах Республик Мордовия, Башкортостан, Чувашия и Липецкой области показали, что наработка до отказа новых объемных гидроприводов ГСТ-90 (гидростатических трансмиссий ГСТ-90) значительно меньше установленного изготовителем норматива -1500 мото-ч [32],
Достоверные данные о техническом уровне, наработке до отказа и межремонтном ресурсе отремонтированных ГСТ-90 отсутствуют.
Также отсутствует совершенная методика оценки работоспособности ГСТ-90. Использование заводских стендов и методики оценки работоспособности в условиях сервисных центров предприятий изготовителей и ремонт-но-технических предприятий (РТП) не представляется возможным по экономическим соображениям, а существующие стенды КИ-4815М, КИ-28097-03М, ИС-50,00.00 не позволяют определять основные технические характеристики объемного гидропривода ГСТ-90 [3-9].
В связи с этим, исследование работоспособности новых и отремонтированных ГСТ-90 и определение методов повышения их надежности является актуальной задачей.
Цель исследования - оценка работоспособности и разработка техно-
7 логических рекомендаций по ремонту объемного гидропривода ГСТ-90,
обеспечивающих 90 - процентный ресурс после ремонта и объёмный коэффициент полезного действия (КПД) агрегатов 0,95.
Для достижения поставленной цели было необходимо создать испытательный стенд и методику испытаний, позволяющих определить техническое состояние новых, бывших в эксплуатации и отремонтированных объемных гидроприводов ГСТ-90.
Объект исследования - новые, бывшие в эксплуатации и отремонтированные объемные гидроприводы ГСТ-90 самоходных сельскохозяйственных машин.
На защиту выносятся:
результаты стендовых испытаний по оценке работоспособности и безотказности новых, бывших в эксплуатации и отремонтированных объемных гидроприводов ГСТ-90;
закономерности износа рабочих поверхностей деталей пар трения «распределитель стальной - распределитель латунный», «поршень - втулка блока цилиндров», «золотник - отверстие корпуса клапанной коробки»;
результаты анализа причин ресурсных отказов ГСТ-90 и установленные предельные значения износов деталей и зазоров в ресурсоопределяющих сопряжениях;
математическая модель связи объёмного КПД ГСТ-90 с износами деталей и зазорами в сопряжениях;
методика оценки допустимых и предельных износов деталей и зазоров в сопряжениях ГСТ-90, определяющих предельно допустимые значения объёмного КПД;
методика и стенд для испытаний на работоспособность объемного гидропривода ГСТ-90;
технологические рекомендации по ремонту ГСТ-90 с применением
8 электроискровой обработки (ЭИО) для восстановления и упрочнения рабочих поверхностей деталей.
Разработанные технологические рекомендации одобрены заводом - изготовителем ГСТ-90 ОАО «Гидромаш» (п Салават, р. Башкортостан) и рекомендованы к использованию в собственных сервисных центрах.
Экономический эффект при программе ремонта 50 комплектов ГСТ-90 в год по новым технологическим рекомендациям составляет 477041 рублей.
Научная новизна работы:
выявлены закономерности распределения износов рабочих поверхностей деталей и зазоров в сопряжениях;
усовершенствованы методика и стенд для испытаний на работоспособность объемного гидропривода ГСТ-90;
получена математическая модель связи объёмного КПД с износами деталей и зазорами в сопряжениях;
многофакторным экстремальным экспериментом установлены допустимые и предельные износы деталей и зазоры в ресурсоопределяющих сопряжениях ГСТ-90;
доказана возможность восстановления и упрочнения изношенных рабочих поверхностей деталей ГСТ-90 методом ЭИО;
- разработаны новые технологические рекомендации по ремонту
ГСТ-90 с восстановлением и упрочнением деталей ресурсоопределяющих
сопряжений, согласованные с заводом - изготовителем и обеспечивающие
90 - процентный ресурс после ремонта.
