автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Повышение эксплуатационной надежности гидроприводов строительных и дорожных машин при воздействии внешнего электрического поля на рабочую жидкость

харькдзскш г0с1'л\рсгея«д1 автомобил.ш-доррхшй технический универс/ггет

? Г Б СД

kü портах рукспис.'!

Косолапо J Виктор Bopncon:iu

гюеееьие эксплуатационной налей юсти 1адгопгаи№в

сгролгельшх и дп?0'#ш машин ïp'/, возггаствж вкш-1его электрического гшя на р.\30ч:л: едкость

<>1рци.злъность 05.С5.С4 - жзаши для яэмлиикя м

дорсянн»« р^СО'?

автореферат дисеитации im соискенир учзноа Стегали

Xaрысоз - 19Qfi

Работа выполнена на -сафодре "Эксплуатации ¿орокшк иэшин и охр^гш- п>.'да" Харьковского государственного аЕтсюбилъно-дорожко-го течии^ского университете» СХГАЯ1У).

'Л.учиь* руководители! Зеслуяенньй деятель под.та и техники

Украины.доктор технических наук,

профессор ■ Гуднев В. К.

кандиле г твху/чэсккх ноу;:.

Профессор* .Ьсиков Е. Н.

СЛН•циа.'ьньк оппо!1';нт^ доктор '.эчкическуэд наук.

профессор кандидат технических наук

Зо.дтсая оргачизадьл - АО "Лвда"

Тацита длссеглпомн состоится "21" Сзвроля 1996 года в чаяв на ззсела.1г.1 енгималгакровакн'-го сиьета О Пл. IV. С2 при Хтгыхп-око'у г -геонти ыто-юбкльно- дородной гель широком универси-

тете по .адресу' 31г*37в, г. Хорыпз, ул. Петровского. 25.

С дне^ертгдагй »¿ожно езнашьмтьея в библиотек Хгръковгкого гчэсуд^ютьенног ••> агтоиойил1.но-дорожного техн;;чг:ского университета.

/

¿¿тор^Фераг разослан " " йноарл 3.996 ггца.

у-пнъЖ «;1си:таръ спеанализ1?гов4Глно1хл ученою <х>ие1 % локлор ■¡ехническич нау!% депонт ГЪдриг-сию М. Д.

Хыара Л. А Панев И. Г.

Общая характеристика работы

Благодаря ряду существенный преимуществ гидравлическиа привод в последнее время широко применяется в строительных и дорояных машинах различных типов. Количество машин с гидравлическим приводом, находящихся в эксплуатации, превышает 502 всего парка машин. Диагностирование элементов гидроприводов показывает, что до 982 гидромашин выбраковывается и попадают в решит по причине снижения объемного КПД насосов-моторов, обусловленного износом основных пар трения.

Анализ причин отказов гидроагрегатов показывает, что 80—85% насосов, установленных на одноковшовых экскаваторах, выходят из строя вследствие повышенного износа деталей качапдего узла, при этом их ресурс в среднем не превышает 2500 иоТо-чэсов при снижении объемного КПД на 30___40% вместо 15 %, установленных заводом

изготовителем.

Работоспособность гидравлического привода в значительной степени зависит от качества рабочей жидкости С в дальнейшем РЖ). Как известно, противоизносное свойство являетря одним из главных показателей качества РЖ. Оно в значительной степени определяется адсорбционной способностью РЖ. Помимо этого, при эксплуатации строительных и дорожных машин (в дальнейшем СДМ) имеет место высокий уровень концентрации в РЖ механических примесей, что и является основной причиной износа и отказов элементов гидроприво-. дэв. Поэтому повышение надежности гидроприводов СД4, а также экономное использование нефтепродуктов, путем улучшения противоиз-носнык свойств га, является актуальной проблемой.

ПалЬ-Е^ота^ Повышение ресурса аксиально-поршевых насосов гидроприводов мамин СШ путем улучшения противоизносных свойств

РЖ при обработке ее *электрический полем. Намчнся иогопнп гхтАптн;

- установлена закономерность между противоизносными свойствами РЖ и действующим на нее внешним электрическим полем;

- разработана математическая модель абразивного изнашивания пари "втулка-порсзень", учитывамцая помимо известных Факторов толщину пленки масла, адсорбирующейся на поверхностях трения в режиме граничного трения.

ГЬяктичрекая пеннппть ря^п-ш:

- определены рациональные параметры режимов обработки .РЖ внешним электрическим полем, позволяющие увеличить ресурс аксиально-поршневых насосов на 20___100 X:

- разработано устройство для обработки РЖ электрическим полем.

- установлены зависимости изменения объемного КПД гидронасоса от режима обработки РЖ внешним электрическим полем и загрязненности позволяющие определять ресурс гидронасосов в эксплуатационных условиях.

Ррппичшшя р^птн Разработанное устройство обработки' РЖ внешним электрическим полем, а также методика прогнозирования остаточного ресурса аксиально-поршневых гидронасосов внедрены и используются в тресте "Харьковское областное подрядное специализированное предприятие по ремонту, строительству и эксплуатации дорог и мостов". Результаты диссертационной работы используются в научно-исследовтельских работах студентов, в дипломном проектировании на кафедре эксплуатации дорожных машин и охраны труда ХГАЯ1У.

