автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Метод дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий

На правах рукописи

ЦЫМПИЛОВ САНЖИ ЦЫБИКЖАПОВИЧ

МЕТОД ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ ТРАКТОРНЫХ ТРАНСМИССИЙ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 ДЕК 2014

Улан-Удэ -2014

005556573

005556573

Работа выполнена в Восточно-Сибирском государственном университете технологий и управления в период с 2010 по 2014 гг.

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Алексеев Василий Мункоевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Озорнпн Сергей Петрович, ФГБОУ ВПО «Забайкальский государственный университет», кафедра «Строительные и дорожные машины».

кандидат технических наук, доцент Ильин Петр Иванович, ФГБОУ ВПО " Иркутская государственная сельскохозяйственная академия", кафедра "эксплуатации МТП и БЖД и профессионального обучения".

Ведущая организация: Бурятская государственная сельскохозяй-

ственная академия им. В.Р. Филиппова

Защита состоится 30 декабря 2014 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.039.06. при Восточно-Сибирском государственном университете технологий и управления по адресу: 670013. г. Улан-Удэ, ул. Ключевская 40 в, строение 1, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВосточноСибирского государственного университета технологий и управления.

Ученый секретарь

диссертационного совета, ^ , . ^^

канд. техн. наук, доцент Б.Д. Цыдендоржиев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Наиболее полное использование индивидуальных возможностей тракторов и обеспечение на этой основе высокой эффективности подвижного состава в процессе эксплуатации может быть осуществлено за счет широкого внедрения в технологический процесс ТО и ремонта диагностирования технического состояния тракторов. Техническое диагностирование способствует: повышению надежности тракторов за счет своевременного назначения воздействий ТО или ремонта и предупреждения возникновения отказов и неисправностей; повышению долговечности агрегатов, узлов за счет сокращения количества частичных разборок; уменьшению расхода запасных частей, эксплуатационных материалов и трудовых затрат на ТО и ремонт за счет проведения последних по потребности на основании данных диагностирования, проводимого, как правило, планово.

В условиях эксплуатации сельскохозяйственной техники, и особенно таких тракторов, как «Кировец», одной из важнейших является задача повышения надежности работы трансмиссии, в частности коробок передач. Около 55 % отказов агрегатов трактора «Кировец» приходится на трансмиссию, основным звеном которой является коробка передач.

Доля эксплуатационных отказов по гидромеханическим передачам (ГМП) достигает 28% от общего количества отказов, а время простоя при текущем ремонте ГМП достигает 30% от общего времени простоя в текущем ремонте. Более четверти отказов по самой ГМП приходится на элементы гидравлической системы (до 27%), и на выявление и устранение неисправности уходит больше половины времени простоя тракторов в ремонте.

Своевременные и целесообразные по глубине и объему технические воздействия, направленные на поддержание гидравлической системы в технически исправном состоянии, возможны только при наличии объективной диагностической информации.

Для проведения контроля узлов и сопряжений коробок передач в условиях эксплуатации в настоящее время существуют различные диагностические средства. Почти все они основаны на прямых методах измерения структурных параметров, требующих разборки коробки передач. Существующие методы и средства не позволяют автоматизировать процесс диагностирования. Основные недостатки существующих методов и средств диагностирования - их высокая трудоемкость и проведение диагностики только общего технического состояния коробки передач.

Таким образом, разработка метода дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий, позволяющего определять техническое состояние ее элементов, является актуальной задачей.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет

технологий и управления, № 0120100187 на выполнение НИР по теме: «Техническая эксплуатация автотранспортных средств в условиях Сибири»", в рамках гранта РФФИ 12-08-98035 р сибирь а "Разработка методов и средств диагностирования гидромеханических трансмиссий транспортных средств" , а также в рамках гранта «Молодые ученые ВСГУТУ» в 2014г.,

Цель работы - снижение трудоемкости и повышение эффективности функционального диагностирования ГМП тракторов в условиях их эксплуатации на основе разработки метода дифференциального диагностирования их гидравлических систем.

Рабочей гипотезой являлось предположение о том, что дифференциальное диагностирование гидравлических систем трансмиссий тракторов возможно выполнять на основе анализа изменения давления в гидросистеме при переключении передач.

Объект исследования - процесс переключения передач в ГМП.

Предмет исследований - характер изменения давления рабочей жидкости в гидросистеме при переключении передач.

Научная новизна.

1. Теоретически выявлена и экспериментально доказана переходная зона течения жидкости в гидравлической магистрали.

2. Разработана математическая модель процесса функционирования гидравлической системы трансмиссий тракторов учитывающая его основные свойства и позволяющая устанавливать функциональные связи диагностических признаков с параметрами его технического состояния.