Программа исследований имела следующую последовательность: получение экспериментального факта, разработка теоретической модели падения объемного КПД методами однофакторного и многофакторного эксперимента. Восстановление и упрочнение рабочих поверхностей деталей методом ЭИО. Достоверность полученных результатов оценивали стендовыми и экс-
9 плуатационными испытаниями- Обработка результатов исследовании проведена с использованием методов математической статистики, статистического и регрессионного анализа, с помощью современных вычислительных средств.
Практическая значимость работы заключается в разработке стенда и методики оценки технического состояния новых, бывших в эксплуатации и отремонтированных объемных гидроприводов ГСТ-90, технологических рекомендаций по текущему ремонту ГСТ-90.
Реализация результатов исследования. Разработанные технологические рекомендации по ремонту ГСТ-90 внедрены в институте механики и энергетики МГУ им- H.IL Огарёва и на ОАО «Грачёвскии завод «Гидроагрегат» Ставропольского края.
Апробация. Основные положения и результаты работы были доложены на Огарёвских чтениях Мордовского госуниверситета (г. Саранск, 2003-2007 гг.), на международных научно-технических конференциях «Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем» (г. Саранск, 2003,2004 гг.), на заседании кафедры технического сервиса машин ИМЭ МГУ им Н.П. Огарева и на секции восстановления и упрочнения деталей ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемни (г. Москва, 2006, 2007 гг.).
Технологические рекомендации по ремонту ГСТ-90 в составе других электроискровых технологий удостоены: золотой медали на V-ой весенней агропромышленной выставке-ярмарке «РОСАГРО - 2005» (г, Москва, ВВЦ, 2005 г.); диплома и серебряной медали 8-ой Российской агропромышленной выставки «ЗОЛОТАЯ ОСЕНЬ - 2006» (г. Москва, ВВЦ, 2006 г.); диплома и серебряной медали Х-го международного салона «АРХИМЕД - 2007» (г. Москва, ВВЦ, 2007 г).
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 9 печатных работах.
10 Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти
глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 224 страницах машинописного текста, включает 74 рисунка и 15 таблиц, список литературы содержит 140 наименований.
Автор выражает особую благодарность за оказанную помощь при выполнении диссертационной работы кандидатам технических наук, доцентам кафедры технического сервиса машин ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева» Ионову Павлу Александровичу и Величко Сергею Анатольевичу,
Причины отказов гидроприводов и распределение нагрузок в гидростатической трансмиссии ГСТ-90
По техническому условию заводов-изготовителей [29, 30] ресурсный отказ ГСТ-90 происходит при снижении объемного КПД щ0 с 0,95 на 20%,
Наиболее полная классификация причин, приводящих к ресурсному отказу объемного гидропривода приведена в работах [36-44]. Их можно разделить на три группы: конструкционные, производственные и эксплуатационные (рис, 1.8).
Конструкционные отказы (20% от общего количества) обусловлены, в основном, наличием «слабых» мест в конструкции изделия.
Производственные отказы (50%) вызываются нарушением требований конструкторской документации, технологии изготовления, применением некондиционных материалов и комплектующих элементов, недостаточным контролем качества в процессе производства. Так5 с начала производства объемного гидропривода ГСТ-90 на разных предприятиях-изготовителях менялись требования к выбору материала наиболее ответственных деталей. По данным Камчугова Н.В. на первых этапах призводства объемного гидропривода на Кировоградском заводе «Гидросила» распределитель латунный и опоры поршней изготавливали из свинцовистой латуни ЛС-59-1, с пределом прочности ав = 380 МПа и твердостью 70,..80 НВ, содержащей в своем составе 0,8 .Л,9% свинца. Распределитель стальной и опору изготавливали из низколегированной инструментальной стали глубокой прокаливаемости марки ХГС с пределом прочности о = 702 МПа и твердостью 59 HRC после объемной закалки. В последствии в качестве материала распределителя стального стали использовать сталь ШХ15СГ-Ш, а в качестве материала распределителя латунного - латунь ЛМцКНС 58-3-1,5-1,5-1. Опору и упор изготавливали из чугуна ВЧ 60-2, блок цилиндров из чугуна СЧ 20.