Аптбячия работы, Основнье разделы диссертационной работы докладывались на 54-й, 55-й, 56-й, 57-й сессиях научно-техничес-

- а -

ких конференция ХАМ С1990, 1991, 1992, 1994 г.), на республиканской конференции " Экономия и рациональное использование сырьевых и топливно-энергетических и других материальных ресурсов в строительстве" г. Харьков 1990 г., на международной конференции в г. Нижний Новгород в 1994 году.

Пубпикаими- По материалам данной работы опубликовано пять печатных работ.

Пб'урц пябптн. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов по работе, списка использованной литературы состоящей из 123 наименований, 11 приложений и содержит в целом 245 страниц, в том числе 150 страниц основного текста, 25 таблиц, 62 рисунка.

Содержание работы

R прряпй главд изложено состояние вопроса. Обоснованы цель и задачи исследования. Проанализировано влияние объемного КПД ак-сиально-псршневых насосов на надежность С/М в целом. На основании обзора установлено, что основной причиной высокого темпа снижения объемного КПД аксиально-поршневых насосов является изнашивание их деталей, обусловленное в первую очередь противоиэ-носными свойствами РЖ и высокой степенью ее загрязненности меха-' нмческими прииесями. Влиянию механических примесей на надежность гидропривода, а также изучению процесса очистки и контроля ' РЖ посвящены исследования Т. М. Башты, П. Н. Белянина, Т. В. Алексеепоп, В. А. Весилъченко, К. Г. Гаркави, Г. А. Никитина, В. К. Руднева. Е. Н. Льгсикова, К. В. Рыбакова, В. М. Сапожникова, В. И. Барышгва, А. А. Дрибина, И. А. Вакуленко, И. Г. Панева, Нгуен Ван

- б -

Тиня И др.

Проведан обзор трудов, осаевдаших исследования абразивного изнашивания пар трения. Это работы М.М. Хрущева. И. В. Крагельско-го, Г.Я. Ямполъского, М.М. Тененбаума, У. А. Икрамова и др. Существуют различные модели абразивного изнашивания, однако наиболее полно и точно отражают природу абразивного изнашивания пар трения модели, предложенные И. В. Крагельским, Г. Я. Ямпольским, У. А.Икрамэвым. Однако в этик моделях не рассматривается вопросы связанные с влиянием"эксплуатационных свойств РЖ на процесс абразивного изнашивания элементов гидроприврдов.

Сделан анализ исследований процесса взаимодействия РЖ с поверхностями трения. Этому вопросу посвящены работы A.C. Ахматова, Г. И. Шора, Д.М. Толстова, Т. М. Башгы и др. В трудах КНИГА, посвященных исследованиям работы электроочистителей масел и топлив, отмечалось, что в результате прохождения топлива СТ-7), масла САМГ-10), через электрическое поле, в процессе их очистки от механических примесей, наблюдалось уменьшение износа испытуемых пар трения. Однако исследованные углеводородные жидкости не применяются в гидроприводах С/И а условия работы гидроагрегатов, степень загрязненности РЖ коренным образом отличаются. Так загряэ-> ненность РЖ СЖ достигает 17 класса чистоты по ГОСТ 17216-71, что на 7 классов хуже чем максимальная загрязненность, встречаюааяся в гидросистемах летательных аппаратов.

На основании результатов проведенного анализа в первой главе сформулированы основные задачи исследования, а именно:•

- изучить закономерности изменения объемного КПД гидронасосов в зависимости от изменения адсорбционных свойств РЖ и концентрации в ней механических примесей:

- экспериментально изучить закономерности влияния режимов обработка РЖ внешним электрическим полем на ее противоизносные свойства:'

- разработать практические рекомендации по- улучшению проти-воизносных свойств ИХ путем обработки ее внешним электрическим полем с оценкой получаемого экономического эффекта.

исследований, результаты исследований. Целью поисковых экспериментов являлось:

- оценка влияния внешнего электростатического поля на проти-воизносныэ' свойства РЖ:

- оценка влияния параметров внешнего электростатического поля на адсорбционные свойства РЖ на нефтяной основе.

Исследования влияния внешнего электростатического поля на противоизносньк свойства РЖ производились одним из наиболее распространенных методов испытания противоиэносных свойств масел на маанне трения МАСТ1. В качестве функции отклика использовался момент трения СМтр) в паре трения '"шарик - шарик.". Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- разработана программа исследований:

- разработано и изготовлено устройство для обработки РЖ электрическим полем:

- разработана методика проведения исследований.

Выбор режимов обработки РЖ внешним электрическим полем произведен на основании ниже изложенных предпосылок. Электрическое поле характеризуется такими показателями как напряженность и степень неоднородности.

В качестве РЖ было чсполъзовано мчс.чо И-Г-Л-32. как наиболее

приведены разработанные методики поисковых

широко распространенное в эксплуатации СДМ. РЖ была отобрана из гидросистемы экскаватора и из емкости на складе ГСМ в состоянии поставки. Для данного типа нефтепродуктов.величина напряженности, при которой происходит ее пробой, лежит в пределах 1 10г В/м.