3. Теоретически установлены и экспериментально проверены закономерности изменения давления от величины износа торцевых поверхностей шестерен насоса, степени загрязненности сетчатого фильтра, от выкрашивания зубьев шестерен насоса, а также от состояния и пропускной способности подводящих каналов.

4. Разработан алгоритм дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий, позволяющий повысить оперативность и достоверность определения их технического состояния по характеру изменения давления в главной магистрали.

Практическая ценность работы.

1. Разработан метод дифференциального диагностирования гидравлической системы тракторных трансмиссий, позволяющий определять их техническое состояние.

2. Использование разработанного метода диагностирования ГМП позволит повысить эффективность технической эксплуатации за счет снижения простоев и затрат на поддержание их в исправном состоянии.

Реализация результатов работы.

Разработанный метод дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий и реализующий его компьютерно-диагностический комплекс прошли производственную проверку и внедрены в технологический процесс ООО «Автотракторные производствен-

ные мастерские плюс» г. Улан-Удэ Республики Бурятия, и ООО «Технология и К» г. Улан-Удэ Республики Бурятия.

Апробация работы.

Материалы исследований докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Автомобили» ВСГУТУ (г. Улан-Удэ) в 2011-2014 гг., на научно-практических конференциях ВСГУТУ (г. Улан-Удэ) в 2011-2014 гг., в материалах международной научно-практической конференции и v-ro регионального научно-производственного семинара «Чтения И.П. Терских» ИрГСХА (г. Иркутск) в 2012г., в материалах всероссийской научно-практической конференции «Теоретические и прикладные вопросы образования и науки» Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком» в 2014 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 работы из списка ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 133 страницах машинописного текста, включает 10 таблиц, 39 рисунков, список литературы из 115 наименования и 2 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования и дана краткая характеристика работы.

В первой главе дан анализ исследований, посвященных особенностям эксплуатации АТС СХ, приведены статистические исследования о причинах отказов, наиболее распространенных в хозяйствах Республики Бурятия АТС и показано распределение по видам их неисправностей. В главе приведена оценка влияния технической диагностики на эффективность использования АТС СХ, а также рассмотрены вопросы диагностирования гидромеханических коробок передач. Приведено обоснование метода дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий, сформулированы задачи исследования.

В развитие теории технической диагностики, повышению эффективности использования сельскохозяйственной и автомобильной техники, появлению новых методов ремонта внесли свой вклад такие исследователи, как: И.Н. Аринин, А.И. Артюнин, Г.В. Веденяпин, Г.Ф. Верзаков, Н.Я. Говорущенко, С.М. Гергенов, С.А. Иофинов, В.В. Клюев, Г.В. Крамаренко, Е.С. Кузнецов, С.Н. Кривцов, Д.Б. Лабаров, В.П. Ляля-кин, В.М. Лившиц, В.М. Михлин, A.B. Мозгалевский, Н.И. Мошкин, С.П. Озорнин, П.П. Пархоменко, А.Г. Сергеев, И.П. Терских, А.И. Федотов, Д.А. Тихов-Тинников, A.B. Лагерев, A.B. Алексеев и другие.

По способу методы диагностирования можно разделить на интегральные, или методы, обеспечивающие определение обобщенных параметров технического состояния агрегатов и узлов машины, и на дифференциаль-

ные, обеспечивающие определение параметров, характеризующих отдельные детали агрегата или узла диагностируемой машины.

Предпочтительнее оказываются дифференциальные методы, которые позволяют выявить наиболее слабую деталь, систему или узел. Но в ряде случаев в зависимости от условий и времени диагностировании, например при проверке качества сборки тракторов на заводе-изготовителе, преимущество отдается диагностированию по обобщенным параметрам из-за их малой трудоемкости.

Неисправности гидравлической системы:

1. Износ щестеренчатых насосов:

- износ торцевых поверхностей сопряжения опорных втулок с шестернями;

- износ шестерен и шеек вала;

- износ и потеря эластичности резиновых уплотнений; -выкрашивание зубьев шестерен насоса;

- очень редко разрыв корпуса.

2. Гидрораспределители, перепускные и предохранительные клапаны:

- разрегулировка клапанов;

- износ трущихся поверхностей золотников, клапанов и корпуса;

- облитерация;

- смятие внешних каналов. Задачи исследования:

1. Выявить режимы течения рабочей жидкости в гидравлических системах тракторных трансмиссий.

2. Разработать математическую модель масляного тракта гидравлических систем для установления функциональных связей диагностических признаков с параметрами технического состояния, и определения нормированных значений диагностических признаков.

3. Подобрать оборудование и разработать алгоритм, позволяющие реализовать метод дифференциального диагностирования гидравлических систем трансмиссий тракторов.

4. Произвести экспериментальную проверку и дать технико-экономическую оценку метода дифференциального диагностирования гидравлических систем трактора и реализующего его диагностического оборудования.

