Создание стенда для послеремонтных испытаний гидромоторов дорожных, строительных и подъемно-транспортных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.04, кандидат технических наук Маслов, Николай Александрович

• Маслов, Николай Александрович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Маслов, Николай Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Требования к достаточным условиям испытаний и стендам для испытаний гидромоторов.:.

1.2. Стенды для испытаний гидромоторов.

1.3. Устройства для измерения нагрузки на валу гидромотора.

ВЫВОДЫ.

2. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРА ПОСЛЕРЕМОНТНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ГИДРОМОТОРА. РАЗРАБОТКА МЕТОДА НАГРУЖЕНИЯ ГИДРОМОТОРА И ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО СТЕНДА.

2.1. Обоснование выбора параметра послеремонтного диагностирования гидромотора и разработка метода нагружения гидромотора

2.2. Разработка принципиальной схемы диагностического стенда.

ВЫВОДЫ.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВЛИЯНИЯ ВЕЛИЧИНЫ МАХОВОЙ МАССЫ НА ПАРАМЕТР ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ГИДРОМОТОРА.

3.1. Обоснование необходимой точности определения момента инерции маховика нагрузочного устройства.

3.2. Устройство экспериментального стенда.

3.3. Программа и методика экспериментальных исследований.

3.3.1. Определение минимально допустимого момента инерции маховой массы.

3.3.2. Определение КПД гидромотора.

ВЫВОДЫ.;.:.

4. ОСНОВЫ МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО СТЕНДА ДЛЯ ПОСЛЕРЕМОНТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ГИДРОМОТОРОВ.

4.1. Номенклатура испытываемых на стенде гидромоторов.

4.2. Параметры нагрузочного устройства.

4.3. Параметры контрольно-измерительной системы.

4.4. Параметры режима испытания гидромотора.

4.5. Продолжительность испытания гидромотора.

4.6. Параметры силовой установки.

4.7. Последовательность проектирования нагрузочного устройства и стенда.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Создание стенда для послеремонтных испытаний гидромоторов дорожных, строительных и подъемно-транспортных машин»

Актуальность темы.

В настоящее время объемные гидромашины применяются во многих областях техники. Например, их используют в качестве гидромоторов, насосов, измерителей расхода и делителей расхода жидкости в гидравлических приводах дорожных, строительных и подъемно-транспортных машин, промышленного оборудования, в авиационной и космической технике, морском и сухопутном транспорте, в механизированном инструменте и др. Общее количество гидромоторов, установленных на дорожных, строительных и подъемно-транспортных машинах в России, составляет примерно 180 тысяч единиц. Известно, что 60% машин парка имеют истекший срок службы. Тогда примерно 110 тысячам гидромоторов требуется ремонт.

Строительные машины, как правило, эксплуатируются на открытом воздухе. Запыленность, широкий диапазон изменения температуры, частые перегрузки рабочих органов и вибрация отрицательно сказываются на работе гидропривода и требуют своевременного проведения технического обслуживания и ремонта. Ресурс аксиально-поршневого гидромотора даже при соблюдении всех условий эксплуатации около 4000 часов. На примере строительных машин установлено, что более 18% целосменных и 4,5% внутрисменных простоев машин объясняются техническими неисправностями и отказами, из которых до 40% и более приходится на долю гидропривода.

Для гидроприводов характерны сложность выявления неисправностей, высокие требования к техническому оснащению рабочих мест и качеству ремонта. Особенности работы, эксплуатации и ремонта агрегатов гидропривода требуют совершенствования существующих и создания новых методов и средств для производственных и послеремонтных испытаний.

Параметры функционирования гидромотора можно измерить только при его работе с нагрузочным устройством, создающим сопротивление вращению вала, которое необходимо измерять с высокой точностью. Нагрузочное и измерительное устройства для определения вращающего момента на валу в значительной мере определяют сложность и стоимость стенда для испытаний гидромотора. Поэтому возникает необходимость в разработке новых методов и средств нагружения гидромотора, позволяющих надежно и с меньшими затратами испытывать гидромоторы на ремонтных предприятиях. Количество измеряемых при диагностировании параметров должно быть минимальным, а их измерение - простым и удобным. Использование таких способов и средств на ремонтных предприятиях является перспективным, а исследования, направленные на их разработку, актуальными.