ОАО «Гидромаш» в качестве материала распределителя стального до 2005 г, использовало сталь Х12Ф1, с твердостью 55...60 HRC, сейчас - сталь ШХ 15, с твердостью 50,.55 HRC. Распределитель латунный изготавливается из латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1. Поршень качающего узла имеет шаровую головку, соединенную подвижно с пятой из латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1 методом отбортовки. При работе насоса и гидромотора пята скользит по опоре или упору из стали ШХ 15, Рабочая поверхность упора закалена ТВЧ на глубину 2,5 мм до 50.,.60 HRC. Блок цилиндров изготавливается из стали 40ХН2МА, запрессованные в него 9 втулок диаметром 020,6324 016 мм изготавливаются из многокомпонентной латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1, а поршни диаметром 02О,6О7±О,ОО24 из стали 50ХФА с твердостью поверхности 56...62 HRC. Глубина закалки 0,8., .1,2 мм.
Смена материала для производства ответственных, прецизионных деталей ГСТ-90 на предприятиях-изготовителях в разные годы проводилась по технико-экономическим соображениям и не обосновывалась теоретическими расчетами и экспериментальными исследованиями. Причины возникновения отказов, как известно, напрямую зависят от свойств материалов деталей.
Неправильно подобранная пара трения может быть менее долговечной той, что заложена в технических требованиях разработчика. Все это сказывается на ресурсе объемного гидропривода и машины в целом. Эксплуатационные отказы (30%) являются следствием нарушений условий работы, на которые рассчитан данный привод, не соблюдение оговоренных в технической документации правил эксплуатации, низкой квалификации обслуживающего персонала, естественного старения и изнашивания.
В работе [34] приведены результаты исследования 30 комплектов ГСТ-90, поступивших на ремонт в Колташовское РТП Курганской области, с целью определения причин отказа деталей и сопряжений, определяющих ресурс гидротрансмиссии. По результатам дефектации деталей и микрометраж-ных исследований автор работы [34] считает, что ресурсные отказы объемного гидропривода ГСТ-90 связаны только с износами распределителей: стального и латунного, следовательно, работоспособность гидроагрегатов можно восстановить только заменой этих деталей.
По его расчётным данным следует, что если площадь износов S уплотняющих поясков распределителей превышает 920 мм2, то происходит отказ ГСТ-90. Износ других сопряжений не оказывает существенного влияния на КПД гидротрансмиссии.
На рис. 1.9 приведены экспериментальные данные об изменении общего КПД ц гидромотора МПА-90, с изменением рабочего давления Р и площади износа уплотняющих поясков SU3tl [34].
Как видно из рис. 1.9 повышение рабочего давления приводит к снижению общего КПД, следовательно, к возрастанию утечек.
Эти данные соответствуют гидромотору, у которого также изношены другие сопряжения. То, что кривая при Ш = 591 мм2 расположена выше кривой SUM = 0 по нашему мнению, объясняется тем, что во-первых дефекта-ция и микрометражные исследования не позволяют выявить детали, непосредственно вызвавшие потерю работоспособности гидротрансмиссии, и, во-вторых, пренебрегать степенью влияния на работоспособность гидроагрега тов других ИЗНОШЕННЫХ деталей оез проведений миогофакторного жспери В процессе экспериментальных исследований установлено, что наибольшее давление равное 25 МПа, возникает лишь при трогании комбайна с места и при преодолении одиночных препятствий. Среднее рабочее давление составляет 16,5 МПа, а стандартное отклонение а 1,74 МПа.
Платность распределения рабочего давления Р, в насосе и гидромоторе подчиняется закону:
По техническому условию фирмы «Sauer-Sundslrand», номинальное рабочее давления ГСТ-90 составляет 21 МПа при п - 1500 об/мин, а максимальное, ограниченное клапанами высокого давления, равно 35 МПа.
В настоящее время ОАО «Гидромаш» поднял номинальное рабочее давление ГСТ-90 до 27 МПа при п = 1500 об/мин, а максимальное до 40 МПа, за счёт улучшения качества изготовления» с целью повышения производительности техники [24,25,29,30].