Во второй главе приведены теоретические предпосылки метода дифференциального диагностирования гидравлических систем трансмиссий тракторов на основе анализа временных характеристик изменения давления рабочей жидкости при переключении передач. При разработке теоретических предпосылок была выдвинута научная гипотеза, предполагающая, что при изменении параметров технического состояния элементов гидравлической системы трансмиссий тракторов, его временная характе-

ристика во время переключения передач образует области локальных диагнозов (ОЛД) (рис. 1).

1,1

1 0,0 — 0.8

2 °'7 . 0.6

а о.5

I 0.4

£ 0.3

й 0.2

14 01

/

Л1

0,1 0,2 0,3 С

Время. €

0,9 « 0,8 Ё 0,7

| 0,2 Г1 0,1

0,1 0,2 0,3 0,4 0.5 0,6 0,7 0,8 Время, с

а

А А/ «

0,8 0.8

0.6 из я 0.6

0,4 3 5 0.4

0.2 ■ ... _. п 0.2

а

0,2 0,3

Время, с

6!

0,4 0,5 0,6 0.7

Время, с

г)

Рис. 1. Характеристика изменения давления при переключении передач

а) Д1 - область локального диагноза, характеризующая величину загрязненности сетчатого фильтра; б) Д2 - область локального диагноза, характеризующая величину износа торцевых поверхностей шестерен насоса;

в) ДЗ - область локального диагноза, характеризующая выкрашивание зубьев шестерен насоса; г) Д4 - область локального диагноза, характеризующая пропускную способность подводящих каналов.

Приведено обоснование диагностических признаков, метода и алгоритма дифференциального диагностирования гидравлических систем трансмиссий тракторов, а также разработана математическая модель процесса функционирования исправной и неисправной гидравлической системы трансмиссий тракторов как объекта диагностирования, позволяющая устанавливать функциональные связи между диагностическими признаками на областях локальных диагнозов и параметрами технического состояния гидравлической системы трансмиссий тракторов.

Для получения расчетными методами динамических характеристик процесса функционирования гидравлической системы тракторных трансмиссий при изменении параметров технического состояния его элементов в виде функций времени Рвых=Д1), основываемся на математической модели функционирования фрикционных муфт гидромеханических передач, предложенную Тарасиком В.П. Для получения качественных характери-

стик процесса функционирования гидравлической системы необходимо определить режимы течения рабочей жидкости в трансмиссии тракторов.

В реальных трансмиссиях жидкость подается во внутренние полости валов, а затем через сверления в них поступает к месту назначения. Гидравлические диаметры внутренних полостей валов обычно значительно больше, чем у дозирующих радиальных и осевых каналов. Учитывая это обстоятельство, в первом приближении сопротивлением полостей валов можно пренебречь по сравнению с сопротивлениями дозирующих каналов.

Решение задачи по определению пропускной способности каналов будем искать экспериментальным путем с применением теории подобия и метода анализа размерностей.

Постулированием, что пропускная способность Q подводящих каналов является функцией всех переменных и размерных постоянных, которыми определяется течение рабочей жидкости.

Определительное уравнение для пропускной способности запишем в

виде:

<2=Г(рлАР.Р.Г), (1)

где р, V - плотность и кинематическая вязкость рабочей жидкости ;

ЛР - перепад давления рабочей жидкости;

Р, I - площадь сечения и длина канала. В подводящих каналах жидкость полностью заполняет его объем поэтому из уравнения исключено ускорение свободного падения.

Запишем определительное уравнение по методу Реллея в степенном

виде:

<2 = А х ра х уъ х ЛР° х р" х Iе. (2)

В качестве основных единиц измерения определяющих параметров примем следующие: М - масса, Т - время, Ь - длина.

Размерности всех параметров уравнения (2) будут следующими: [<?] = 1?Т~1; [р] = МЬ~3; М = 1?Т-г; [ДР] = М^Т'2;

И = и [г] - и

Учитывая равенство размерностей левой и правой части уравнения (2), напишем систему уравнений, составленную из показателей степеней при основных единицах измерения:

(Ь 3 = -За + 2Ь-с + й + е М 0 = а + с

Т —1 = —Ь — 2с и положив известными сие найдем, а = —с, Ь = 1 — 2с,с1 — 1 + 2 с — е .

Группируя члены с одинаковыми показателями получим:

и

Комплекс в левой части уравнения (3) представляет собой число Рей-нольдса, определяемое расходной скоростью:

± = VJ^ = VJ±=R (4)

vd vxZ. v ' 4 '

где v- скорость течения жидкости;

L - характерный линейный размер.

