автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Оценка состояния объемных гидроприводов мобильных машин термодинамическим методом

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

1 V ДЕК 1898

УДК 621.28

КОЛЕСНИКОВ Леонид Александрович

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОБЪЕМНЫХ ГИДРОПРИВОДОВ МОБИЛЬНЫХ МАШИН ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

05.05.03 - Колесйые и гусеничные машины

Авторрферат диссертации на соискайие ученой степени кандидата технических наук

Мйнск 1998

Работа выполнена в Белорусской государственной политехнической

академии.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

БОГДАН Н.В.

Официальны* оппоненты: доктор технических наук, профессор

ГУСЬКОВ В.в.;

доктор технических наук, профессор ШЕВЧЕНКО В.С.

Оппонирующая органиаадкя: Производственное объединение

Защита диссертации состоится ЕЕ декабря 1998 г. в 1400 часов на заседании совета по защите диссертаций Д02.06.04 при Белорусской государственной политехнической академии, 220027, г.Минск, пр.Скорины, 66, Корп.1, а.ЕОЕ, Тел. £328186

С диссертацией можно овнакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии.

Автореферат раеослан ноября 1998 г.

Ученый секретарь совета

'Минский тракторный завод".

по 8ащите диссертаций, к.т.н.. доцент

¿¿Н-^ в.А.Бармин «Колесников Л.А., 1998

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Одна из основных задач, стоящая перед экономикой Республики Беларусь, ввключается в повышении качества выпускаемой продукции до уровня мировых требований. Высокие потребительские качества современных мобильных машин во многом определяются использованием гидравлических систем, обеспечивающих привод движителя и активных рабочих органов. В то же время особое значение приобретает энергопотребление и надежность привода.

Широкое распространение объемных гидроприводов (ОГП) в приводах машин требует разработки средств и методов их контроля. Наиболее полно техническое состояние ОГП отражает его КПД. Традиционные методы определения КПД сложны и трудоем!ш, и, как правило, не допускают измерений характеристик привода в составе изделия. Известен термодинамический метод определения КПД, основанный на измерениях температуры рабочей жидкости. Этот метод прост, нечувствителен к возрастанию мощности приводов, но недостаточно разработал и Не позволяет исследовать ОГП с вамкнутым потоком.

В связи с этим изучение связей теплового режима гидропривода и характеристик передаваемых ИМ потоков мощности является актуальной научной задачей. •

Цель и задачи исследования.

Основная цель настоящей работы - разработка методов и средств оценки энергетических Потерь в объемном гидроприводе по изменению температуры рабочей жидкости. Для достижения намеченной цели необходимо решить следующие вадачй!

- разработать математическую модель тепловой нагруже'ннооти гидропривода с учетом физических свойств рабочей жидкости, параметров нагрубки, конструктивных особенностей гндромаййИ!

. - разработать методы расчета энергопотерь й приводе по температуре рабочей жидкости в различных участках гидропривода»,

- исследовать факторы, влияющие на точность определения КПД методом термодинамических ивмерений.

научная новизна полученных результатов.

Усовершенствована математическая модель тепловой нагружен-ности гидропривода путем учета внутреннего й внешнего теплообмена в приводе, й том числе нестационарного.

- г -

Впервые получены аналитические зависимости, позволяющие определить КОД гидромадшн, уходящих в состав гидропривода как с разомкнутым, так и о замкнутым потоком по измерениям рабочего давления и температур рабочей жидкости только в областях низкого давлении привода. Новизна предложенного способа термодинамического диагностирования объемных гидромашин защищена патентом.

Впервые предложена методика расчета теплофизических свойств рабочих жидкостей на нефтяной основе в широком диапазоне изменения температуры и давления только по данным о плотности жидкости при нормальных условиях и температуре вспышки в открытом тигле.

Впервые предложена методика тестового контроля общего КЭД гидропривода посредством Измерений рабочего давления н температур рабочей жидкости только на входе и выходе гидропривода.

Практическая значимость.

В результате проведенных исследований доказана возможность и целесообразность использования термодинамического метода для тестового и функционального контроля объемных гидроприводов, в том числе о замкнутым потоком. Разработаны методы, технические средства и алгоритмы диагностирования методом термодинамических измерений И проведена их экспериментальная проверка. Созданы образцы систем автоматизированного диагностирования ОГП о использованием микроэвм. Практнчес:юв использование результатов работы осуществлялось на ШМП "Белдортехнкка" при испытаниях гидромашин на стендовом оборудовании и Путем внедрения в учебный процесс ЕГПА. Основные Положений диссертации,

разработана математическая модель, описывающая изменение температур рабочей жидкости Ь различных областях гидропривода при заданном законе нагружений, в том числе нестационарном, и позволяющая определить условия потери Приводом работоспособности по критерию температуры рабочей жидкости на стадии проектирования. Совдан способ расчета КПД гидромашин термодинамическим методом в составе гидроприводов как о разомкнутым, так и замкнутым потоком посредством измерении рабочего давления и температур рабочей жидкости только в областях низкого давления привода. Создан способ тестового контроля общего КПД гидропривода термодинамическим методом Посредством измерений рабочего давления и температур рабочей жидкости только на входе И выходе привода. Рааработана методика расчета теплофизических свойств рабочих жидкостей на нефтяной основе в широком диапавоне температур и давлений по данным

только о плотности жидкости при нормальных условиях и температуре вспышки в открытом тигле по ГОСТ 4333-87.

