автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.13, диссертация на тему:Повышение эксплуатационной надежности гидропривода литейных машин применением рациональной очистки рабочей жидкости

П й ид

Харьковский политехнический институт

На правах рукописи

Тхаиер Зенеддин

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛ7АГ АЦИОНЮЙ НАДЕЖНОСТИ ГИДРОПРИВОДА ЛИТЕЙНЫХ МАШИН ПРИМШЕНИЕМ РАЦИОНАЛЬНОЙ ОЧИСТКИ РАБОЧЕЙ ВДЩЮСТИ

05.04.13 - гидромашинн и гдцропневмоагрегаты

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харьков - 1993

Работа выполнена на кафедре "Гидравлические мазины" Харьковского политехначзсного института

Научанй руководитель - кандидат технических наук,

доцент Ефремов А.П. Официальные оппонент: - доктор технических наук,

Лурье З.Я. - кандидат технических наук, Вакуленко И.А.

Ведущее предприятие - - з-д "Автоцватлит", г.Мелитополь

у о

Защита состоится "2/" /Л1993 г. в час.

на заседания специализированного совета Д 068.39.01 при ХсрькоЕокоы политехническом институте (310002, Харьков, ГСП, ул.'£рунз8, 21)

О диссертацией южно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " "_1993 г.

Ученый сзкрстарь специализированного сопата , Зайченко Я.Т.

ОЕШ ХАР АКГТрйСГИКА РАБОТЫ

Актуаллнооть работы. Опыт, эксплуатации гшгоогГигарованных литейных машин показывает, что 7СЙ отказов в их работа приходится на гидравлический по ив од, а ана-гиэ отказов и нарушений работы гидропривода показывает, что около 80^ гшгроустройств выхолят из строя из-за недопустимо высокого уровшг загрязнен-' ности рабочей хвдкости.

Повышенна эксплуатационной надеяностя и производитачънос-ти, сокращение, затрат на запасные части, а тайже болео эконо?*-' , ноэ расходование нефтепродуктов возмогло путём своевременного восстшоменйя рабочей защкостп п результате оа очистки от за-( грязиений. • ' ■

СудаствунщпА подход к очиетка рабочей, гад костя по наработке в силу случйного характера изменения индекса загрязненности но обэспэчиваат требуомуа оэ чистоту. Контроль за состояня-. ем рабочей аздЫоста и очистка ее но состояяйп .позволит рвкзть зйдачу повышения надежности, прслЗпоцптсльпосгд и полушш- до-ВсянитсшьныЯ зкопстачзсКпй »Мект.

Работа выполнена в соответствии с тохяячэскпд зпдгжшн Малптопальсксго зазода "АйтоИзетлат"на разработку технологии очистка' гидр соистец лятейяых ¡¿rsat от 1.07.89 г.

'• Цй«в работы являемся павыяэнпй надежности гидропривода дптойяшс каппш аутам ршгаонально!} очпсткй рабочей кддкоота . ' гидросйстс'л! а зйсплуатагйп. '' ;..

Научная новизна работ. В результата статйзтаческсго яа- . блвдеягя за осста-ши«:! рсбочеЗ пдасстз гияросЕотейа so cpewi экопяуатппкз установлен закса распредазЁппя варатгпоотя езероз-тп азетпспЕЯ шщйкоа эегрязнонноста гетросистога поабояео

представительного типа литейных машин, эксплуатируемых на завода? псиучэна наиболее вероятная закономерность ыменения инпек-оа загрязненности в пропесое аксцяуатапии и закон распределения наработки на отказ рабочей мщкости. Разработана экономико-математическая модель по определению рапиональных параметров системы очистки рабочей жидкости по состоянию. Разработана методика определения рациональной области применения очиститалей & зависимости от параметров рабочей жидкости.

Практическая ценность работы* Разработаны алгоритм и программа расчета на ЭВМ рапионтльных показателей и режима очгот-ки рабочей жвдксоти по состоянии о использованием очиститель-них устройств. Даны практические рекомендации по очистке гидросистемы на базе используемых ояиститольных устройств.

Реализация работы. Методика в программа расчета на ЭВМ рациональных параметров системы очиотки рабочей *щкбсти по. состоянии, центробежные очистители внедрены на Мелитопольском Заводе "Автоивемит".

Апробация работы. Основные разделы диссертационной работ« -докладывались на '37 научно-Техк/ческой 'профессорско-преподавательской койференпий ХПИ (апрель, 1990 г.) » заводе "Авто-

Ь *

цветиит* (г. Мелитополь, 1991, 1992 Г.г

Публикации. По результатам исследований опубликовано 3 печатных работы.