Выражение ££iL представляет собой соотношение сил давления, инерции, трения:

APd __^ ^lin (51

pV2 ~~ Fmp Fmp'

где F(kml~AP X d2 - сила давления жидкости;

FUH ~pd2v2 - сила инерции жидкости;

Fmp ~vpdv - сила вязкостного трения.

F

причем: — = Re- критерий Рейнольдса;

Fmp

= к- имеет физический смысл гидравлического коэффи-

Ртр

циента трения.

В уравнении (3) показатели степеней с и е и коэффициент А неизвестны и подлежат экспериментальному определению.

Перед проведением достаточно обширной серии испытаний для получения статистической информации о поведении функции отклика в выбранных точка спектра, необходимо убедиться в корректности математической модели и правомерности при ее построении допущений. С этой целью была проведена серия испытаний для определения качественных характеристик гидравлических процессов при течении жидкости в подводящей гидротрассе. Одновременно решалась задача выбора уровня варьирования управляемых параметров для соответствующих зон режима течения.

Экспериментальные работы проводились на реальной конструкции.

Исследовались следующие уровии перепадов давления: (16;45;75);х104 Па, вязкостен (0,4:1,2:2,0;2,2)х10"4(м2/с).

Обработка экспериментальных данных проводилось методом наименьших квадратов в программной среде Microsoft Excel. Результаты обработки приведены на рисунке 1.

Испытание позволили установить, что при течении жидкости через подводящие каналы наблюдаются две ярко выраженные зоны с точкой перехода, соответствующей = 5.15. Из графика (рис.2) видно, что

экспериментальные точки, снятые при различных вязкостях и перепадах давления в двух зонах хорошо согласуются с видом полученной математической модели.

Рисунок 2. График зависимости комплекса расхода(^) от комплекса

/APd2\

давления^ J

И так, по результатам предварительных экспериментальных исследований качественного влияния на пропускную способность подводящих каналов режимных параметров можно заключить следующее:

1. Экспериментально полученные качественные закономерности подтверждают правильность основанной на теоретическом анализе математической модели.

2. Проведенные испытания позволили определить уровни

/APd2\

варьирования определяющего параметра ^—— J.

Отличительная особенность экспериментов для получения статистической информации состоит в том, что выбранные для этой цели режимы обеспечивали минимизацию влияния случайных факторов, таких как: давление, вибрация деталей установки, и т.п. При проведении опытов осуществлялся быстрый выход на режим примерно выбранной точки спектра и далее изменением температуры масла и давления реализовался диапазон режимов, включающий искомую точку. После чего эксперимент прерывался, система возвращалась в исходное состояние и производилась повторное наблюдение в этой же точке. В каждой точке спектра операция повторялась не менее 4 раз. Экспериментальные данные обрабатывались в программной среде Microsoft Excel.

В результате статистической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии для пропускной способности подводящих каналов для I зоны:

J

для II зоны:

Влияние симплекса - на пропускную способность подводящих каналов не проявилось, т.е. коэффициент (е) оказался незначимым. Это говорит о том, что сопротивлением трения можно пренебречь и расход жидкости определяется лишь местными сопротивлениями в диапазоне - = 1.0 ... 10.

Проведем анализ течения жидкости в полученных зонах. Вторая зона представляет собой широко известную в гидравлике зону турбулентного течения жидкости, когда соблюдается квадратичная зависимость между перепадом давления и расходам. Вследствие возмущающего действия многочисленных поворотов, а также сужений и расширений критическим числом Рейнольдса, при котором наступает турбулентный режим течения для подводящих каналов является Яе=280 это значение К с хорошо согласуется сданными, полученными для золотниковых распределителей Т.М. Баштой. Потери полного давления в любом сложном элементе гидротрассы с физической точки трения неразделимы. Однако для удобства расчета их часто в одном и том же элементе трассы условно разделяют на местные потери (ДРМ ) и потери трения(ДРтр). При этом считают, что местные потери (местное сопротивление) сосредоточены в одном сечении, хотя на самом деле они распространяются на сравнительно большую длину за исключением, конечно, случая выхода потока из трассы.

В современных гидравлических расчетах обычно оперируют безразмерным коэффициентом гидравлического сопротивления, весьма удобным тем, что в динамически подобных потоках, он имеет одно и тоже значение независимо от рода жидкости, скорости потока и размеров рассчитываемых участков.

Коэффициент гидравлического сопротивления представляет собой потерянной полной энергии на данном участке к кинетической энергии в принятом сечении, или при неизменной плоскости отношение потерянного полного давления ДР к скоростному в принятом сечении:

(»)

2

Для определения коэффициента гидравлического сопротивления во II зоне приведем выражение к виду:

Р)

Тогда подставив выражение и учитывая, что, 0=У*Р где площадь поперечного сечения участка получим £ = . Итак значение коэффициента гидравлического сопротивления во второй зоне, зоне турбулентного течения, величина постоянная ^=2.14

В литературе часто коэффициент пропорциональности между перепадом давления и расходом называют гидравлическим сопротивлением:

(10)

Для турбулентного течения известна формула, связывающая перепад давления и расход:

йР = *тв*%> (»)

где у - удельный вес жидкости.