Принимая во внимание, что РЖ применяемая в лабораторных исследованиях взята из гидросистем экскаваторов, т.е. находилась некоторое время в эксплуатации и следовательно имеет высокое содержание загрязнителей снижалцих ее диэлектрическую прочность, а также результаты проверки предельного значения напряженности электрического поля при котором происходит пробой, проведенные на кафедре ЭДМиОТ ХАДИ, предельно допустимая напряженность электрического поля принята 1.68 10е В/м. Контроль содержания загрязнителя осуществлялся на приборе контроля чистоты жидкостей ПКЖ-902, согласно ОСТ

23.1.157-86 . Обработка РЖ электрическим полем осуществляв лась с помощью лабораторного Рисунок 1 образца устройства обработки РЖ

(УОРЖ) с коаксиальным расположением электродов С рис. 1). Скорость РЖ в электрическом поле определялась конструктивными параметрами УОРЖ . Нагрузка в паре трения изменялась от 2 до 5 кгс. Результаты испытания РЖ на машине трения МАСТ-1 показали, что обработка ее внешним электрическим полем вызывает изменения Мтр в паре трения "шарик - шарик". Обработка РЖ, взятой из гидросистемы экскаватора без удаления загрязнителя, вызывает увеличение Мтр. Изменения Мтр носят не линейный характер. Минимум Мтр достигается при напряжении на электродах УОРЖ 0=1000 В.

При обработке'внешним электрическим полем РЖ, очищенной от загрязнений до 12 класса чистоты по ГОСТ 17216-71, происходит умэнъиение Мтр. Минимум Мтр отмечен при напряжении на электродах УОРЖ 1>=1000 В и на 232 меньше первоначального значения, т.е. при Ц=0. Таким образом можно сделать следующие выводы:

- принципиально возможно улучшить противоизносныэ свойства масел путем обработки его электростатическим полем:.

- загрязнения РЖ оказывает существенное влияние на результат обработки РЖ виешниы злеютрмческим полем.

Однако, проведенные на машине МАСТ-1 эксперименты не позволят" оценить непосредственно изменение фактора, определяющего противоизносныэ свойства РЖ, так как момент трения является косвенным показателем протавоизносного свойства РЖ. Кроме этого, пара трения "шарик - шарик" не может быть принята в качестве физической модели пары трения "пориень - втулка", так как в ней невозможно воспроизвести условия трения последней. Как показал проведенный анализ, противоизносные свойства РЖ во многом определяются адсорбционной способностью последней. Для изучения поведения протипоизносного свойства РЖ,•при действии на нее электрического поля, были проведаны исследования, которые ппказали как при этом воздействии изменяется толщина адсорбированной на металлической поверхности пленки молекул, из состава РЖ.

Для достижения поставленной цели были ре!аены следующие задачи:

- разработана программа исследования:

- разработано и изготовлено устройство для измерения толщины адсорбированного на металлической поверхности сдоя ПАВ:

I

- разработана методика исследований.

Процесс адсорбции поверхностно-активных молекул на поверхностях определяется объемной концентрацией полярных' молекул в РЖ. которая в свою очередь определяется химическим составом последней, а также режишэм движения и величиной элактроететтлчвекага поля поверхностей. Перепад давления в УОРЖ принимается не более 0.1 МПа. Такой перепад давления обусловлен геометрией УОРЖ и минимизацией потерь полезной жадности.

Предварительные эксперименты показали, что для выполнения ус/

ловий по минимизации потерь полезной мощности привода на УОРЖ, скорость потока РЖ в УОРЖ не должна превышать 10 м/с. Поэтому принимаем интервал варьирования скорости потока Р& в электростатическом поле 1...9 м/с.

Напряжение на электродах УОРЖ варьировалось в интервале О... 3500 В. Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы :

- при воздействии электростатического поля на РЖ, на нефтяной основе, С И-Г-А-32) происходит усиление адсорбционной способности последней. Толщина адсорбируемого слоя на поверхностях шариков увеличивается на 40... 100 X;

- изменение толщины адсорбированного'слоя на поверхностях шариков от напряженности электрического поля носит нелинейный характер:

- в области с режимами обработки 11= 1000 В, У=6 м/с процесс адсорбции на поверхностях исследуемых образцов наиболее интенсивен.

- при скоростях потока РЖ в поло 6 и 9 м/с, и пэвыыении нал-ряжения на электродах выше 3500 В, происходило резкое повышние электропроводности С в 100 раз).

Доказано, что обработка РЖ внешним электрическим полем повышает толщину пленки, адсорбирующейся на поверхностях трения.

Однако из аналитических исследований известно, что на прочность адсорбированных на поверхностях слоев молекул из состава РЖ очень большое влияние оказывает нагрузка приложенная в тангенциальном к поверхности направлении. Это значит, что прочность адсорбированных слоев максимальна в нормальном направлении к поверхности и минимальна при касательных нагрузках. В. плунжерных па- _ pax аксиалъно-пориневых насосов ишггг место высокие давления. Так например максимальное давление, которое способны развивать ак-сиально-порщневые насосы серии 310, равно 35 МПа. При этом давлении касательная нагрузка на адсорбированный на поверхностях плунжерной пары слоя будет максимальной.