Личный вклад.

Разработаны методики исследования и выполнен анализ их результатов. Разработана математическая модель тепловой нагружен-ности гидропривода. Получены аналитические зависимости для определения КПД гидромашин в составе гидропривода как с разомкнутым, так il замкнутым потогам. Разработана методика расчета теплофизи-ческих свойств рабочих жидкостей. Создан способ тестового контроля общего КПД гидропривода термодинамическим методом. Выполнены все экспериментальные исследования и проведен анализ результатов.

В соавторстве созданы образцы аппаратного и программного обеспечения автоматизированного комплекса на базе микроэвм для испытания гидроприводов и прибор для изучения теплофизических свойств рабочих жидкостей.

Апробация результатов диссертации.

. Материалы, включенные в диссертацию, ' представлены на 43-й и В1-Й научно-технических конференциях БГПА (г.Минск, 1987, 1995),-Всесоюзной научно-технической конференции (г.Челябинск, 1987), международной научно-технической конференции (г.Минск, 1995), республиканской научно-технической конференции (г.Минск, 1996).

Опубликованность результатов.

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, общей характеристики, четырех глав, заключения, списка используемой литературы (161 наименований) и приложений, содержит 31 рисунок, 2 таблицы. Обши.й объем работы с приложениями - 190 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечена актуальность темы, определены основные задачи исследования, подчеркнуты научная новизна и практическая ценность работы, представлена информация об апробаций работы.

Первая глава посвящена обвору и анализу существующих методов термодинамических измерений и математических Моделей теплового режима-гидроприводов.

Диагностика гидромашин по критерию КПД затрудняется необходимостью прямых измерений давлений, частот вращений, и, особенно.

расходов и моментов на валах гидромашин. Трудности определения КГЩ по результатам прямых измерений параметров преодолимы использованием метода термодинамических измерений (ТДИ). Контролируя термодинамические процессы, возможно оценить долю необратимо теряющейся гидравлической и механической энергии в общем энергобалансе, или КПД гидромашины. Относительные потери энергии могут быть выражены черев разности температур потоков рабочей жидкости (РЖ) на входе и выходе гидромашины и температур утечек.

Первые работы по определению КОД объемных гидромашин методом ТДИ появились около 25 лет назад в ФРГ. Работы в этом направлении проводились также и в СССР. Разработаны несколько методик использования ТДИ, подтвердившие высокие потенциальные возможности ме-тода._ Тем не менее, в настоящее время его испольаоваиие весьма ограничено. Связано ато р тем, что существующие схемы ТДИ нарушают тепловой режим гидропривода, что зачастую неприемлемо, кроме того, традиционные методики неприменимы для ОГП с замкнутым потоком. Поэтому наиболее чзсто методы ТДИ используют при приемосдаточных испытаниях групп маломощных гидромашин.

Анализ существующих моделей тепловой нагруженнооти гидроприводов показал недостаточную исследованность связей между параметрами нагружения и распределением температур рабочей жидкости в гидроприводе. Это еатрудняет разработку новых методик термодинамических измерений, лишенных недостатков существующих.

Во второй главе описана математическая модель тепловой нагруженнооти гидропривода. Анализируются факторы, влияющие на состояние рабочей жидкости при функционировании, в том числе внешний и внутренний теплообмен в гидромашинах и в приводе в целом. Проводится оценка параметров перетечек через перемычки распределителя в гидромыпинах. Предлагается методика расчета теплофизических параметров масел только пр паспортным данным.

Разработанная математическая модель описывает изменение температур рабочей жидкости в различных областях Гидропривода при заданном законе нагружения, в том числе нестационарном. Для этого при известных параметрах нагрузки и характеристиках гидрозлемен-тов определяются значения расходов и давлений в характерных точках гидропривода. По этим данным определяются тепловыделение в гидроэлементах и рассчитывается температура рабочей жидкостй. С учетом зависимости характеристик гидроэлементов от температуры итерационно уточняются значения расходов и давлений.

- б -

Анализ связей между состоянием рабочей жидкости и параметрами нагрувки позволяет выделить следующие процессы, общие для произвольного гидропривода. К ним относятся: сжатие/расширение при изменении давления! дросселирование через зазоры в парах трения; теплообмен между РЖ и гидроустройствами. Можно показать, что полный дифференциал уравнения состояния р » р(Р(т), T(t)> имеет вид

dp г TU dP Iq i р dP

— - -рв - ' — + — +--' —. CD

dt L pC dt pC J Еи dt

где x - время; p - плотность; P - давление,' Г - температура, Еи -изотермический модуль объемной упругости; в - изобарический коэффициент объемного расширения; С - плотность при постоянном давлении; Iq - удельная мощность теплового источника и теплообмена с окружающей средой.