Тогда между гидравлическими сопротивлениями и коэффициентом сопротивления имеется связь.

г = £ или учитывая, что ^ = р, г = %

1

Выражение для I зоны перепишем в виде ЛР = —

/2

Известно, что при прямопропорциональной зависимости между перепадам давления и расходам режим течения жидкости - ламинарный; при квадратичной - турбулентный. В наших опытах ламинарный режим течения наблюдался. В зоне I соблюдается зависимость между ЛР и 2 в степени 1,5. Назовем эту зону - зоной переходного режима течения.

Подставив выражение и учитывая

что (2=У*Р и Яе — получим :

* = (12)

при А} =0,104

(13)

Сопротивление трассы в этой зоне равно:

Зависимость между гидравлическим сопротивлением и коэффициентом сопротивления в переходной зоне определится выражением:

Г-^Ф- (15)

В конструкциях современных трансмиссий при движении рабочей жидкости проявляются практически все виды гидравлических сопротивлений, т.е. сопротивления расширения и сужения струи, трения и поворота, разделения и слияния потоков. Пути движения рабочей жидкости при этом достаточно сложны.

Здесь целесообразно рассмотреть обобщенные элементы гидротрассы, включающие разные сопротивления, безотносительно ко всей конструкции системы смазки.

Смысл такого рассмотрения заключается в выработке некоторых общих положений расчета и в анализе связей между теоретическими соотношениями и практическими инженерными расчетами.

Двигаясь по каналу рабочая жидкость преодолевает сопротивления разного вида. Условно эти сопротивления можно считать последовательно соединенными между собой.

По аналогии с электрической цепью гидравлические тракты принято изображать в виде сопротивлений, соединенных между собой отрезками каналов, не имеющих сопротивления.

Такие схемы принято называть схемами замещения, в общем случае они состоят из простых и разветвленных участков и обладают большой наглядностью и удобны в применениях.

Такая замена позволяет упростить расчет, однако требует внимательного отношения к величинам сечений канала при определении такого или иного вида сопротивления. Для подводящих гидротрасс системы смазки современных трансмиссий удобно принимать в качестве характерных сечения выходных отверстий, выполненных в валах. Потери давления в тракте определяются простой суммой потерь на отдельных сопротивлениях:

ЕГ=1Гп(<?Г + Е£=1 (16)

где п — число путевых сопротивлений; с - число местных сопротивлений;

т- показатель степени зависимости давления от расхода, ш=1.5 для переходного режима, т=2 - для турбулентного режима течения.

Так как при последовательном включении сопротивлений расход рабочей жидкости в них одинаков, то:

ЛР£ = гЕ(}т, (17)

где

Гг = ЕГ=1^ + 1к=1ГпЛ. (18)

Здесь Г£ суммарное гидравлическое сопротивление тракта.

В общем случае гидравлической трассы переменное. Сопротивление канала переменного сечения, как известно, равно:

г = Е?=1П, (19)

где г,- сопротивление данного участка п — число расширений (сужений).

Кроме того известны зависимости сопротивления ч и безразмерного коэффициента гидравлического сопротивления

Так для переходной зоны:

Г!=&^<?0-5, (20)

где Иг рассматриваемое сечение канала учитывая, что расход Q проходит через все сечения, можно написать:

Примем, что скорость V жидкости в канале соответствует скорости выхода из него, т.е. в сечении Р^ Все другие сечения канала целесообразно отнести к сечению выхода. Тогда:

г = РЧ0-5

щ

I I р2

где кг = —; к2 = — и.т.д.

Ы ГП

Учитывая, что

получим

= = (23)

^ = | + + (24)

Аналогичное выражение можно получить и для турбулентного режима. В частном случае для канала постоянного сечения имеем:

? = Ь + Ь + - +

При разветвление струи, т.е. при параллельном соединении гидравлических сопротивлений, в силу нелинейности зависимости перепада давления от расхода, расчет суммарного сопротивления усложняется.

Из уравнения неразрывности следует, что расход рабочей жидкости после слияния должен быть равен расходу до разветвления, т.е. общий расход определяется суммой расходов в ответвлениях:

<2 = £Г=1<?|. (25)

Т.к. давление в каком-либо сечении канала (например, перед разветвлением или после него) может иметь только одно значение, разность давлений на параллельных участках сети величина постоянная.