Рабочая жидкость, используемая в ГСТ-90, кроме функции энергоносителя обеспечивает смазку узлов трения. Поэтому к жидкости предъявляются особо повышенные требования по чистоте, газонасыщенности и температурным изменениям характеристик, т.е. она должна обладать физической и химической стабильностью [1,2, 36,39-42, 45-48].
Исследованиями Барышева В.И. [36] установлено, что загрязнение рабочей жидкости отечественных гидроприводов тракторов и сельхозмашин в 4 раза выше зарубежных. Это связано, в частности, с недостаточно высокой эффективностью систем фильтрации и защиты гидропривода от загрязнений. Так, например, в общей стоимости гидропривода отечественных сельхозмашин затраты на фильтры не превышают 1%, в то время, как в Японии - 2,2%, ФРГ - 6,3%, Франции - 2,6%, Англии - 3,7%, а в США - 4,3%.
Теоретический анализ факторов, определяющих работоспособность объемного гидропривода ГСТ-90
Наиболее важной технической характеристикой насоса НПА-90 и гидромотора МПА-90 объемного гидропривода ГСТ-90 является коэффициент полезного действия (КПД), определяемый по формуле [1,2, 24, 25? 29,30,45,48]: где rfHOI qM0 - объёмный КПД насоса и гидромотора, соответственно; Цнгю Цмгм - гидромеханический КПД насоса и гидромоторамотора; NH - мощность привода, кВт; Nn - мощность потока жидкости, кВт; МФА - приводной крутящий момент, Нм; пн - частота вращения вала насоса, об/мин; Q - фактическая объёмная подача насоса, определяемая экспериментальным путём, л/мин; ЛР = Р-р - перепад давления в гидромоторе, МПа; Р - давление в линии нагнетания, МПа; р - давление жидкости на выходе из гидромотора (давление подпитки), МПа; Л - эффективная мощность гидромотора, кВт; ()Мф - фактический расход гидромотора, л/мин. Объёмный КПД насоса НПА-90 [24,25]: п _Й _» МВ- ,22ч где Qp - теоретическая (расчётная) подача жидкости за пн оборотов в минуту, л/мин; VHp - рабочий объём насоса, 0,. .89 см3.
Гидромеханический КПД насоса зависит от потерь энергии на трение в самом насосе, вязкостного и смешанного трения, дискового трения и трения в насосе подпитки. Классическое уравнение баланса расхода жидкости в насосе опреде ляется по формуле: 2«Ф = 0г-Яу, (2.3) где qy - объемная внутренняя утечка жидкости при номинальной частоте вращения и номинальном давлении, qy = qym + qx; qym - утечка жидкости через зазоры насоса, л/мин; q7 -расход потерь сжатия (заполнение «мёртвых» объёмов насоса), л/мин.
Однако в регулируемом насосе, по нашему мнению, объемного гидропривода внутренняя утечка жидкости оказывает более сложное влияние на фактическую объемную подачу. С одной стороны в процессе эксплуатации гидропривода жидкость протекает через щели распределительной, поршневой и золотниковой пар (рис. 1.2, 1.15) снижая подачу, с другой повышенная утечка влияет на систему сервоуправления, не позволяя наклонить качающий узел насоса на необходимый угол. Это также существенно снижает подачу (рис Л Л., 1Л6).