Необходимо аналитически изучить и экспериментально подтвердить влияние изменения толщины пленки, адсорбирующейся на поверхностях трения, на износ пары трения "поршень-втулка", с учетом действия на адсорбированный слой касательных сил.

ного изнашивания' плунжерной пары гидронасоса с учетом адсорбционной способности рабочей жидкости и получены теоретические зависимости для расчета объемного КПД аксиально-поршневого насоса по времени наработки с учетом свойств РЖ, давления, расхода в гидросистеме, размеров плунжерной пары.

Рассмотрен элемент аксиально-поршневого насоса, образованный поршнем и блоком цилиндров с зазором между ними. Через зазор при наличии перепада давления происходит перетекание жидкости, при этом содержащиеся в ней абразивные частицы загрязнителя попадают в зазор пары трения.

теоретически изучены закономерности абразив-

Абразивную частицу можно моделировать тремя радиусами. Рас*

смотрим предельный случая, когда одна из дуг заманена касательной. В этом случае контактирувдий радиус г сопрягается касательной с объемным радиусом й (рис. 2), что обеспечивает динамическую прочность и устойчивость верхушки абразивной частицы и а=К. Юзделъ такого рода ' применяли И. В. Крагельский и Г. Я. Ямпольский. Такая форма абразивной частицы имеет поверхность, аналогичную поверхности овалоида Кассини.

Взаимодействие частицы с поверхностями трения

Абразивная частица попадает в зазор Срис.2) следующего условия

П ->- Г2 у/С2 йа - Д)С2 К1+ А) 1 - П Г2 * СМ. + А -'На)

где И - радиус закругления торца плунжера: йа - радиус частицы абразива:

'' к

при выполнении

(О

Г1 и Г2 - коэффициент трения в паре трения поверхность 1 -частица, поверхность 2 - частица: Д - зазор в пата трения. Максимальный размер ¡абразива способного заклинить в зазоре р*;вен

Оеших « Р2 (2 + А) + Л (2У

Коэффициент трения Г в граничном режиме разен

Гг „ -¿1- г . СЗ)

Р-Им

где Лг - функция материала контртела и состава поверхностно-активны:« компонентов РЖ. иэроховатости поверхностей пары трения V - скорость движения поверхности: Ьм - толщина пленки ПАВ, адсорбированной на поверхностях

трения:

р - перепад давления: УЛ - кинематическая вязкость РК. Частица попавшая в зазор и имэпцая размеры 1а будет прижиматься к поверхностям трения 1 и 2 в результате действия на нее сил сопротивления перемещению в вязкой «идкоста (сила Стокса).

Как известно, при наличии трения сила реахдаи поверхности отклоняется от нормали на угол , зависящий от силы трения. Заклинивание частицы будет происходить при условии уль С рис. 2). Угодуи зто МеНЫЕИЙ из углов 1 иД/2 Тогда при эР=Г/£

* 1 - - , С 4)

Н-СН - Й'П

где Н = 2'А + 1) I -С2 +Х)

Полученная Фсриу.ча позволяет установить зависимость между

>

размерами частицы, условиями трения и размерами зазора. Если принять во внимание соотношения размеров, определяющих форму частиц абразива Ьа - Я (2 + Эй, то условие заклинивания частицы в зазоре будет иметь вид

сзе+ 1) - Ус1 -эгсг / С1 -

Д < 1а * А -—--С 5Э

Число частиц одновременно находящихся в зазоре сопряжения можно найти из следупцего выражения

¿'ср- Уз- м-1

П = 1.94-К1-К2 -—- , С 6)

Уа-С'а-ЬаЗ

где ^ср - средняя концентрация абразива в масле: Уз - объем масла в зазоре пара трения, ы3: - плотность масла: 1 - длина поверхности трения, и: Уа - скорость абразивной частицы в потоке масла относительно неподвижной поверхности, м/с:

^а - плотность абразива С загрязнителя), кг/мЗ К1 - коэффициент учитывающий число частиц участвующих

в износе:

К2 - коэффициент учитывающий концентрацию в масле частиц с твердостью выше твердости поверхностей трения, К2=0.7___0.95.

Коэффициент учитывающий число частиц участвующих в износе поверхностей трения определяем как ЬаЬатах ЬаЬа'

„ 1 РСх) йх - I Кх) (1С х) оаЬат1п '

К1 ---, С 7)

ЬаЬтах

, I Кх) с1Сх) С-а1л1п

где Lamín - минимальный разшр абразива участвующего в изао-се пары трения. Lamín ==А'.

Lanax - максимальный раэирр абразива способного заклиниться в заэорв пары трения. Lamax =2.5 Rmax:

La' - размер абразива с большим радиусом овалоида разним величине зазора;

La'' - максимальный размер абразива, находящегося в зазоре пары трения, способный заклинить. 4 .

Кх) - функция распределения частиц загрязнений по

размеру.