ЛР2 = АР3 - АР1 =АР, но АРС = г^Р, откуда

(др\*/т —)

Следовательно

= (26)

или

ГГ г£

Последняя формула не находит аналогии в расчетах линейных элек-1 г-п 1

трических цепей, для которых.— = 2Л=1~

Таким образом суммарное сопротивление двух параллельно соединенных одинаковых элементов равно: для турбулентного режима течения

Ъ = Т~. (28)

для переходного режима течения

Для трех параллельных соединенных сопротивлений соответственно,

Ъ = т- (30)

<31>

В современных трансмиссиях рабочая жидкость в системе смазки к местам назначения поступает по нескольким параллельным и параллельно-последовательным путям. При расчете таких систем тракт разбивается на участки с параллельным или параллельно-последовательным соединениями простых трактов. В начале определяется суммарное гидравлическое сопротивление для простых участков. Затем эквивалентные сопротивления участков из параллельно включенных элементов. Таким образом, каждый участок с параллельным соединением элементов заменяется эквивалентным простым.

Такая операция повторяется для участков более сложной схемы и в итоге все системы смазки сводятся к простому тракту.

Для моделирования замкнутого масляного тракта нужны зависимости, описывающие работу гидромашин (в частности насосов), функционирующих в масляном тракте.

Теоретическая производительность достаточно точно может быть определена по известной формуле из инженерного справочника:

Qt = 3,5 * Ь * n * (R¿ - К|)/1000 , дмЗ/сек (32)

где b — ширина шестерни, см; п — число оборотов ведущей шестерни в 1 сек; RH — радиус окружности выступов шестерни, см; RB — радиус окружности впадин шестерни, см.

Как видно из формулы, насос за каждый оборот ведущего вала подает количество масла, равное объему впадин между зубьями у обеих шестерен. Допуская, что объем впадин равен объему зубьев, получим объем впадин на одной шестерне:

V = (R2„-Rl)f. (33)

Действительная производительность насоса в зависимости от многих факторов: вязкости и температуры перекачиваемого масла, утечки его в насосе и в системе и т. п. всегда меньше теоретической производительности. Это уменьшение учитывают объемным к.п.д. г|0 .Таким образом, действительная производительность насоса:

Одеств = 3,5 * Ъ * п * (R2h - Я|)77о/1000 , дмЗ/сек. (34)

Для изменения производительности насоса можно варьировать следующими величинами: числом зубьев, шириной шестерен или числом

оборотов ведущего вала. Уравнение неразрывности потока жидкости запишется в вид :

_ dx ^ Fn--= V - Fk = const

dt , (35)

f

где п - площадь поршня исполнительного цилиндра;

<1х

- скорость поршня исполнительного цилиндра;

р

к - площадь сечения канала.

Представленная математическая модель позволяет расчетными методами получить зависимость изменения давления жидкости в исполнительном цилиндре во время включения передачи, учитывая при этом изменение параметров его технического состояния.

Решение уравнений гидравлики производилось в среде МАТЬАВ, методом численного интегрирования Рунге-Кутта.

В третьей главе описаны общие и частные методики экспериментальных исследований определения параметров технического состояния гидромеханических передач. В частности, приведены методики оценки погрешности и тарировки измерительной системы, обработки полученных экспериментальных данных, оценки адекватности разработанных математических моделей, нормирования диагностических признаков и их определение. Описано оборудование для проведения экспериментальных исследований.

Для реализации дифференциального метода диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий была собрана система диагностического оборудования для регистрации и обработки данных на ПК.

Исследования проводились на стенде для диагностирования гидромеханических передач, показанном на рисунке 3.

Проверку адекватности математической модели производим с помощью Р-критерия Фишера с 5%-ным уровнем значимости.

Рис. З.Стенд для диагностирования гидромеханических передач

В четвертой главе приведены результаты аналитических и экспериментальных исследований, направленные на определение функциональных связей диагностических признаков от параметров технического состояния, составление алгоритма, реализующего метод дифференциального диагностирования гидравлической системы тракторных трансмиссий.

Проведена проверка адекватности математической модели гидравлической системы ГМП трактора «Кировец». Для этого при помощи диагностического оборудования получены экспериментальные характеристики давления главной магистрали ГМП, а с использованием разработанной программы математического моделирования гидравлической системы ГМП для трактора «Кировец» и получены расчетные характеристики (рис.4-8).

Время, с

Рис.4. Экспериментальная и расчетная характеристики гидравлической системы не имеющей эксплуатационные изменения.

Время, с

Рис.5. Экспериментальная и расчетная характеристики гидравлической системы с загрязненным сетчатым фильтром.

1,1

— эксп

— тсор

Рис.6. Экспериментальная и расчетная характеристики гидравлической системы с износом торцевых поверхностей шестерен насоса.

0,9 0.8 0.7 0.6 0,5 ' 0.4

: [ а

-эксп

— лсор

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0,7

Время, с

Рис.7. Экспериментальная и расчетная характеристики гидравлической системы с выкрошенными зубьями шестерен насоса.