Целью работы является обоснование метода инерционного нагружения гидромоторов при их послеремонтном испытании и создание на этом принципе стенда.

Идея работы заключается в применении маховой массы в качестве нагрузочного устройства гидромотора.

Задачи исследований:

- обосновать параметр диагностирования гидромотора для условий ремонтного предприятия;

- разработать метод нагружения гидромотора в процессе его послеремонт-ного диагностирования и создать испытательный стенд;

- провести экспериментальные исследования по определению влияния величины маховой массы на параметр диагностирования и разработать методику расчета основных параметров стенда промышленного исполнения.

Методы исследований - эксперименты на физической модели стенда, компьютерный анализ экспериментального материала."

Научные положения, защищаемые автором:

- параметром диагностирования гидромотора является продолжительность его разгона до установившейся частоты вращения;

- безразборная диагностика гидромотора при использовании метода инерционного нагружения наиболее эффективна и достоверна; нагрузочный момент создается маховой массой на валу гидромотора при ее разгоне до номинальной скорости;

- существует минимальная величина маховой массы, влияющая на достоверность определения продолжительности разгона и фактического КПД гидромотора; при расчете маховой массы используется безразмерный комплекс, включающий минимальный момент инерции, давление в напорной магистрали, рабочий объем и номинальную частоту вала.

Достоверность научных результатов. Достоверность научных положений подтверждена необходимым объемом экспериментальных исследований; применением современной аппаратуры и методов обработки результатов.

Новизна научных положений:

- обосновано использование продолжительности разгона гидромотора в качестве диагностического параметра;

- предложен метод испытаний объемных гидромоторов, использующий в качестве нагрузки инерцию маховой массы;

- выявлено влияние момента инерции маховой массы на достоверность определения продолжительности разгона и фактического коэффициента полезного действия гидромотора.

Личный вклад автора заключается: в обосновании параметра диагностирования гидромотора; в разработке метода нагружения и принципиальной схемы стенда для испытания гидромоторов в условиях ремонтного предприятия; в создании экспериментального стенда для исследования влияния величины маховой массы нагрузочного устройства на параметр диагностирования гидромотора; в постановке, проведении экспериментов, обработке экспериментальных данных и их интерпретации; в разработке методики проектирования стенда для испытания гидромоторов.

Практическая ценность заключается в разработке и обосновании метода и создании стенда (патенты РФ на полезную модель №41812 и №47057) позволяющих снизить затраты на проведение послеремонтных испытаний гидромотора.

Реализация работы в промышленности. Полученные результаты работы переданы Западно-Сибирской железной дороге, г. Новосибирск, для использования основных результатов исследований и создания стенда для испытаний гидромоторов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на конференциях: "Транспортные системы Сибири" (Красноярск, 2005), "Интеллектуальный потенциал Сибири" (Новосибирск, 2003), Наука и молодежь XXI века (Новосибирск, 2003), "ВУЗы Сибири и Дальнего Востока ТРАНССИБУ" (Новосибирск, 2002), семинарах кафедры "Механизация путевых, погрузочно-разгрузочных и строительных работ" Сибирского государственного университета путей сообщения (СГУПС) и Института горного дела СО РАН.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах, включая 2 патента РФ на полезную модель.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Содержит 128 страниц машинописного текста, включая 44 рисунка, 51 таблицу, и список литературы из 75 наименований и 5 приложений.

Заключение диссертации по теме «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины», Маслов, Николай Александрович

Выводы

Разработаны основы методики проектирования производственных стендов для испытания гидромоторов с инерционным нагрузочным устройством. Приведены примеры расчета маховика нагрузочного устройства (Приложение В), нагрузочного устройства (Приложение Г), определены основные параметры и приведен пример устройства стенда для испытания аксиально-поршневых гидромоторов марок 210.16 и 210.20 и их аналогов (Приложение Д).

Основные рекомендации к проектированию стенда

1. При диапазоне мощностей ремонтируемых на предприятии гидромоторов от 10 до 100 кВт нужны два стенда - один для гидромоторов 10-50 кВт, другой - для гидромоторов 50-100 кВт.

2. При расчете продолжительности испытания гидромотора число циклов разгона-торможения рекомендуется принимать равным 10.