Таким образом, деформации жидкости при нагружении определяют три составляющие: упругие свойства при постоянной температуре (Еи)} тепловое расширение, вызванное изменением температуры жидкости в процессе деформации и в ревультате теплообмена с окружающей средой и тепловыделением в объеме. Еоли при изотермическом или адиабатическом процессах изменение температуры однозначйо, то при любом другом она зависит как от свойств рабочей жидкости, так и от свойств системы, в состав которой входит РК.

Проведен анализ факторов, влияющих на изменение температуры жидкости при дросселировании Через зазоры в Парах трения АТдр и адиабатическом расширении Или сжатии ÛTajj. Покавано, что при расчете ЛТдр и ДТад допустимо принимать рис постоянными, но определенными при средних значениях давления и температуры. • Тогда погрешность расчета не превысит 0,01 К. В то же время бев учета зависимости р и С от температуры погрешность может достигать ЮХ.

Рассмотрим потоки энергии в гидромашинах на примере насоса. Поток механической энергии с параметрами Пи (угловая частота вращения) и Мн (момент на валу насоса) преобразуется в поток гидравлической энергии с параметрами Qi (расход за насосом) и ЛР (перепад давлений, ЛР - Pi - Ро) и поток потерь. Последний можно разделить на следующие составляющие : утечки в корпуо с расходом Оут и эффективной температурой ЛТут - Tyt - То, где То - температура, на входе в насос; тепловой поток через корпус в окружающую среду Noc» тепловой поток вследствие теплообмена между РЖ в корпусе гидРомашины и РЖ в главном контуре черев блок цилиндров Ngu; по-

ток перетечек Опер иа гидролинии высокого в гидролинии низкого давления через перемычки распределителя. Поток перетечек вызывает дополнительное увеличение температуры РЖ в главном контуре на величину ДТпвр. Из закона сохранения массы и энергии можно записать:

QhOhMh - QlAP + ОутЛТутНут + Woe + QlATn^Hi; (2)

QiHi - qHS?H " ОутНут - QnepHnep, где qH - подача насоса на радиан; Он - угловая скорость вала насоса; Hi - piCi. В дальнейшем; для компактности наложения, и только с этой целью, будем считать, что р - const и С - const.

Расчетный расход и .температура утечек определяются ив паспортных характеристик насоса с учетом параметров нагрувки.

Поток перетечек через перемычки распределителя гидромашин можно условно разделить на Qe, обусловленный переносом жидкости между полостями высокого и низкого давления за счет сжимаемости и Ql, вызванный перетеканием жидкости через зазор между блоком цилиндров й распределителем под действием перепада давлений. Для расхода Qe и температуры Те можно записать:

Qe - fi(vM + q); (pi - ро)/ри Те - Ti - ДТад - о.бдтдр, (3)

где Vm - т.н. "мертвый" объем гидромашины; q - номинальная подача на радиан; pi и ро - плотность РЖ соответственно в области высокого и низкого давления. Точный расчет Ql едва ли возможен, поэтому его расход оценивается иа выражения Ql - ОутКрасИпр. где Оут - поток утечек в корпус гидромашины; Крас - коэффициент, равный отношению утечек в корпус гш распределителю ко всему потоку утечек, и КПр - отношение проводимостей уплотнительных поясков и перемычек распределителя. Например, для гидромашин типа Зауэр 23 Qe ооставляет примерно 17. номинальной подачи на каждые 10 Ша и не зависит от параметра регулирования; Ql составляет до 0,2X номинальной подачи в зависимости от давления. Температура Tl принимается равной температуре утечек в корпус.

При оценке параметров теплообмена в гидроприводе определялись тепловые потоки как между РЖ в корпусе гидромашин и в главном контуре, так и при теплообмене о окружающей средой. Проведена оценка изменения температуры потока РЖ на выходе корпуса гидромашины при ступенчатом или периодическом изменении температуры на входе. В этих случаях происходит запаздывание изменения температуры на выходе, вызванное как смешиванием входного потока с жид-

костью в корпусе, так и нестационарным теплообменом РЖ с корпусом. Запаздывание может достигать десятков секунд.

Описанный подход позволяет определить температуру рабочей жидкости при заданных параметрах нагрузки, в том числе нестационарной, и известных характеристиках гидроэлементов. С другой стороны, по известному распределению температур в гидроприводе возможно определить параметры потерь в гидромашинах.

Термодинамические исследования гидроприводов требуют точного знания ряда физических параметров используемых рабочих жидкостей. Экспериментальное определение этих параметров в широком диапазоне состояний сложная и трудоем!сая задача. Расчетное определение затруднено тем, что большинство зависимостей используют аначеиие среднего молекулярного веса основу М. К сожалению, он известен только для некоторых хорошо изученных масел.