В соответствие с принятым законом логнормальныы законом распределения дисперсного состава загрязнителя, функция распределения FCx) имеет вид

ClnCx) - 1пСхО)]2 2 ln^CyS)

Кх) dx = ----==• С8)

1пСX-v^íT

Тогда

ClnCx) - InCxO)]2

¿и Lmax ¿iLmax--—:-

Г Ir 2 In^C/S)

. | Кх) dx = ----= J í/x ЕЭ r dx . С9)

¿» Lraln lnCj3) /2 ir ¿Lmln

•где х - текущее значение размера абразива:

хО - среднее значение размера абразива:

In^f/S) - логарифм среднего квадратического отклонения х от хО,

1п2д5) = 0.867.

Воспользуемся функцией Лапласа Стабличные значения) .

х _

1 г - 0.5 х2

Ф - .- Je dx СЮ)

fFíi О

\

Тогда

ГпС1.25Э Сатах - СаСхОЗ Сп."5- Г,пСхОЭ

К1 - [ Ф1--—т- - ®2 —<—--г-

£ар ьа р

3'Д ■ (1 - Л - 0.556 / С1 - П-2))] - ЬаСхО)

- фч ■—----——----

1п р

?п(2. 5-Л / 2) - еаСхО) С-аСЬтах) - 1аСхО) + Ф4 -----] / [ Ф --—--

1п р е. а Л

tn.CLmlny-tn.CxO) &аСЬа' ) - &аСхО) _ ф --- _ ф --- +

(.ар - 1а р

£аС1а") - taCxO) ■+■ Ф -г- 5 с Ш

■и.р .

Лмноомыа износ деталей пары с возвратно-поступательным движением С плунжерная пара насоса) за время работы определяется из выражения

К • П-п) Т СУдр + Упл /о О1)

И = - . С12)

' А

где К - коэффициент, учитывающий увеличение износа образовавшимися осколками раздробившихся частиц, К=7:

Удр - объемный износ при дроблении частиц:

\

Упл - износ в результате пластических деформаций: 00 - относительное удлинение материала при разрыве: I - коэффициент усталости при пластических деформациях, ш - число циклов за один час работы: Т - время работы пар трения:

А - номинальная плошадь трения, мкм2:

А = 1г (Dn.ii 1пл + Рвт 1вт), (13)

где Гпл, Овт - диаметр плунжера, втулки:

1пл, 1вт - длина плунжера, втулки. Подставим "значение П и? уравнения (6)

¿ ср Уэ Ом 1 Удр + Упл //. о*-И Я503.96-К1-К2 -Чг— 'Т-ш-- . С14)

Уэ'^а Ьа3 Опл'1пл + С)вт 1вт

Величину общего расхода утечки жидкости через кольцевую щель с учетом движения втулки можно определить из выражения

4г ЛР'Ь3-!Звт

Оут = --—-- '. (15

12 ^ Ь

где Ь - зазор между плунжером и втулкой: I. - длина шели:

Объемный КПЛ гидронасоса определяется следующей зависимостью

ДР-СНО + И)3 ') об - 1 - -— . (16)

где ЬО - начальный зазор.

Выводы:

- интенсивность процесса износа пары трения "втулка-плунжер" зависит от количества частиц участвующих в процессе износа и тол-шины адсорбированного на поверхностях трения пленки молекул из состава РЖ:

- толшина адсорбированного на поверхностям трения слоя молекул. из состава РЖ, определяет гранулометрический состав абразивных частиц участвующих в процессе износа:

- ресурс насоса при обработке РЖ внешним электрическим п<.?.чеч увеличивается более чем в 1.5 р^за.

В чрпчрртоп г.пядр приведена разработанная программа, методики и результата экспериментальных исследований влияния обработки Рж внешним электростатическим полем на характер снижения объемного КПД аксиально-поршневых насосов, используемых в гидросистемах строительных машин.

Программой -экспериментальных исследований предусмотрено проведение лабораторных испытаний для установления зависимости изменения адсорбционной способности га от режимов обработки ее внешним электрическим полем при действии в качающем узле максимального давления. А также проведение ' стендовых испытаний ак-сиально-поримевого гидронасоса серии-210.25 для установления закономерности изменения его объемного КПД во времени при наличии в РЖ загрязнителей и обрабопсе ее внешним электрическим полем.

Лабораторные исследования проводились с' целью установления зависимости изменения адсорбционной способности РЖ от режимов обработки ее внешним электрическим полем, при действии в качающем узле давления 35 МПа. В качестве физической модели пары трения была выбрана4плунжерная пара топливного насоса высокого давления.

Этот выбор обусловлен следующими причинами:

- в этой паре плунжер совершает возвратно-поступательное движение: 1

- развиваемое давление равно давлению" в аксиально-поршневых насосах серии 210. 310:

- режим нагружения начавшего узла ТНВД (цикл) близок к режиму нагруженйя аксиально-поршневых насосов серии 210, 310.

Результаты поисковых лабораторных исследований зависимости толщины адсорбированной пленки на металлических поверхностях от напряженности поля и скорости РЖ в поле показали наличие двух зон по параметру И, в которых имеет место максимум аффекта адсорбции.