3. Параметры режима испытания гидромоторов принимать номинальными (номинальное давление в напорной линии и номинальная частота вращения вала) для гидромоторов мощностью до 75 кВт, остальных - по ГОСТ 20719-83.

4. В качестве диагностического параметра использовать продолжительность разгона маховика стенда от нулевой до номинальной частоты при номинальном давлении.

5. При разработке измерительной системы выбирать датчики класса точности 0,5, приборы визуального контроля - 1,0.

6. При проектировании стенда, предназначенного для испытаний гидромоторов нескольких типоразмеров, для снижения металлоемкости стенда и уменьшения времени испытания целесообразно применение маховиков с моментами инерции, обеспечивающими время разгона в диапазоне 3. 15 с.

7. В нагрузочном устройстве стенда желательно иметь не более двух маховиков.

8. Маховики с диаметром до 1 м, выполненные из качественных сталей с пределом текучести 300.700 МПа и разгоняемые гидромоторами с частотами вращения вала 25.40 об/с (окружные скорости не более 100. 150 м/с) допускается на прочность не рассчитывать. Допускается изготавливать такие маховики в форме дисков: с ободом и без (диск постоянной толщины), с отверстием или без него.

9. В целях минимизации массы маховика рекомендуется изготавливать его в форме диска с ободом и отверстием и принимать:

- отношение ширины обода к наружному диаметру равным 0,05,

- отношение внутреннего диаметра обода к наружному 0,8.

10. При создании стендов различных конфигураций, размеров и мощности целесообразно использовать силовые установки, собранные из модулей с электродвигателями одной серии и частотой вращения вала, обеспечивающей требуемую производительность насосной установки.

11. В целях минимизации номинальной мощности электродвигателя силовой установки (по сравнению с расчетной не менее чем в 2 раза), расчетную относительную продолжительность включения принимать равной не более 25 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наиболее важные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. Анализ существующих методов, средств нагружения, испытания, измерения нагрузки на валу гидромотора и оценка их применимости для условий ремонтного предприятия, показал необходимость создания новых методов и средств нагружения, позволяющих надежно и с меньшими затратами качественно испытывать гидромоторы на ремонтных предприятиях.

2. Обоснован параметр послеремонтного диагностирования гидромотора. Установлено, что использование продолжительности разгона в качестве параметра диагностирования, при оценке качества ремонта и восстановления КПД как комплексного параметра функционирования гидромотора обеспечивает требуемую государственным стандартом точность его определения по результатам измерения установившейся частоты вращения и продолжительности ее достижения.

3. Разработан метод инерционного нагружения гидромотора в процессе его послеремонтного диагностирования, заключающийся в использовании нагрузочного устройства, выполненного в виде маховой массы, соединенной с валом испытуемого гидромотора, нагрузочный момент на валу которого создается при разгоне маховой массы до номинальной скорости, а его величина равна произведению момента инерции маховой массы на ее угловое ускорение.

4. Разработаны принципиальные схемы испытательных стендов, в которых используется принцип создания нагрузки за счет разгона маховой массы до номинальной скорости гидромотора.

5. Получены экспериментальные данные о влиянии величины маховой массы на параметр диагностирования. Установлено минимальное значение маховой массы, определяющее достоверность испытаний. Предложен безразмерный комплекс, позволяющий вычислять минимально допустимый момент инерции нагрузочного устройства.

6. Разработана методика расчета основных параметров производственного испытательного стенда. Выполнен расчет нагрузочного устройства и разработан проект стенда для испытания аксиально-поршневых гидромоторов марок 210.16,210.20 и их аналогов.

102

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Маслов, Николай Александрович, 2006 год

1. Российский статистический ежегодник, 2004: Стат. сб. Текст. / Госкомстат России. М.: Изд-во ИИЦ "Статистика России", 2004. - 720 с.

2. Строительство в России, 2004: Стат. сб. Текст. / Госкомстат России. М.: Изд-во ИИЦ "Статистика России", 2004. - 302 с.

3. Харазов, А. М. О диагностике технического состояния гидроприводов строительных машин Текст. / А. М. Харазов. М. : Издание Индормэнерго, 1971.-40 с.: ил.

4. Гринчар, Н. Г., Кузьмин В. Д. Из опыта эксплуатации зарубежной техники Текст. / И. Г. Гринчар, В. Д. Кузьмин // Строительные и дорожные машины, 2006. № 7. - С. 20-22.