Была исследована зависимость среднего молекулярного веса М десяти масел от температуры вспышки.в открытом тигле ТВсп по ГОСТ 4333-87. Аппроксимационная зависимость имеет следующий вид:

М - 832.65 - 3.9-Твсп + 0.0144'(ТВсп)й " эоэто/м. (4)

Используя полученнсэ выражение, бил разработан .программный комплекс для ПЭВМ, позволяющий на .основе паспортных данных -плотности при нормальных условиях и Твсп - достаточно точно определять плотность, теплоемкость, теплопроводность, пъезокоэффици-ент сдвиговой вязкости рабочих жидкостей на нефтяной основе в широком диапазоне изменения температуры и давления. Например,' погрешность расчета плотности и теплоемкости в диапазоне температур 273. ..373 К и давлений о... 32 МПа не превышает 1,гх для исследованных масел.

Параллельно проводились прямые измерения теплофизических свойств масла МГЕ-25Т в диапазоне давлений Р»0.. ,8БМПа и температур Т-293...365 К на специально сконструированном стенде. . Экспериментальные значения изотермического модуля упругости ас0 при Р«0, Г-293 К оказались равны або«1б50МПа, температурный коэффициент равен Ь-8,85. Погрешность оценки для йо равна 1,1%, для Ь -2,1%, что не превышает оииОок эксперимента.

В третьей главе описываются алгоритмы определения КПД гидромашин и привода в целом по результатам температурных измерений, предлагается методика тестового контроля (мониторинга) привода по

измерениям температуры в двух точках и обсуждаются факторы, влияющие на точность определения КПД.

Из анализа связей между различными потоками мощности в гидромашинах и температурой рж следует, что для оценки КПД достаточно определить отношение потока утечек к, например, теоретической подаче гидромашшш. Удобней всего это сделать, объединив поток утечек с потоком, температура которого известна, а расход пропорционален теоретическому расходу гидромашины.

Рассмотрим подобный подход для гидропривода с разомкнутым потоком. Для компактности формул в выражениях ниже будем пренебрегать влиянием перетечек и теплообменом в гидроприводе. Возможные варианты эвакуации утечек из корпусов гидромашин представлены на рис.1. В качестве примера приведем формулу для расчета общего ЩЦ привода для варианта на рио.16:

Ио

Р(ТН-Т5)

г ^ (Т5-Т4КТ4-Т3) 1

Р(Тн-ТБ) + РС Т„(Т5-Т4) + V-

1 (Тг-ТЭ) ->

(Б)

Рис.1. Воаможные схемы эвакуации утечек в гидроприводе с разомкнутым потоком

рассмотрим упрощенную схему движения жидкости в гидроприводе о замкнутым потоком (рис.2). Поток от подпиточного насоса ПИ смешивается с потоком Оз гидролинии низкого давления. Результирующий поток 0о поступает на вход насоса Н и далее в виде потока СЦ^Ог - на йход гидррмотора М. На выходе гидроыотора поток Оз делится на две части - поток Оа^Оз и через переливной клапан К, показанный как дроссель, поток 0в*0в поступает в корпус гидромашины.

В зависимости от возможностей измерений температур РЖ возможны различные расчетные схемы.

Рис.2. Расчетные схемы эвакуации утечек в гидроприводе с замкнутым потоком

Например, пусть температура потока Ов известна; также известны температуры утечек гидромотора От и насоса Он, потока Оэ--Ов+Ог- и потока Цю-Цэ+Он- Температуру потока прокачки до

и после подпиточнсго насоса условно принимаем постоянной. Тогда выражения, связывающие расход утечек гидромашин с температурой рабочей жидкости, будут иметь вид:

Он - Чпн^н'

Тю - Та

От - qп^A^•

Тн - Т9 (Тн - ТюНТо -Те)

(6)

(7)

(Тн - Те)(Тг - Те)

Запишем выражения для общего Чо,в и объемного Ное.я КПД насоса, где Кп-дпи/Зн - отношению подачи на радиан подпиточного и основного насосов:

По. и *

(сьЛгОутЭ'йР

(Ч]Аг Оут) "АР + ОутТутН

„ (Тн - Тв)(Тю -г9) * Чпн0н' Ту-ТТГт—7Т; (8)

(Ти ' Тд)(Тг - Т8)

Поб.Н * 1

Оут

* 1 - КП"

Тю - Тд

(9)

Чн^я ТМ - Тд

Допустим, что можно измерить только температуру потока Од после слияния потока прокачки с.потоком утечек гвдромотора, или практически температуру в корпусе гидромотора. Остальное - как в предыдущем примере. Для гидромотора в этом случае можно записать•

du - To) - K(Tio - Tq)[I - —— 1 L лр J

только выражение для общего КЦЦ. В самом деле, для общего КПД привода в целом Поо иа закона сохранения энергии:

ЧтФнСГю ~ Тц)рС Иках.н

tloo *> 1 - -•-. (10)

q„S?„ ДР

В уравнении (10) одно неизвестное - Пмех.н. механический КПД насоса. Зная расход и температуру утечек насоса, легко определить общий и объемный КПД насоса. Тогда пмах.н определяется как частное от их деления. Поскольку известны общий КПД привода Поо и общий КЦЦ насоса По.н> общий КПД гидромотора По. г определится <сак частное от деления общего КПД привода на общий КЦЦ насоса. В этой случае измеряются температуры в четырех точках: на входе и выходе потока прокачки из корпуса насоса, в самом корпусе, на всасывании подпиточного насоса. Для общего КПД привода мсжно записать:

(Тю - ТиХТн - Та) , 4 т>оо * 1 - Кп--:-. (И)

рс

ДР

Выражения (8-П) приближенные. Для более точного определения параметров гидромашин необходим учет теплообмена как внутри гидромашин, так и теплообмена о окружающей средой, оценка потока перетечек по распределителям гидромашин, учет влияния зависимости плотности и теплоемкости РЖ от давления и температуры.

Если ограничиться задачей мониторинга привода с целью контроля выхода значений общего КОД (или мощности потерь) ва наперед заданные значения, возможно упростить схему измерения ценой некоторой потери точности. Обратимся к выражению (10). Допустим, что мощность механических потерь в, насосе - постоянная величина. Обозначим потери давления в насосе ДМ, тогда ДМгаор-kPmax и Имех. м- Р/ (Р + kPrrtÄx). В этом случае для общего КПД привода возможно записать приближенное выражение л0о- 1 - Кгг рСДТ/(ДР + ♦kPniax), где ДТ - разность температур РЖ между входом и выходом привода. Коэффициент к следует назначать исходя иа предельно допустима значений потерь. Погрешность определения КПД Л при принятых допущениях зависит от давления и фактических механических потерь в насосе ЛМфакт и не превышает при ДМфакт-2'ДМтеор Д-1.18Х при Р»Рмах и Д-2.29Х при P-0,5Puajt (тюс-0,65). Следует отметить, что при ДРфакт > ДРтеор рассчитанный КВД будет всегда меньше фак-

тического, что допустимо при мониторинге. В ряде случаев ьознолно принять линейную зависимость ДМгеср от Р. Тогда выражение для т|со еще Солее упрощается, а погрешность расчета уменьшается.

Анализ факторов, влияющих на точность определения КПД методом ТДИ, позволил выявить два основных источника погрешностей. Это точность датчиков и меняющиеся условия теплообмена с окружающей средой. В результате измеренная датчиком температур.-» потока жидкости оказывается не равной среднемассовой. Более того, эта разница изменяется в зависимости от температуры окружающей среды и расхода жидкости для одного и того же трубопровода. Например, при разнице температур масла и воздуха 30 К и изменении скорости потока жидкости от 0,5 м/с до 2,6 м/с погрешность возрастает от 0,02 К до 0,07 К в зависимости от диаметра трубопровода.

В четвертой главе формулируются требования к информационно-вычислительному комплексу (ИВК) для испытания гидроприводов, описываются разработанное программное и аппаратное обеспечение, методика проведения и результаты испытаний.

В рамках данной работы особое значение приобретает точные н синхронные измерения большого количества параметров. Решение искалось на пути автоматизации всего процесса измерения о последующей обработкой результатов на ЭВМ.

Информационно-вычислительный комплекс (ИВК), понимаемый как система сбора, хранения и обработки информации, был. выбран двухуровневым. Процессы с?ъема и первичной обработки данных отделены от процессов углубленной обработки и организации упорядоченного хранения полученной информации. Такая структура ИСК диктовалась необходимостью обеспечения надежности и гарантированной сохранности полученной информации, а также требованиями к массогабаритным и энергетическим-характеристикам оборудования, обеспечивающего про-цесо измерения. Тогда съем, первичную обработку и запись данных обеспечивает малогабаритный и дешевый микропроцессорный блок, а дальнейшая обработка проивводится на более мощных ЭВМ.

ИВК включает в себя аппаратную и программную части. К аппаратному обеспечению (АО) предъявлялись следующие основные требования: малые габариты и низкое энергопотребление; надежная работа в условиях с высокими уровнями вибраций, мощными электромагнитными полями и загрязненностью окружающей среды. Характеристики АО должны позволять проводить самые различные испытания ОГП: от регистрации быстрых переходных процессов с постоянными времени по-

рядка 0,001 секунды до ресурсных с длительностью непрерывной работы 16 часов и более. Необходимо обеспечить обработку сигналов, поступающих как в аналоговой, так и в частотной или цифровой формах по нескольким каналам одновременно; результаты должны фиксироваться на устройствах с произвол! ным доступом.