Уравнение баланса основных источников внутренней утечки жидкости (согласно закону Пуазейля) в насосе или гидромоторе можно записать в виде [104-109]: Чу = ЧЧп + Я J + Чр + Чз -»л/мин (м3/с), (2.4) , nd Pzn4i з Л где qAq,)- — 1 + -S - утечка жидкости через эксцентричный \2Lfi \ 2 ) кольцевой зазор z (м) в поршневой или золотниковой паре, л/мин; z = ——-; d- средний диаметр кольцевой щели, м; L - длина поршня, золотника, м; pi - динамическая вязкость жидкости, Пас; е- эксцентриситет уплотнения, м; АР - перепад давления, Па; qm -——— утечка в соб/і ІіА 1 пряжении «пята-опора», «пята-упор», л/мин; zm - ширина канала утечек, мм; Р2 - давление на внешнем г2 (м) радиусе уплотнения, Па; г/ - внутренний радиус уплотнения (м); qp - утечка жидкости через распределительные пары с волнистостью и эксцентриситетом рабочих поверхностей и танген циально изменяющейся толщиной масляной плёнки»
По Снеку (HJ. Sneck) [97, 108, 109] утечка жидкости через торцовый уплотнитель (рис. 2.1) с волнистостью и эксцентриситетом рабочей поверхности и тангенциально изменяющейся толщиной масляной плёнки (турбулентный режим) при разных числах оборота определяется по формуле: У рвяшФ +- = ъ-гмт 0,95 PV З [і + 0,7йг] & г -г4 Г2 і »- J4 1- ,м3/с5 (2.5) где Pi - давление на внутреннем радиусе уплотнения, кгс/м; Р2 - давление на внешнем радиусе уплотнения, кгс/м2; г і - внутренний радиус уплотнения, м; г2 - внешний радиус уплотнения, м; р - плотность жидкости, кгсс /м ; со - угловая скорость уплотнения, с ; zp - торцовый зазор в распределительной паре, м; а - отношение амплитуды волнистости поверхности к величине зазора zp\ г - эксцентриситет уплотнения, м; 0 - фазовый угол между проекцией центра линии центров и линией начала отсчёта волнистости, рад; fi - динамическая вязкость жидкости, кгс-с/м2 (в ф. 2,5 размерность по системе единиц МКГСС (MKGS)).
Методика проведения стендовых испытаний новых и бывших в эксплуатации объемных гидроприводов ГСТ-90
Оценку работоспособности новых и бывших в эксплуатации объемных гидроприводов ГСТ-90 проводят стендовыми испытаниями. Для определения технических характеристик ГСТ-90 разработаны и используются различные методики и стенды (см. главу 1).
Оценка технического состояния новых ГСТ-90 заводами-изготовителями проводится на специальных стендах по собственной методике.
Нами на заводском стенде ОАО «Гидромаш» были проведены стендовые испытания партии новых объемных гидроприводов.
Целью данных исследований являлось установление технических характеристик (объемный КПД, развиваемое давление, крутящий момент) новых ГСТ-90, поступающих на эксплуатацию.
Испытания проводились на обкаточно-тормозном стенде ZSE PRAHA (Чехословакия). Данные стенды имеются только на предприятиях-изготовителях ГСТ-90 (ОАО «Гидромаш», ОАО «Гидросила», ОАО «Парго-ловский завод»).
Стенд оборудован специальными приборами и обеспечивает загрузку гидротрансмиссий на различных режимах испытаний (обкатка, номинальное нагружение, максимальная загрузка), а методика испытаний позволяет в полной мере контролировать все основные технические характеристики.