5. ГОСТ 13823-78. Гидроприводы объемные. Насосы объемные и гидромоторы. Общие технические требования Текст. Взамен ГОСТ 13823-70 ; введ. 1979-07-01. -М.: Изд-во стандартов, 1985. -8 с.: ил.

6. ГОСТ 20719-83. Гидромоторы. Правила приемки и методы испытани-ий Текст. Взамен ГОСТ 20719-75 ; введ. 1985-07-01. - М. : Изд-во стандартов, 1987.-20 с.: ил.

7. ГОСТ 16504-81. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения Текст. Взамен ГОСТ 16504-74 ; введ. 1982-0101. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 28 с.: ил.

8. ГОСТ 17108-86. Гидропривод объемный. Методы измерения параметров Текст. Взамен ГОСТ 17108-79; введ. 1988-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1987. - 14 с.: ил.

9. ГОСТ 17216-2001. Чистота промышленная. Классы чистоты жидкостей Текст. Взамен ГОСТ 17216-71; введ. 2003-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 2004. - 11 с.: ил.

10. ГОСТ Р 8.568-97. Государственная система обеспечения единства измерений. Аттестация испытательного оборудования. Основные положения Текст. Введ. 1997-11-10. - М.: Изд-во стандартов, 2000. - 7 с.

11. ГОСТ 14066-68. Фильтры объемных гидроприводов и смазочных систем. Ряды основных параметров Текст. Введ. 1969-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 1987. - 3 с.: ил.

12. ГОСТ 33-2000. Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости Текст. Взамен ГОСТ 33-82; введ. 2002-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 2001. - 20 с.: ил.

13. Любельский, В. И. Стенд для испытания агрегатов гидроприводов Текст. / В. И. Любельский, А. Г. Писарев, П. М. Черейский. // Механизация строительства, 2004. № 11. - С. 7-9.

14. Пономаренко, Ю. Ф. Испытание гидропередач Текст. / Ю. Ф. Поно-маренко. М.: Машиностроение, 1968. - 292 с.: ил.

15. Свешников, В. К. Станочные гидроприводы: Справочник Текст. / В. К. Свешников. 4 изд. перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 2004. - 512 с. : ил.

16. Пат. 2000193563 Япония, МПК5 G 01 М 19/00. Hydraulic motor testing device / Arai Hiroshi (Япония); заявитель и патентообладатель Hitachi Construction Machinery; опубл. 14.07.04. 8 с.: ил. - (http://v3.espacenet.com/textdoc?DB= EPODOC&IDX=JP2000193563).

17. Гринчар, H. Г. Испытание гидрообъемных передач в замкнутом контуре с рекуперацией энергии Текст. / Н. Г. Гринчар // Механизация строительства, 2004.-№ 12.-С. 12-14.

18. Техническая диагностика гидравлических приводов Текст. / Т. В. Алексеева [и др]. М.: Машиностроение, 1989. - 264 с.

19. Pugh, A. J. An Optical Displacement Transduser Текст. / A. J. Pugh, E. A. Wmaunder, M. R. Belmont//Measurement, 1993. № 12. - C. 159-170.

20. А. с. 1793280 СССР, МПК6 G 01 L 3/08. Измеритель крутящего момента Текст. / А. Н. Шилин, А. П. Желтоногов (СССР); заявитель Волгоградский политехнический институт. № 4925802/10; заявл. 04.04.91; опубл. 10.11.00, Бюл. № 31. - 7 с.: ил.

21. Пат. 2063007 Российская Федерация, МПК6 G 01 L 3/08. Измеритель крутящего момента Текст. / Шилин А. Н.; заявитель и патентообладатель Волгоградский политехнический институт. № 92011355/28; заявл. 11.12.92; опубл. 20.06.00, Бюл. № 17.-5 с.: ил.

22. Объемные гидравлические приводы Текст. / Т.М. Башта [и др.].

23. М.: Машиностроение, 1968. -628 с.: ил.

24. Зайдель, А. Н. Погрешности измерений физических величин Текст. / А. Н. Зайдель, JI.: Наука, 1985. - 112с.: ил.