Объем работы. Диссертвтонная работа состоит ta введения, четырех глав, основных результатов H выводов по гчботе.Работа в палом содержит 141 страницу, в Фок числе 109 стравил основного текста, 11 таблиц, 41 рисунка, список использовании* литературных источников из 45 н antea ований и 4 приложений на 27 страницах. _

. С0Д5РШИВ РАБОТЫ

В первой главе поивелен обзор исследований влияния загояз-нений на работу гидропривода, его надежность; рассмотрены состав я структура механических загрязнений, поступающих в гидросистему» а также источники этих поступлений.

Вопросам., связанным о загрязнением, очисткой и контролем чистоты рабочей жидкости посвящены работы Т.М.Баяты, П.Н.Беляни-на, В.П.Коваленко, Г.А.Никитина, В .К/Руднева, В.Я.Скрипкого и др., однако вопросы, связанные о зь^ряЭненйем к дргаяизапией очйстки гидросистем литг "тих машин в условиях эксплуатации, Изучены недостаточно. Не определен'закон васггредаченйя вероят- '.. йооти скороотк. Накопления загрязнений, позволявший уо*яновить наиболее вероятную"закономерность изменения степени загрязненности рабочей жидкости в пропессе аксгауататтии и позволявший своевременно производить 89 очистку. '

Работами И.А.Вакуленко применительно к гидросистемам стоо- • йтельних и,дорожных мапшя было показано, что наиболее э^фэктив-ной являетоя система очистки рабочей адкостя по состояния, управлявшими показателями которой являптсядопускаема! и предаль-нвя отвйень загрязненности, а рекомевдапю^по очистке при до: стижэнии предельной степени загрязненности носят частный характер! • 1

Обзор, и анализ научно^исследоватальекях работ по данному . ■ вопросу позволили сформулировать задача настояаего последов л-пия: .

- изучить закономерности накопления махшпгсэскпх примоовЗ в рабочей хздкостр гидросистем' лйтейяьа маял* ! V

В

- разработать економико-штемагическую модель по определению рациональных параметров системы очистки рабе гай жвдкоетт: по '

СОСТОЯНИЮ!

- разработать методику опоеяеления рапиональной области применения центробежных очистителей И практические рекомэндамга по очистке на базе этик очвзтитедей;

- разработать атгорктм к прогршцу расчета на S3M рациональных -значений допускаемой и предельной степени загрязненности и меласонтролъной наработки рабочей тонкости с использованием пентробешнх очистителей î

- опенить гконошгческуп эффективность проведенных вссяедр-ваннй. • -

Во второй главе изложены результата статистических наблю-. дений за состоянием рабочей гадкое î и гидросистема лита {»ней машины в процессе аксплуататош. Пробы рабочей жидкости Забирались из наибоиеэ характерных точек гидросистемы о последующим гранулометрическим анализом проб. Анализ чистотк рабочей жидкости свидетельствует о той» что ее состояние fie соответствует техническим требованиям, достегает -t4-ru, и в некоторых точках отбора даже 15 кяасоа. Из приведенных сйслэдоваяиЙ слепувт выводы:

- измоненкэ иадекса загрязненности йосит случайный, веоо-ятниотннй хярактер /рве. 1/(

- несмотря йа налйчие встроенных в гидросистему фильтров« последние не обесьечивают необходимую чистоту рабочей жидкости}

- существующий подход х очистке рабочей йщкости по наработке в силу случайного херактера изменения индекса загрязненности не обеспечивает необходимую еечисгоТу, необходимо рассматривать вопрос очистки рабочей жвдкооти по ее состояний.^

. в

2 з в ю «? 4 я и 16 ¿А "Чфзгг

Рис.1. Изменений индекса загрязненности рабочей 'жидкости в период эксплуатации. (Т- VIII) - даты отбора проб

<0 : в в

г 1

345,75

Я - - • ¿7 £ = -. 76 „ * = 20П

^ £8'с

348.25

Рис.2.;Гистоп>амма логвпиЗмически нормального распределения частот индекса загрязненности оабочвй *явкосг« • гидросистемы литерной мятинн.

Гранулометрический анализ проб рабочей хвдкости показал, что изменение числа частил загрязнителя определенного размера в течение эксплуатации носит случаГотй характер.

Для прогнозирования надежности рабочей жидкости необходимо знать закон распределения индекса загрязненности. Гистограм- . ма изменения индекса загрязненности /рис.2/ свидетельствует, что изменение ивдекса загрязненности носит также вероятностный . характер.