0.8 5 0.7 „■0.6 I 0.5 4 0,4

А ч/

-Л У У

/У

—эксп ■ -тсор

0.3 0.4 0,5 0Т6 0.7 Время, с

Рис.8. Экспериментальная и расчетная характеристики гидравлической системы с подводящими каналами разной пропускной способности.

Средняя погрешность математической модели составила не более 1,5%. В результате проведенного анализа влияния ПТС на характеристики давления главной магистрали ГМП было выявлено, что данные ОЛД характеризуются рядом диагностических признаков, чувствительных к изменениям некоторых параметров технического состояния (рис.6-9.).

Время, с

Рис.6. График изменения давления от времени при степени загрязненности сетчатого фильтра в поддоне: 1) 80%; 2) 60%; 3) 40%;

1

Рис.7. График изменения давления от времени при износе торцевых поверхностей шестерен насоса: 1) 20 мкм; 2) 40 мкм; 3) 60 мкм;

Время, с

б,I

1" аз

Ж 5

ВрСМЯ. С В[К?МЯ с

б) г)

Рис.8. График изменения давления от времени: а) исправный насос; б) при частичном выкрашивании одного зуба шестерни насоса; в) при частичном выкрашивании двух зубьев шестерни насоса; г) при частичном выкрашивании трех зубьев шестерни насоса;

0.8 5 0.7

5

а 0,6

§ 0,5 ^0.4

0,3

0.1

¿74

1 т \____-Л \ ] / '—___2_ 1

0.3 0.4

Время, с

Рис.9. График изменения давления от времени при пропускной способности каналов уменьшенной на: 1) 33%; 2) 66%;

Для установления связи параметров технического состояния с соответствующими диагностическими признаками получены функциональные зависимости, часть из которых показана на рисунках 10-13.

0.6

30 '10 50 60 70 80 90

Пропускная епосбиостъ сетчатого фаттьра .

Рис.10. Функциональные зависимости нарастания давления от загрязненности сетчатого фильтра;

10 20 30 -10 50 60 70

Величина тнаса торцевых поверхностен насоса, мкм

Рис. 1 1. Функциональные зависимости времени от износа торцевых поверхностей шестерен насоса; _

3.5

Давление. М11а

Рис.12. Функциональные зависимости времени от величины амплитуды давления;

о

0,2 0,3 0.4 0,5 0,6 0,7

Даысштс. МПа

Рис.13. Функциональные зависимости пропускной способности каналов от давления в гидравлической системе

Полученные зависимости аппроксимированы методом наименьших квадратов с целью установления зависимости диагностических признаков от параметров технического состояния.

На основе проведенного нормирования диагностических признаков сформирована диагностическая матрица состояний гидравлической системы тракторных трансмиссий (таблица 1). Диагностическая матрица представляет собой набор кодов диагностических признаков, постолбцовое сочетание которых определяет диагноз.

Таблица 1.

Диагностическая матрица_

птс --- Исправное состояние К1 0 К2 0 КЗ 0 К4 0

Частичное выкрашивание зубьев шестерен насоса 1 0 0 0

Недостаточная пропускная способность подводящих каналов 0 1 -1 -1

Недопустима величина износа торцевых поверхностей шестерен насоса 0 0 1 1

Недопустимая величина пропускной способности сетчатого фильтра 0 0 -1 1

Реализация разработанного метода дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий осуществляется на основе алгоритма (рис. 10). Алгоритм представляет собой пошаговую последовательность действий обеспечивающих проверку технического состояния фрикционов гидромеханической передачи в стендовых условиях.

Рис. 10. Алгоритм дифференциального диагностирования гидромеханических систем коробок передач тракторов (начало)

К11

НЕТ

к) -¡к«в>

ДА

НЕ7 " Ч. ДА

К'1 & • к1'|кжи| М О

НЕТ

- -I У.'1-г А р----- . --

¡к«»!

ДА

НИ

Дл

»-I

НЕ. Г

¡К^ч!

-

О

лл

М-3 '

Ш I

ДА

-о

НИ

К41 К4>[1ч1п1п)

ДА

нет да

I м-1мт| К4 О

Рис.10. Алгоритм дифференциального диагностирования гидромеханических систем коробок передач тракторов (продолжение)

А

ЛА

<'pJ«tOC«MHW Ш .AtCtrXOCttrtCWuA uarpwuc с дммнос1мчоскмым ¡при шши и г-срв^хо ролл ДА Ike »хми pien и 0

Постановка анлгмозд» соопекши с пчмуисикой < tp«*.c4i лмдгностнчсскоЛ матрицы по квдоиу плрлисхру j | | НЕТ

СИСТЕМА ИСПРАВНА

Гюггне м ГМ1!