25. Н42.878.00.000 РЭ. Насосы шестеренные типа НМШ и агрегаты электронасосные на их основе. Руководство по эксплуатации Текст. Ливны Орловской обл.: Изд-во ОАО «Ливгидромаш», 2001. - 26 с.: ил.

26. Васильченко, В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник Текст. / В. А. Васильченко. М.: Машиностроение, 1983. - 301с.: ил.

27. Анурьев, В. И. Справочник конструктора-машиностроителя Текст. : в 3 т. / В. И. Анурьев. 8 изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2001.

28. Плата L-264. Техническое описание и инструкция по эксплуатации Текст. М.: Изд-во ОАО «Л-КАРД», 2002. - 44 с.: ил.

29. ЦППО-5.00.00 РЭ. Расходомер-счетчик UFM 005. Руководство по эксплуатации Текст. Старая Росса. : Изд-во ОАО «Завод Старорусприбор», 2001. -35 с.: ил.

30. ТНКИ.406233.033 РЭ. Датчики избыточного давления МИДА-ДИ-13П(-М), датчики абсолютного давления МИДА-ДА-13П и взрывозащищенные МИДА-ДИ-13П-Ех(-М), МИДА-ДА-13П-Ех. Руководство по эксплуатации Текст. Ульяновск.: Изд-во ЗАО «МИДАУС», 2003. - 35 с.: ил.

31. ПРОСОФТ. Краткий каталог продукции 2004/2005. Версия 10.0. Текст. М.: Изд-во Компании «ПРОСОФТ», 2004. - 228 с.: ил.

32. ЗАО «Сенсор». Средства автоматизации технологического оборудования. Бесконтактные выключатели. Бесконтактные датчики. Каталог продукции Текст. Екатеринбург., Изд-во ЗАО «СЕНСОР», 2003. - 108 с.: ил.

33. Производственное объединение «Овен». Контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации промышленных предприятий. Каталог продукции Текст. М., Изд-во Производственного объединения «ОВЕН», 2004. -152 с.: ил.

34. Бронштейн, И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов Текст. / И. Н. Бронштейн, К.А.Семендяев. М. : Наука, 1986. -544 с.: ил.

35. Шнейдер, В. Е. Краткий курс высшей математики Текст. / В. Е. Шнейдер, А. И. Слуцкий, А. С. Шумов. М.: Высшая школа, 1972. - 640 с.: ил.

36. Макаров, Е. Г. Инженерные расчеты в Mathcad. Учебный курс Текст. / Е. Г. Макаров. СПб.: «Питер», 2005. - 448 с.: ил.

37. Гурский, Д., Турбина, Е. Mathcad для студентов и школьников. Популярный самоучитель Текст. / Д. Гурский, Е. Турбина. СПб.: «Питер», 2005. -400 с.: ил.

38. Гмурман, В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика Текст. / В. Е. Гмурман. М.: Высшая школа,.2005. - 479 с.: ил.

39. Данилов, Ю. А. Аппаратура объемных гидроприводов: Рабочие процессы и характеристики Текст. /10. А. Данилов, Ю. JI. Кирилловский, Ю. Г. Колпаков. М.: Машиностроение, 1990. - 272 с.: ил.

40. Гринчар, Н. Г. Основы создания и проектирования испытательных и диагностических стендов Текст. / Н. Г. Гринчар // Механизация строительства, 2003.-№7.-С.22-24.

41. Гулиа, Н. В. Инерционный толкатель к скреперу Текст. / Н. В. Гулиа. М.: Изд-во «ГОСИНТИ», 1965. - 16 с.: ил.

42. Канторович, 3. Б. Основы расчета химических машин и аппаратов Текст. / 3. Б. Канторович. М.: Изд-во «МАШГИЗ», 1952. - 571 с.: ил.

43. Гулиа, Н. В. К расчету маховиков для механических аккумуляторов Текст. / Н. В. Гулиа // Вестник машиностроения, 1965. № 1. - С 35 - 37.

44. Попов, С.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и механике машин Текст. / Г.А Тимофеев, С.А. Попов. М. : Высшая школа, 2004. -458 с.: ил.

45. Кузьмин, А. В., Марон, Ф. JI. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин Текст. / А. В. Марон, Ф. JI. Кузьмин. М. : «Машиностроение», 1983. - 350 с.: ил.1.l