Был создан автоматизированный диагностический комплекс (АДК), конструктивное исполнение и элементная база которого обеспечивает выполнение этих требований. Аппаратное обеспечение АДК включает следующие основные компоненты: измерительную систему, в которую входят датчики и вторичные преобразователи физических величии; аппаратный интерфейс АДК, включающий базовый модуль и набор функциональных плат; устройства ввода-вывода.

Базовый модуль включает в себя блоки питания, коммуникационный шлейф и гнезда для размещения функциональных плат. Предусмотрена возможность питания датчиков преииаионньы напряжением +5В. Созданы две модификации базового модуля. Первая рассчитана на питание от источника постоянного тока напряжением 20...ЗОВ, позволяет устанавливать до 7 плат в брызгозащгеценный корпус размером 400*300*170 мм и предназначена для полевых испытаний. Вторая модификация питается от сети переменного тока напряжением 220В, позволяет установить до 15 плат в корпус размером 435*300*265 мм и использовалась при стендовых испытаниях.

Функциональные платы выполнялись на основе технической документации и специализированной комплектации, предоставленных ПО "Интеграл". В качестве функциональных плат применялись следующие одноплатные устройства: центральный процессор с системой команд ЭВМ "Злектроника-60", выполненный на помехозащищенных микросхемах с микрспотреблением серии КР688; энергонезависимое ОЗУ емкостью Бб...392 Кбайт; контроллер накопителей на гибких магнитных дисках; аналого-цифровой преобразователь, обеспечивавший преобразование напряжения в диапазоне ±5,12 вольт в 12-разрядный код по 28 каналам; трехканальный частотомер, обеспечивающий измерение сигналов в диапазоне 0,01-10 В; Контроллер датчикбв температуры, обеспечивающий измерение сопротивления четырех датчиков температуры типа ТСП с погрешностью преобразования не более О.152; контроллер силовых ключей; интерфейс радиально-параллелыюй передачи; интерфейс радиально-последовательной связи. При необходимости возможна установка дополнительных плат электронных дисков, контроллеров цифровых входов-выходов, шагового двигателя и т.д.

Разработанный пакет программ для АДК включает в себя три основных модуля. Первый модуль обеспечивает организацию архитектуры каналов ввода информации в АДК. В режиме диалога оператор назначает каждому измеряемому параметру номер канала ввода. По запросу машины задаются коэффициенты пересчета входных сигналов в единицы физических величии и, при необходимости, начальное значение измеряемого параметра. Так же задается время усреднения (промежуток времени, за который рассчитывается среднее значение величины) и период записи на диск файла данных. При Еыборе времени усреднения менее 0,02с измерение параметров происходит с максимально возможной скоростью. Информация о структуре каналов ввода, режимах съема и записи автоматически записывается в файлы структуры. При необходимости производится калибровка каналов измерения.

Второй модуль обеспечивает преобразование входных сигналов в физические единицы измеряемых параметров, усреднение их в течение заданного промежутка времени, Еыдачу на дисплей текущих значений важнейших параметров (например, давление, общий КПД и т.д.) и запись с заданным периодом всех данных на магнитный диск. При этом полученное значение на выходе кассет умножается на коэффициент пересчета с учетом результатов калибровки. Обеспечивается калибровка каналов измерений АДК. Каждому файлу данных автоматически • присваивается уникальное имя. Возможен легкий переход на любую из описанных ранее структур и режимов измерений.

Третий модуль- обеспечивает вывод файлов данных на дисплей либо на принтер в удобном для пользователя виде. Предусмотрен расчет среднего значения и среднеквадратического отклонения параметра в просматриваемом файле данных. При необходимости возможен пересчет полученных данных по нелинейному закону преобразования и создания новых файлов данных в формате, удобном для дальнейшей обработки. Передача данных на ЭВМ типа PC/AT осуществляется по последовательному каналу либо в виде файлов, записанных на ГМД.

При проведении стендовых испытаний ОГП проводилась индивидуальная тарировка каналов измерения о последующей обработкой результатов на ЭВМ. Погрешности информационных каналов не превышают: при измерении давления - 0,7%, моментов - 0.6Х, частот вращения - 0.Q6X, температур - 0,075 К, расхода - О.бХ. угла наклона люльки - 0,0035 радиана, КПД гидромашин и привода в целом измерялись параллельно как традиционным методом, так и методом ТДИ по предложенным алгоритмам в диапазоне давлений Б...25 МПа, частот

о

вращения вала насоса 80...220 рад/с, температур рабочей жидкости 290...350 К. При этом общий КПД привода изменялся от 0,67 до 0,95, объемный - от 0,79 до 0,97, механический - от 0,77 до0,94.