Поэтому, с целью изучения поведения процесса адсорбции в окрестностях, максимума эффекта -адсорбции, варьирование Фзкторя U разбиваем на даа диапазона 0... 2000 В и 1000,..3000 В.

Скорость РЖ в устройстве для ее обработки изменялась в пределах 3...9 м/с с шагом 3 м/с. Верхний предел скорости устанавливался из условия ламинарности потока в 1жжэлектродной области.

Поиск: зависимости толщины адсорбированного слоя мае ".а от пап-ряжения на электродах УОРЖ и скорости прохождения РЖ относительно электродов путем реализации двух-фактерного ортогонального плана второго порядка.

Обработка результатов лабораториях испытаний позволила получить уравнения регрессии, описываицие исследуемый процесс. Уравнения имепг следупдий вид.

г г -

Q1 =185.24 -и-106 +V-5.61 -U-3.22-10e -V-0.48 -V- U- 3.88-104, С 17)

г г

02 =194.14 -U-4020 +V-6.14 +U- 5. 3-107 -V-0. 58 +-V-U-1.66-104, С 18) где Ql, Q2 - соответственно, расход при изменении напряжения на электродах V0RX в пределах U1=0... 2000 В, U2= 1 ООО... 3000 В: Ul, U2 - напряжение на электродах УОРЖ, В:

V - скорость потока РЖ в поле в интервале 3___9 м/с.

Лабораторные испытания показали, что при давлении в напорной магистрали насоса Р=35 МПа. т. е. . при максимальном давлении, происходит увеличение толщины адсорбируемой пленки'из состава РЖ при ее обработке внешним электрическим полем, С рис.3). Это сопровождается увеличением расхода в плунжерной паре. Область рациональных режимов обработки РЖ лежит в пределах U 1000 В при скорости е? в поле V 6м/с.

В общем вкде закономерность изменения объемного КПД гидрона-■ coca во времени можно представить в виде квадратичной зависимости

Расход в плунхерм паре ТНВД прж обработке РЕ т полем 208.0

206.0

204.0

202.0

200.0

198.0

/ /

/ \/ У

/ / / / / • /

/ / 3

/'' ; / г — - - ^

0 1000 1500 2000 2500 3000 и, В - 1 - У=3 м/с; -2 - У=6 м/с; -- 3 - У=9 м/с.

Рисунок 3

р =¿>0 - А1 - А2- (19)

где^О - объемный КПД насоса после прирейотки пар трения:

1 - наработка насоса, наш. -час,

А1, А2 - коэффициента, характеризующие условия эксплуатации. Для определения А1 и А2 достаточно решить систему уравнений [Сйр/ сЮ1 = - А1 - 2-А2-Ц С20)

сЮ2 = - А1 - 2-А2^2

где Сй?/ 1 - скорость снижения объемного КПД насоса наработкой И:

Сс1?/ сЮ2 - скорость снижения объемного КПД насоса с наработкой Х.2.

Сыр/ сЮ1 = ГСЕ, Ю = у1 С21)

(_Сс1?/ (ЗП2 = ГС Е, С) = у2 глп Е - напряженность электрического поля кВ/и2 :

С - массовая концентрация механических примесей в РЖ. Для установления зависимости С 21) были проведены исследования на стенда, разработанном и изготовленном ХГАДТУ. Стенд включает следующие основные элемента: гидронасос, бак с коническим V дном и мешалкой, обеспечивающей поддержание загрязнителя во взвешенном состоянии и равномерную его концентрацию во всем объеме РХ нагружающее устройство с системой автоматического задания режима нагружения насоса, комбинированная система охлаждения С водяная, воздушная), рсходомер. Для обработки РЖ внешним элрктричро-ким полем было разработано устройство обработки РЖ питающееся от источника высокого напряжения ВС-23. Для привода гидронасоса используется асинхронный электродвигатель с фазным ротором.

Наиболее дорогостоящими, а также.определяющими работоспособность агрегатами на большинстве современных строительных машин являются аксиально-поршневые насосы и гидромоторы. Для строительной и дорожной техники, выпускаемой в странах СНГ используются аксиально-поршневые гидроагрегаты серии 200 ' и 300. Наиболее широкое применение нашли односекционные насосы - гидромоторы постоянного рабочего объема типа 210.25. Они устанавливаются на различные строительные мащины: экскаваторы, автокраны, погрузчики и т.п. Поэтому используемая для эксперимента гидромашина 210.25. может рассматриваться как насос - представитель, что и обусловило выбор ее в качестве объекта исследований. Кроме того гидромо-

тор 210.25 и двухсекционный регулируемый насос 223.25 имеют унифицированные качаиаие узлы, что позволяет распространить выявление закономерности изнашивания качахщих узлов на оба тапа насосов.

В качестве, механических примесей в процессе стендовых исследований использовался средневзвешенный естественный загрязнитель, собранный из центрифуги маслоочистительной установки УМЦ-901А,при очистке гидроситеы экскаваторов Харьковского специализированного управления экскавации. Характеристики загрязнителя, полученные в результате микроскопического"и спектрального анализа приведены в работе.