Общий вид стенда представлен на рис. 3.1,
На рис, 3.1 а представлен приводной электродвигатель 1 (N= 315 кВт, п = 3000 об/мин) с установленным насосом НПА-90 2. Поворот рычага сер-воклапана насоса осуществляется электродвигателем с червячным редуктором 3, Электрогенератор 4 с установленным гидромотором МПА-90 5 представлен на рис. ЗЛ б. Электродвигатель и электрогенератор оснащены динамометрами с пределами измерения 62,5 - 1250 Нм. На рис. ЗЛ в, г представлены пульт управления и электронный вычислитель расхода жидкости ВР-1 в кошшект расходомера рабочей жидкости РСТ (Россия, г. Ар змас) Дта ижершия тастоты вращения вала насоса и гвдромотора исполь зуются тахометры TESLA ХР 1506 А 7 (Чехословакия),
Стенд может использоваться дм испытаний всего тапоразмерного рада объемных гидроприводов ГСТ производства ОАО «Гадромаш». ТреМттшя мтдй ызгмшшпеля к степдтым испытаншш; - перед ЙСПЫТШШШЙ ігри отсутствии объемной подзта в дшішоне частоты ир&щ&ния входного вал& 15G(h« JQ00 об/мин необходимо провести контроль соответствия ераОатыкания шшпанв давления насоса подпитан 1,5 МПа; - давление в линиях управления и подпитки изделия на всех режимах испытаний и в нейтральном положении рычага управления должно соответствовать значениям 1,2...1,5 МПа; - давление в корпусе на всех режимах испытаний должно быть не более 0 25 МПа, изделие должно быть герметичным; - в качестве рабочей жидкости должно использоваться масло МГЕ-46В (ТУ 38.001347-2000) или его заменители; -температура рабчей жидкости во время испытаний и контроля параметров должна составлять 50±5С. Допускается кратковременное повышение температуры до + 80С при испытаниях на функционирование и прочность; - чистота рабочей жидкости в гидросистеме стенда после испытаний должна быть не хуже 12 класса чистоты по ГОСТ 17216. Проведение испытаний. Перед обкаткой изделие устанавливали на стенд (рис. 3.1).
Гидросистема стенда включает манометры давлений жидкости для контроля высокого давления, давления подпитки и давления дренажа, мано-вакуумметр, для контроля давления разрежения на входе в шестеренный насос подпитки, фильтр всасывания, расходомеры жидкости РСТ, для контроля объемной подачи насоса и расхода гидромотора, работающие при высоком давлении (до 40 МПа), контур очистки, состоящий из электродвигателя, насоса и фильтра очистки, бак для рабочей жидкости.
Снаружи насос и гидромотор промывали бензином-растворителем ГОСТ 3134-78 и спиртом этиловым техническим ГОСТ 17299-78, обдували сухим сжатым воздухом ГОСТ 17433-80 под давлением 0,3...0,6 МПа и протирали фильтровальной бумагой марки ФС ГОСТ 12026-76 до полного отсутствия следов промывочной жидкости на фильтровальной бумаге.
Включали балансирные динамометры электродвигателя и электрогенератора. Увеличивая частоту вращения входного вала насоса до 1500±50 об/мин, без подачи управляющего сигнала, контролировали давление (1,5 МПа) влинии подпитки по манометру.
Результаты стендовых испытаний новых и бывших в эксплуатации объемных гидроприводов ГСТ-90
Изготовитель [30, 113], по техническому условию, должен выпускать объемные гидроприводы, развивающие при номинальной частоте вращения вала насоса пи = 1500 об/мин и давлении Р = 27 МПа (номинальное давление) номинальную подачу насоса Qmin не менее 125,5 л/мин, при среднем значении QHcp - 126,8 л/мин, и развивать на валу гидромотора крутящий момент не менее Мфн = 326 Нм. Предохранительный клапан открывается при давлении Ртах= 40 МПа, Подача насоса при этом давлении понижается до 122,8 л/мин (см, рисЛ.З).
Стендовые испытания по методике, приведенной в параграфе 3.2,10-ти новых ГСТ-90, взятых с конвейера завода показали, что параметры подачи нового насоса НПА-90 при пн = 1500 об/мин и давлении Р = 27 МПа составляют; сдвиг распределения Qmin = 125,0 л/мин; среднее значение qcp = 1,3 л/мин; стандартное отклонение а - 0,316 л/мин; коэффициент вариации V — 0,19, т.е. распределение подачи подчиняется нормальному закону:
Графическое изображение распределения подачи приведено на рис.4 Л.
Испытания показали, что средняя подача нового насоса НПА-90, равная Qcp = Qmin + qcp = 125,0 + 1,3 = 126,3 л/мин, ниже среднего значения, установленного разработчиком, на 0,5 л/мин, т.е. 100% насосов по подаче не отвечают техническим условиям.