Результаты статистической обработки показали, что распределение индекса загрязненности хорошо согласуется с логарифмически нормальным законом распределения. Плотность вероятности полученного закона ■распределения имеет вид:

Математическая обработка результатов исследования изменения индекса загрязненности показала, что его изменение может быть описано уравнением ввда

Имея исходный индекс загрязненности Ва и зная , можно за время "Ь експлуагагои гидросистемы прогнозировать факти-

ческую загрязненность масла и применять принудительную очистку гидросистемы. •

Значение показателя лежит в диапазоне (0,5 - 27)- 10"^, а закон распределения этого показателя хорошо согласуется с экспоненциальным законом распределения:

ЧЬШ'Ъ'ё'*** (3)

в котором наиболее вероятное значение' У^ =7,4

Таким образом, на оенове полученных результатов была определена наиболее вероятная' закономерность изменения индекса загрязненности рабочей жидкости гидросистемы литейной машины!

2 =№5+ 52135-0- е ) (4,

В третьей главе изложены теоретические основы оптимизации показателей система очистки рабочей жидкости в эксплуатации. .

В качестве управляющих показателей при оптимизации система технического обслуживания рабочей жидкости в процессе эксплуатации на основе использования средств диагностики выступают допускаемая и предельная степень загрязненности и ме«контрольная наработка.

Методика экономической оптимизации допускаемой и предельной степени загрязненности рабочей жидкости и межконтрольной наработки состоит в следующем: в качестве критерия оптимизации принят обощапций показатель экономического эффекта, "определяемый как разность цены потребления литейной машины по базовому и новому варианту, т.е. дв и после внедрения системы очистки. Экономический эф]«кт в данном случае

является функцией от допускаемого и предельного индексов загрязненности рабочей жидкости, а также межконтрольной наработки, т.е.

Очистка рабочей жидкости осуществляется по состоянию при превышении индексом загрязненности допускаемого значения, а техническое обслуживание остальных элементов литейной малины - по наработке в соответствии с действующей таново-предупоедйтель-ной системой технических обслуживания и ремонтов.

Целевая функпия годового экономического эййекга имеет виц:

С)

где Эг - годовой экономический эМект, руб; ¿?р , 2п - соответственно допускаемый и предельный индекс загрязненности рабочей жидкости; ¿/у - шжконтрольная наработка рабочей жидкости, час; В ,В - соответственно годовая производительность литейной машины по новому и.базовому вариантам, единипа продукт™, тт.; Иг . Иг - текущие затраты в эксплуатации соответственно по новому и базовому вариантам, руб; к.

»л* - капитальные затраты соответственно по новому и по базовому вариантам, руб.;

т- нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений.

Главными показателями,. сЬормирущими экономический эФФект, являются годовые теКуше издержки, капитальные вложения и годовая эксплуатационная производительность.

В основе расчета годовых текущих затрат по литейной малине, в отличие от отраслевой нормативной мэтояики, учитывается уменьшение трудоемкости текущего ремонта и в результате увелн-

чиваэтся эксшуатагяинная производительность. •

Годовые текущие затраты на заработную плату пи новому варианту определяются по кормуле

с* . с**+ с«*" О)

лМ г сом

где О л/7 и О ¡я - головые затоаты на заработную п«ату соответственно по обслуживанию мачины и системы очистки масла.

Затраты на ~араб«яную плату по обслуживанию системы очистки масла определяются по 0<януяе:

(.00* (д)

~ и '

где - годовой действительный <Ьсщ работы машины» чао; 5}л.о - затраты на заработную тагу по обслуживанию системы . очистки масла на одну очистку; - средняя наработка рабочей жидкости на очистку.

Годовые текущие затраты на. электроэнергию по новому варианту определяем по (формула'.

00

с«-

где о^ - годовые текущие затраты на электроэнергию по базовому варианту; - затраты на электроэнергию при работе ма-слоочистительной установки (для одной очистки) .

Трудоемкость текущего ремонта литейной машина определяется по зависимости

где Ттр - трудоемкость текущего ремонта всех агрегатов, исключая элементы гидропривода, чел-ч; Т^р - трудоемкость текущего ремонта элементов гидропривода, чел-ч.

Ранее проведенные исследования подтверждают, что износ элементов гидропривода увеличивается после отказа рабочей жидкости.

Дифйеренниальнов уравнение для определения трудоемкости текущего ремонта элементов гидропривода после работы на отказавшей рабочей жидкости имеет вид:

где Л* - трудоемкость текущего ремонта элементов гидропривода, приходящаяся на единицу наработки отказавшей рабочей жидкости; ~Ьот - наработка отказавшей рабочей жидкости.