Рис.10. Алгоритм дифференциального диагностирования гидромеханических систем коробок передач тракторов (конец)

В пятой главе приведен расчет экономической эффективности метода дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий по результатам его внедрения на предприятии ООО «Автотракторные производственные мастерские плюс» г. Улан-Удэ Республики Бурятия в 2014 г. Годовой экономический эффект от внедрения метода составил 174333,5 руб. в год, или 7263,9 руб. на 1 агрегат в год в ценах 2014 года.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие выводы.

1. Повышение информативности и снижение трудоемкости дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий можно достичь на основе анализа изменения давления в гидросистеме при переключении передач, но для его реализации необходимо проведение дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.

2. Разработанные теоретические предпосылки метода дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий обеспечивают возможность снижения трудоемкости и повышения информативности процесса постановки диагноза за счет снижения роли в нем оператора-диагноста. Метод основан на измерении и анализе диагностиче-

НЕТ

. It« чч^.ш (ими О

\

ских признаков, обладающих разной степенью значимости. В качестве диагностических признаков приняты физические величины, характеризующие изменения на областях локальных диагнозов временных характеристик изменения давления рабочей жидкости в гидросистеме при изменении параметров технического состояния.

3. Разработанная математическая модель гидравлической системы позволяет расчетными методами получать характеристики изменения давления рабочей жидкости в главной магистрали. Модель позволяет оценивать изменения в получаемых характеристиках при варьировании параметров технического состояния элементов гидравлической системы. Выполненная экспериментальная проверка подтвердила адекватность математической модели и расчетов на ней при уровне значимости 5%.

4. Разработанные методики определения диагностических признаков на участках локальных диагнозов временных характеристик изменения давления и их функциональных связей с параметрами технического состояния, совместно с реализующими их алгоритмами, позволяют использовать возможности современных ЭВМ, обеспечивая высокую оперативность и достоверность.

5. Разработанный компьютерный диагностический комплекс и алгоритм позволяют реализовать метод дифференциального диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий в автоматическом режиме. Алгоритм диагностирования позволяет определять техническое состояние ГМП по принципу «исправен - неисправен», а также выявлять неисправности элементов гидравлической системы. Измерительное оборудование комплекса позволяет непрерывно измерять, сохранять и обрабатывать временные характеристики изменения давления рабочей жидкости в гидросистеме.

6. Производственной проверкой установлено, что разработанный метод дифференциального диагностирования гидравлической системы тракторных трансмиссий обеспечивает повышение эффективности и снижение трудоемкости при их поддержании и восстановлении. Годовой экономический эффект от внедрения метода на предприятии ООО «Автотракторные производственные мастерские плюс» г. Улан-Удэ Республики Бурятия составил 174333,5 руб. в год, или 7263,9 руб. на 1 агрегат в год в ценах 2014 года.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих печатных работах.

В изданиях, рекомендованных ВАК:

1. В.М. Алексеев, С.Ц. Цымпилов, Н.И. Мошкин. Исследование режимов течения жидкостей в гидравлических системах трансмиссий транспортных машин // Вест. Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления.// ВСГУТУ - Улан-Удэ, 2014, - №4 - С.5-8.

2. В.М. Алексеев, С.Ц. Цымпилов. Дифференциальный метод диагностирования гидравлических систем тракторных трансмиссий // Вест.

Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления.// ВСГУТУ - Улан-Удэ, 2014, - №5(50) - С.67-71.

В других изданиях:

3. Алексеев В.М., Цымпилов С.Ц. К вопросу о диагностировании сложных разветвленных гидравлических трасс // Сборник научных трудов Восточно-Сибирского государственного технологического университета. Серия: Технология и средства механизации в АПК, выпуск 7 / - Улан-Удэ: ВСГТУ, 2011, С. 69-72.

4. Алексеев В.М., Цымпилов С.Ц. Теоретические иссследования потерь мощности в гидромеханических трансмиссиях. // Сборник научных трудов Восточно-Сибирского государственного технологического университета. Серия: Технология и средства механизации в АПК, выпуск 8 / -Улан-Удэ: ВСГТУ, 2012, С. 4046.

5. Алексеев В.М., Цымпилов С.Ц. Теоретические предпосылки диагностики сложных разветвленных гидравлических систем // Чтения И.П. Терских; Материалы IV регионального научно-производственного семинара (26-27 сентября 2011 г.). - Иркутск: Изд-во ИрГСХА, 2011. - С.77-83.

6. Алексеев В.М., Цымпилов С.Ц. Исследования сложных гидравлических трасс. // Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. Теоретические и прикладные вопросы образования и науки, часть 9 / Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком», 2014. 150-153 с.

Подписано в печать 07.11. 2014 г. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,63. Тираж 100 экз. Заказ 338.

Издательство ВСГУТУ

670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в