А.Х

з г

- _ _о « « _5__;

го 30 40 60 60 70 75 Температура на входе в гидропривод.^

10 13 14 1в Давление нагнетения,

16

МПа

Рис.3. Погрешность расчета общего КПД привода по предложенному алгоритму

В частности, на рнс.З представлена разница между значениями общего КПД привода, рассчитанными по традиционной и предложенной методике в исследованном диапазоне нагрузок. Приведены зависимости погрешности от температуры рабочей жидкости на входе в гидропривод (рис.За) и давления (рис.36). Средняя погрешность оценки КПД гидромашин и привода в целом по предложенным алгоритмам оказалась 1.2Х, возрастая до максимального значения 2.3Х при уменьшении давления до б МПа и повышении температуре РЖ до 350 К.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана математическая модель, описывающая изменение температур рабочей жидкости в различных областях гидропривода при заданном законе нагружения, отличающаяся учетом как теплообмена внутри гидромашин, так и внешнего теплообмена, в том числе нестационарного, позволяющая определить условия потери приводом работоспособности по критерию температуры рабочей жидкости еще на стадии проектирования.

2. Создан способ расчета общего, объемного и гидромеханического . коэффициентов полезного действия гидромашин термодинамическим методом в составе гидроприводов как с разомкнутым, так и с замкнутым потоком, отличающийся измерением температур рабочей жидкости только в областях низкого давления гидропривода.

3. Создан способ тестового контроля общего КЦЦ привода термодинамическим методом, включающий измерение рабочего давления и

отличающийся измерением температур рабочей жидкости только на входе и выходе гидропривода вращательного движения, при этом отличия в значениях КПД, полученных традиционным. и предложенным способом, не превышают 3...42 в рабочих диапазонах нагрузок.

4. Исследовано влияние неравномерности распределения- температур рабочей жидкости, обусловленное теплообменом с окружающей средой, на точность определения параметров гидромашин термодинамическим методом и покааано, что измерение температуры рабочей жидкости с погрешностью меньше, чем 0,025 К, не повышает точность определения КПД в условиях реальной эксплуатации.

5. Предложена методика прогнозирования плотности, теплоемкости, теплопроводности, пъезокозффициента сдвиговой вязкости, скорости звука рабочих жидкостей на нефтяной основе в широком диапазоне изменения температуры и давления по данным о плотности жидкости при нормальных условиях и температуре вспышки в открытом тигле по ГОСТ 4333-87, включающая расчет среднего молекулярного веса рабочей жидкости, при этом погрешность определения теплофи-эичесга!х параметров не превышает QZ.

В. разработаны требования к аппаратному и программному обеспечению, используемому при исследовании объемных гидроприводов, и созданы образцы оборудования и программ, допускающие испытание привода.как на стенде, так и в составе изделия, что позволяет ускорить проведение испытаний гидроприводов при реальных условиях нагружения.

7. Проведена экспериментальная проверка предложенных алгоритмов определения КПД гидромашйн методами термодинамических измерений и показано, что значения КПД, полученные традиционным и термодинамическим способами, отличаются не более чем на 2...3% во всем диапазоне исследованных режимов нагружения.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Пат. 2027907 (Российская Федерация). Способ диагностики объемных гидромашин / Л.А.Колесников, В.А.Жедь, Опубл. в Б.И., 1995, №3.

2. Колесников Л.А. Технический контроль объемных гидроприводов с замкнутым потоком // Wybrane РгоЫешу Dlagnostyki Maszyn (па podstavrle materialow Korwersatium PTDT). - Clechociner, -Bydgoszcz, 1998. - C.137-142.

3. Колесников Л. А. Диагностика гидроприводов термодинамическим методом // Совершенствование процессов финишной обработки в машино- и приборостроении, экология и зашита окружающей среды: Тев. докл. междунар. н.т. конф.-Минск, 1996, - С,б7.

4. Колесников Л.А. Диагностика гидроприводов станочного оборудования // Материалы междунар. 61--.й н. т. конф. БГПА. 4.2. -Минск, 1995. - С.159.

5. Колесников Л.А. Автоматизация испытаний объемных гидроприводов // Моделирование сельскохозяйственных процессов и машин: Тез. докл. Второй республ. и. т. конф.- Минск, 1996. - С.100.

6. Колесников Л.А. Прогнозирование физических свойств гидравлических масел /БГПА. - Минск, 1991. - 6 с. - Деп. в ВИНИТИ 11.07.91, №2970-В91 // РЖ: 19П. Химия и переработка горючих ископаемых и природных газов.-1991. - №20. - 20П292 ДЕЛ. - С.40.

7. колесников Л.А., Лапотко Ö.П., Озеров Г.С., ПИскунов А.Н. Термодинамический способ определения КПД объемных гидроприводов / БГПА. - Минск, 1987. - 6 с. - Деп. в ЦНИИТЗИавтопром 29.07.87. -N°1585-an87 // РЖ: 48. Машиностр. материалы и гидропривод.-1988. - №1. - 1.48,664 ДЕП. - С.96.

8. Колесников Л.А., Озеров Г.С., КеДь В.А., Бабаев О.М., Ко-това-Смоленская Л.И. Программное обеспечение автоматизированных испытаний объемных гидроприводов / БГПА. - Минск, 1991. - 9 с. -Деп: в ВИНИТИ 11.07.91. -№2969-В91//РЗК: 48. Машиностр. материалы и гидропривод.-1991. - №11. - 11.48.803 ДЕП. - С.104. .