Это связано с тем, что с увеличением давления в линии нагнетания подача уменьшается. Разработчиком ГСТ-90 («Sauer-Sundstrand») установлено, что для данного агрегата номинальное давление при пц - 1500 об/мин равно 21 МПа. ОАО «Гидромаш» поднял номинальное давление для режима 115 пн = 1500 об/мин до 27 МПа без изменения конструкции агрегата. Это и привело по нашему мнению, к уменьшению объемной подачи и объемного КПД всего гидропривода.
По результатам испытаний новых объемных гидроприводов ГСТ-90 производства ОАО «Гидромаш» выпуска 2005 г. можно сказать, что технические характеристики выпускаемых объемных гидроприводов близки к нормативным требованиям.
В приложении А приведены результаты испытаний бывших в эксплуатации комплектов ГСТ-90, по динамической и статической методикам проверки.
На рис. 4.3 представлена интегральная функция распределения давления в линии нагнетания испытанных объемных гидроприводов ГСТ-90 при заторможенном вале гидромотора и максимальной подаче насоса.
Распределение давления нагнетания бывших в эксплуатации ГСТ-90 подчиняется закону Вейбулла:
Среднее развиваемое давление составляет Р = 9,3 МПа и не соответствует нормативному значению 21 МПа установленному конструктором-разработчиком «Sauer-Sundstrand» и 27 МПа установленному заводом изготовителем «ОАО «Гидромаш».
Из рис. 4.3 видно, что вероятность поступления на ремонт обьемных гидроприводов, не развивающих номинального значения давления Р - 21 МПа составляет 91%, а давления Р -21 МПа составляет 96%. Вероятность поступления на ремонт объемных гидроприводов не развивающих максимального значения давления, ограниченного клапанами Р - 350 МПа составляет 98,6%, а давления Р = 40 МПа составляет 99%,
Результаты динамической проверки следующие: У 56,8 % ГСТ-90 при работе насоса вал гидромотора вращался; у 43,2% испытанных ГСТ-90 вал гидромотора не вращался ни в одном из направлении; 91,9% объемных гидроприводов не развивало нормативного давления установленного конструктором разработчиком Р = 21 МПа; 8,1 % гидроприводов развивало нормативное давление Р = 21 МПа, но не развивало необходимого минимального нормативного давления подпитки р = 1,2 МПа, поэтому данные гидромашины считались неработоспособными; 100% объемных гидроприводов не развивало нормативного давления установленного заводом изготовителем Р-21 МПа; у 21,6% ГСТ-90 имелись подтекания рабочей жидкости через торцовые уплотнения вала; у 16,2% ГСТ-90 отсутствовало давление подпитки, при нейтральном положении рычага сервоклапана; у 10,8 % ГСТ-90 были слышны посторонние шумы в насосе и гидромоторе при работе гидропривода; Таким образом, все 100% ГСТ-90, бывшие в эксплуатации и подвергнутые испытаниям оказались неработоспособными.
На рис, 4,4 представлена интегральная функция распределения скорости утечки рабочей жидкости в дренаж, при статической проверки насоса НПА-90 и гидромотора МПА-90.
Средняя скорость утечки жидкости в дренаж составляет q - 1 л/мин, что выше допустимого значения q = 2,75 л/мин. Стандартное отклонение а = 8,26 л/мин. Вероятность поступления на ремонт объемных гидроприводов, в агрегатах которых скорость утечки жидкости в дренаж превышает допустимое значение q = 2,75 л/мин составляет 61%. Вероятность поступления на ремонт объемных гидроприводов, скорость утечки жидкости в которых не превышает допустимого значения составляет 39%.
Таким образом, динамическая и статическая проверки бывших в эксплуатации ГСТ-90 показали, что результаты, полученные по этим методикам, имеют существенное расхождение. По результатам динамической проверки агрегатов установлено, что только 9% ГСТ-90 развивают давление Р = 21,0 МПа, т.е. доля неработоспособных агрегатов, по давлению нагнетания, равна 91%, Статическая проверка ГСТ-90, по утечке жидкости, показывает, что доля неработоспособных агрегатов составляет 61%.
После проведения входного стендового контроля агрегаты отправлялись на первичную дефектацию и микрометражные исследования.