Используя уравнение (2) и принятые обозначения, имеем

На основании уравнений (и) > интегрируя, получим

■(е^-г)].

где Ттр.тш - трудоемкость текущего ремонта элементов гидропривода, техническое состояние которых не зависит от загрязненности рабочей жидкости; ТсрОТ - средняя наработка отказавшей рабочей жидкости межцу двумя текущими ремонтами.

7- (14)

где ~ средняя наработка рабочей жидкости от момента возникновения отказа до очистки, маш-ч; 4-т* - периопичность вы-псипения текущего ремонта, мая-ч.

Трудоемкость текущего ремонта элементов гидропривода, приходящаяся на единлпу наработки отказавшей рабочей жидкости, определяется из уравнения

ттож у-ег тг _ 'гр ~ 'тр ~ /тр.тиг

-г/пегх „ „

где ¡тр ~ трудоемкость текущего ремонта литейной машины

при планово-предупредительной системе технических обслуживания и ремонтов; Т£0Т - наработка отказавшей рабочей жидкости между двумя текущими ремонтами при планово-предупредительной си-' стеюе технического обслуживания и ремонтов.

Годовая, производительность литейной машины определяется следующий образом:

... %-Ъ к С'3)

--А пр,

где - количество единиц продуктам, вырабатываемое литейной машиной за время "¿ф .

• Учитывая изменение часовой эксплуатационной производительности вследствие снижения объемного к.п.д. гидронасоса во времени в периоды между очистками рабочей жидкости, имеем:

о

Где Ндн - номинальная часовая производительность литейной ма- . шины; 2 ' ~ соответственно обьешый к.п.д. и номинальный объемный К.п.д.

Известно, что закономерность изменения объемного к.п.д. . гидронасоса во времени можно представить в виде зависимости .

О) -

где - объемный к.п.д. насоса после приработки пар трения; А^ , А/ - коэффициенты, зависящие от содерталия механических примесей в масле, и определяемые экспериментальным путем.

Поцставяяя зависимости (г) , (из), А^ц в уравнение (I?) и интегрируя, имеем:

С19)

Подставляя уравнение (1э) в (1б) псиучим

где Тг - количество машино-часов работы техники в году; Кпр - коэффициент, учитывавший простои техники, не учтенные в часовой эксплуатационной производительности; ^ - спелний объемный к.п.д. насосов, рассматриваемой литейной машины; ». - Функции величин ; ¿ф , . Учитывая увеличение вксплуатапионной производительности литейной машины после внедрения системы очистки рабочей жидкости эа счет уменьшения трудоемкости текучего ремонта, получим:

в"-в*+ ^^ {ъ-и-н-К), («).

(м

где АТГ - количество дополнительных часов работы литерной машины в году за счет уменьшения тоуттоемкости текущего ремонта.

■ Используя элементы теории веооятностеС, мотао записать плотность распределения напабогки на отказ пабоче!*' жидкости по ивдексу загрязненности:

1Л

где

Средние наработку tía очистку» наработку отказавией рабочей .жвдкости и число меяюнтропышх эксплуатапионных периодов определяем на основании прогнозирования надежности нагана по средне*-' му статистическое изменении параметра состояния» разработанному В.И.Мкшянм:

jnH-d.il: "(»)

где "¿¿- наработка рабочей тал,костя, ишбвзй при I -«ом контроле индекс загрязненности Вр ; - число мэжконТральных екснлу-атваленных периодов» в которых наблгаается отказ рабочей вдковтй,-

Находя максимальной значение эксяомичвсйога эффекта (б) , . определяем соответствующие значения рапясяаяьнше индексов загрязненности рабочей зегакостй к Вр п межйонтраяьной наработки^»

." В четвертой главе с пальи определения времена прошвка гВД-росйстема литейной машты ь зависимости от всхояной загрязненное- , та в температур« рабочей жидкости бы» проведен псиный Файгорйнй эксперимент, А соответствии о поставленной задачей была разработка праграша исследований, которая вюшчаэт й сей!!

- аналйз влияния указанных факторов иа прошео промывки,-

- определение значимости каадого «э факторов на эффект ив- . нозть иромнвки$

- проведение экспериментов по минимизации времени промывки гидросистемы.

С полай получения большей достоверности об истинных значе-- ниях экспериментально полученных данных каждый опыт в проведенных исследованиях повторили трижды. " .

Методом полного факторного эксперимента было определено . • уравнение регрессии, связывающее параметр оптимизации /время

очистки гидросистемы/ с определявшими йактораш Х1 /класс чисто, Ты рабочей жидкости/, и /гемпзпатура рабочей жидкости/:

А V/ Л/ (2б)

у Ш 589,025 ♦ 13,575 -Лл - 214,525-Л^ .