Для выбора режима нагружения при"исследованиях на стенде были обработаны осциллограммы изменения давления в напорной- магистрали гидросистемы экскаватора ЭО-4121. Результаты обработки показали, что распределение вероятности величины давления подчиняется нормальному закону распределения с математическим ожиданием 12.6 МПа и средне-квадратическим отклонением 7.14 МПа. В соответствие с этим давление в гидросистеме стенда изменялось циклически от максимального значения С19.7 МПа) до минимального (5.5 МГЬ).

Исследованиями ВНИИстройдормаш установлено, что математическое ожидание продолжительности рабочего цикла экскаватора ЭО-4121 составляет 20. 5 с. Тогда частота нагружения насоса составляет 0.195 Гц, а период одного цикла нагружения - 5.13 с. Анализ эксплуатационных и 'лабораторных исследований позволил наметить уровни варьирования факторов: концентрация механических примесей 0.005. ..0.063 С13. ..17 класс чистоты по ГОСТ 17216-71): напряжение на электродах УОРЖ О...2000 В. В процессе исследований ис-

пользовались два новым гидронасоса С наработка 0 »дай.-час) н два гидронасоса с первоначальной наработкой 1200 наш. -часов. Перед началом исследования была проведена оценка точности кон-трольно-изшзрительнкх приборов, используемым в процессе проведения эксперимента. Относительная погрешность измерения объемного КГШ насоса шнее 0.5*.

Решение поставленной■задачи осуществлялось путем реализации орго тонально го плана двухфакторного эксперимента. В результате обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии для объемного КПД гидронасоса, учитывашее время работы Т, степень загрязненности РЖ механическими примесями G и напряжение U на электродах УОРЖ Сем. рис. 4)

йрО - Т-[7.8 + G-1000 - U-5.019 - G2- 5090 Ц2-0.9410-5 -- U-G-0. 045] • 10-5 - С 0.22-10~3 + G-0.013 + U- 0.63-10-6 + + G2- О. G3 - U2- 2.37- 10-Ю _ G. ц. 8. 72-10-^)] • 10~5 С22)

Зависимость С 22) может быть использована при выполнении следующих условия:

КПД насоса при обработке РЖ эл. полем, Z=13

РМвумйИ 4

О < и < 2000 В 0.005 < G < 0.063 0.65 < J? < 0.965

Для сравнения результатов экспериментального и теоретического исследований по полученным зависимостям, приведенным в главе 2 и 4, были просчитаны значения объемного КПД гидронасоса. Сравнение результатов, полученных по теоретической и эмпирической зависимостям, показывает что расхождение между ниш не превышает 15 X Срис. 5).

Ь 1.00

о.м

0.92 0.83 0.84 0.Б0 0.76 0.72

---U-0 В, Т50Р -и=0 В. ЗИПЙР - - U=1000 В. ТЕОР --•- 1ЫООО В. ЗЫПВР

Рисунок 5

Проведенные экспериментальные исследования позволяют сделать вывод, что оптимальными режимами обработки РЖ внешним неоднородным электростатическим полем являотся: U 1000 при скорости ее потока в поле V 6 м/с. При этом режиме обработки срок службы ак-I сиально-поршневого насоса, при соблюдении рекомендованной заводом изготовителем предельной 'загрязненности РЖ С14 класс чистоты), может быть увеличен в 1.8. .2 раза.

В пятой главе приведены рекомендации по эксплуатации, розра-

V ч>. """ 4 ^

V \

\\ Х\ Ч-.

\ \

\

0 1000 2000 3000 и, в

Зотанного по результатам проведенных исследования УОРЖ, а также клетодика расчета о статичного ресурса аксиально-поршневого гидронасоса Оценка экономической эффективности выполненных исследований проведена применительно к гидравлическому экскаватору ЭО-4121. В качестве базового варианта принята эксплуатация экскаватора со штатным оборудованием, установленным заводом изготовителем. Разработанное устройство обработки РЖ электрическим полем позволяет, по сравнению с базовым вариантом, снизить скорость износа качающих узлов гидроагрегатов экскаватора и, как следствие, увеличить его годовую техническую производительность .

Основные результаты и выводы по работе

1. В результате выполненных исследований установлено, что основной причиной выхода из строя гидроагрегатов, используемых в "гидросистемах СДМ, является абразивный износ их деталей. Процесс износа деталей гидроагрегатов обусловлен в основном противоизнос-ными свойствами применяемой РЖ и концентрацией в ней механических примесей. Таким образом снижение концентрации механических примесей и повышение противоизносных свойств применяемой РЖ является важнейшим ресурсом повышения эффективности работы и ресурса гидропривода СЛМ в целом.

2. Разработан способ повышения противоизносных свойств РЖ путем обработки ее внешним электрическим полем. Такая обработка РЖ позволяет улучшить ее противоизносные свойства за счет увеличения толщины адсорбируемой на поверхностях трения пленки. При р<?* жммах обработки 'с, ц В тилиним пленки увеличивается р.

1. 5. . .2 раза.