9. Колесников Л.А., Лапотко О.П., Озеров Г.С. Методика комплексного изучения рабочих жидкостей объемных гидроприводов // Теория и практика рационального использования горюче-смазочных материалов и рабочих жидкостей в технике: Тев. докл. н. т. конф. - Челябинск, 25-27 мая 1987. - С.45.

10. Озеров Г.С., Колесников Л.А., ЖедьВ.А., Бабаев О.М., Котова-Смоленская Л.И. Аппаратное обеспечение автоматизированных испытаний объемных гидроприводов / БГПА. - Минск, 1991. - 7 с. -Деп. в ВИНИТИ 11.07.01.-№20б6-В91//РК: 48. Машиностр. материалы И гидропривод.-1991. - №11. - 11.48.804 ДЕП. - С.104.

/ /

РЭ8ЮМЕ

Калесн1кау ЛещЦд Аляксаидрав1ч.

Ацэнка стану аб'ёмных г1драпрывода? маб1лы<ых машин тзрмадинам1ч)шм метадам

Кдючавия словы.-' аб'ёмны Ндрапрывод, диагностика, тэрмады-нам1ка, масла, аутаматизацыя випрабаванняу.

Аб'ект даследавання: аО'ё'мная г1драперадача ГСТ-90.

Мзта работы: распрацсука метадау > сродкау ацэш'Л энергетыч-ных страт у аб'ё'мным Пдралрыводу па амяненню тэмпературы рабачай вад1сасц1,

Распрацаваны матэматычная мадэль цеплавой нагружалась г1драпрывода 1 праграма разл1ка на ЭВМ, яюя дазваляюць колькасна ацатць уплыу канструкцыйных параметра? на раамеркавание тампера-тур у прыводзе як у сгстэме; атрыманы анал!тычныя залежнасц1, як!я дазваляюць выэначыць ККД пдрамашын 1 прывода у цэлым праз вымя-рэнне температур рабочей вадкасьц! у вызначаных пунктах, у тым Л1ку а замкнутым патокам; распрацавана методыка тэставага кантра-лю прывода праз вымярзнне температур рабочай вадкасьщ у полас-цях назкага Щеку. Прапанаваны алгарытм 1 праграма разл!ку на ЭВМ цеплаф1з1чных уласЩвасцяу рабочых вадкас иду - тольк1 па пашпарт-ных даных. Створаны праграмна-апаратны комплекс на баае м1краЭВМ для даследавання Пдрапрыводау як у лабараторных, так 1 у палявих умовах.

РЕЗЮМЕ

Колесников Леонид Александрович Оценка состояния объемных гидроприводов мобильных машин термодинамическим методом Ключевые слова: объемный гидропривод, диагностика, термодинамика, масла, автоматизация испытаний, мобильные машины. Объект исследования: объемная гидропередача ГСТ-90. Цель работы: разработка методов и средств оценки энергетических потерь в объемном гидроприводе по изменению температуры рабочей жидгости.

Разработаны математическая модель тепловой нагруженности гидропривода и программа расчета на ЭВМ, позволяющая количественно оценить влияние конструктивных параметров на распределение температур в приводе как в оистеме; получены аналитические зависимости, позволяющие определить КПД гидромашин и привода в целом посредством ' измерения температур рабочей жидкости в определенных точках привода, в том числе о замкнутым потоком; разработана методика тестового контроля привода по измерениям температуры рабочей жидкости в полостях низкого давления. Предложен алгоритм и программа расчета на ЭВМ теплофиаических свойств рабочих жидкостей только по паспортным данным. Создан программно-аппаратный комплекс на базе микроэвм для исследования гидроприводов как в лабораторных, так и в полевых условиях.

SUMMARY

Kolesnikov Leonid Aleksandrovlch Technical control of a hydraulic drive of a mobile drives by thermodynamic method

Kay word5: hydraulic drives, diagnostics, thermodynamics, oil, automation of tests.

Object of research: hydraulic drive rCT-9Q.

The purpose of work: development methods and equipment for diagnosis energy losses in hydraulic drive with changing temperature of working liquid.

Mathematical model of hydraulic drive thermal stress and computer program, which allows to estimate quantitatively Influence of drive design on temperature distribution in hydraulic drive as in the system, • were developed. The analytical dependencies, allowing to define efficiency of a hydraulic machines and of a drive in the whole, including drives with the closed flow received by means of measurement of temperatures of a working liquid in determined points of a drH'e, were developed.

Method of a drive test control based on measurements cf a working liquid temperature in the cavities of low-pressure was developed.

Algorithm and -a computer program to determine the working liquids theraalphysto properties which the only use of nameplate data, were designed.

Hardware-software complex on the microcomputer base for hydraulic drive research both in laboratory and In field conditions was created.