Количественное значение коюйфипиентов приХ, и X* показывает силу влияния соответствующих факторов на параметр оптимизации. 8 пашен случав наибольшее значение имеет ¿^ >-214,525, т.е. <з увеличением температуры рабочей жидкости уменьшается время одастки,

Цри движении к оптимуму расчнтано десять "мысленных" опы-; тсв, достигнув тратту факторного пространства по второму Фак-. тору. " ■ ' • ■'

Результаты показывает • что на уменьшение времени очистки анвчлтельйо мияет температура рабочей жидкости при Фактически постоянной степени загрязненности а более, чем в три раза /#,72/ сокращается время очистки /взаменМО часов время очистка ооотавит 2,6 часа/.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТУ И ШВОД1 ПО РАБОТЕ

Загрязненность рабочей жидкости гидропривода литейной машина в условия* эксплуатации превышает нормативный уровень /13 класс чистоты по ГОСТ 17216-71/ и находится на уровне 16-17 классов и вшё, несмотра на наличие встроенных в гидросистему масляных й воздушных фильтров. Гранулометрический анализ проб рабочей жид*, кости, которые забирались из Ю-ти наиболее характерных точек гидросистемы, показал» что изменение числа частиц загрязнителя Определенного размера в течение периода эксплуатации носит слу-' чайный характер. Обработка результатов эксперимента показала,что интегральная зависимость распределений частиц па размерам хорошо согласуется с логарифмически нормальный ааконой распределения.

Статистическими исследованиями устайовленО| что распределение вероятностей индекса загрязненности рабочей жидкости гидропривода литейной тайны описывается логарифмически нориалыши законен, á распределение вероятностей показателе скорости изменения этого индекса описиваэтея вксвоненциалышм 8йяокоц.

lía оснований получений* законов распределений определена наболев вероятные закономерности изменений индекса йагрлаиенностй е процессе эксплуатация я забоя распределения наработки на отказ рабочей жидкоетй но индексу загрязненности.

Огщввтвуицид подход * оч-ctfee рабочей аидкдйм.й<> наработке в силу случайного характера изменений Индекса загрязненности не обеспечивает необходимую ее чистоту. Tafeo» образом, наиболее элективной являэгей система очистка tío состояний.

Управляющими показателями очистки по есотоянию являйся допускаемая и предельная степень аатрязненностй и ме*конТрольнАя наработка рабочей жидкости.

Разработан» &гонодако-матеыатйческаи модель по определение рациональных параметров система очистки рабочей жидкости no eoi-

тоянию и рациональной области применения очистителя.

Разработаны алгоритм и программа расчета на ЭЗМ рациональных значений допускаемой и предельной степени загрязненности и мск-^контрольной наработки рабочей жидкости; практически рекоиоида-ции по очистке рабочей жидкости. Максимальное значение экономи-• ческого эффекта имеет место при межконтрольных наработках 60 -280 ыаш-час. при предельном индексе загрязненности 7000-8000 . ./15 класс чистоты по ГОСТ 17216-71/ и допускаем« индексах загрязненности в диапазоне 4000-5000, что соответствует i4 классу . чистоты. Дополнительный экономический эффект от внедрения системы очистки составляет более 65000 руб. в год /в ценах 19S0 г./.

С целью определения и минимизации времени промывал гидросистемы литейной машины в зависимости от исходной загрязненности рабочей жидкости, был проведен полный факторный эксперимент типа ПФЭ 2я, Результаты,показали, Что на уменьшение времени очистки значительно' влияет температура рабочей жидкости. При фактически постоянной степени загрязненности время очистки гидросистемы сокращается более, чем в три раза. •

Основные положения диссертационной работы изложены в публикациях! " -

1. Влияние загрязнений на надежность гидро о бору до ваш ¡я //"Е,грнал университета",изд-во Дамаского ун-та,Сирия,на арабском языке.1992. -8с/в соавторстве С Ефремовым А.It./»

2. Исследование динамики загрязненности рабочей жидкости гидросистемы литейной машины в-условиях эксплуатации.//Республикано--кий межведомственный н-т сборник "Гидравлические машины",1993 г.

вып.27 ( в Печати /в соавторстве с Ефремовым А;П./.

3. Методика вкономической оптимизации допускаемой и предельной

степени вагряаненности рабочей Жидкости гидросистем литейных ма- Q шин //Республиканский межведомственный н-т сборник "Гидравлические

. о

маяины",1993 г.,вып27( в печати ) /в соавторстве с Ефремовым А.П., Лерка H.H./. • •