3. Теоретические исследования позволили установить зависимость объемного КПД аксиально - поршневого насоса от толщины адсорбированной пленки молекул РЖ. Полученная математическая модель позволяет учитывать влияние на процесс абразивного износа как конструктивные особенности пары трения, режимы ее нагружения, режим трения, так и противоизносные свойства системы "поверхность - РЖ", зависящие от интенсивности процесса адсорбции в ней.

4. Стендовые испытания натурных образцов аксиально-поршневых гидронасосов позволили установить закономерность изменения их объемного КПД во времени в зависимости от степени загрязненности РЖ механическими примесями и режима обработки внешним электрическим полем. Рациональным режимом обработки РЖ внешним неоднородным электростатическим полем является: напряжение на электродах УОРЖ II = 1000 В, при скорости потока РЖ в поле V = 6 м/с. При этом режиме обработки и соблюдении рекомендованной заводом изготовителем предельной загрязненности РЖ С14 класс чистоты), срок службы аксиально-поршневого насоса может быть увеличен в 1.8. .2 раза.

5. Разработана методика расчета изменения объемного КПД аксиально-поршневых гидронасосов в зависимости от режима обработки РЖ внешним электрическим полем и степени ее загрязненности.

6. Использование результатов ' работы на экскаваторе марки Э04321 обеспечивает получение экономического эффекта в сумме 700 млн. крб. в год С в ценах на март 1995 года).

Основные положения диссертационной работы изложены в следую-. щих публикациях:

1. Руднев B.K., Лысиков E.H., Косолапов В. Б. Влияние электрически обработки рабочей жидкости на объемный КПД плунжерной пары. Тезисы докладов НТК. - Харьков, 1984 г.

2. Руднев В. К., Лысиков Е. Н., Косолапов В. Б. Исследование влияния электрической обработки масла на коэффициент трения в трущейся паре. Тезисы докладов НТК. - Харьков, 1984 г.

3. Руднев В.К., Лысиков E.H., Косолапов В.Б., Н.В. Тинь Стенд для испытания гидронасосов строительных и дорожных машин. Межвузов. сб. н/т "Совершенствование строительных и горных машин для севера". Красноярского политехнического института,- Красноярск, 1992 г.

4. Лысиков Е. Н., Косолапов В. Б. Тезисы докладов НТК. - Нижний Новгород, 1994 г.

5. A.C. СССР N1611450 Электроцентробежный очиститель РудневВ. К., Косолапов В. Б., Юрченко Ю. В.

- 2В -

Косолапов В.Б П1двицення експлуатац1йно1" над1йност1 г1дропривод1в бцд1вельних та доро«н1х мавин при вплив! зовн1внього електричного поля на робочу р1дину.

ДисертаЩя на здобуття вченого ступеня кандидата техн1чних наук по сп8ц1альност1 05.05.04 - ыавини для зеыляних та дорохн1х роб1т. Харк1всъкий державний автомоб1льно доровн1й техн1чний ун1верситет, Харк1в 1996 г.

Захицаеться робота, цо н1стить повуков1 досл1ди, теоретичн! досл1двення, а таков лабораторн1 та натурн1 експерименти, цо роз-кривавть мо«лив1сть. Шдвичення над1йност1 акс1ально-порвневих г1дронасос1в (мотор1в) при вплив1 зовн1внього електричного поля на робочу р1дину.

Встановлеко, обробка робочо1: рЦини зовн1вн1к електричник полек п1двицуе 11' протизносну властив1сть.

Це дозволяе зб1львити у 1.8... 2 рази терк1н служби акс!алъ-но-порвневих г1дронасос1в (котор1в).

. Розроблена теоретична модель абразивного зноса, цо враховуе вплив зовн1внього. електричного поля на протизносну властив1сть робочо!' р1дини.

Впровадвення результата виконаних досл1двень дозволяе значно п1дви*ити експлуатац1йну над1йн1сть-г1дропривод1в буд1вельних та доровн1х кавин.

Клвчов1 слова: г1дроприв1д, акс1альио-пориневий, г1дронасос, абразивний 1знос, протызносна властив1сть, робоча р1дина.

Kosolapov V.B. Increase of operational reliability hydraulic systems of building and road machines at effect of a external electrical field on a working liquid.

Dissertation for an academic degree of the Candidate of Technical sclenccs on a speciality 05.05.04 - machine for an earthen and road work. Kharkov State Automobile-road Technical University, Kharkov, 1996.

The protected work, which contains search experiments, theoretical researches, as well as laboratory and standing experiments, revealling opportunity of increase of operational reliability aKCHanbHo-nopiiSiesux hvdropumps C motors) at effect of external electrical field on working liquid.

Is established, that the processing of a working liquid by a external electrical field increases her anti-wear property. It permits to increase at 1.8. ..2 tines of service life hvdropumps (motors).

Theoretical model of abrasive wear, taking Into account Influence of a external electrical field on np0TWB0M3H0CH0e property of a working liquid is developed.

The Introduction of results of executed researches permits considerably to Increase operational reliability hydraulic systems of building and road machines

Key words: operational reliability, hydraulic systera, hydropuir.p, abrasive uear, anti-wear property, working liquid.