автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Разработка способов и средств диагностирования гидроприводов лесных машин

ч/ ^

005061774 На правах рукописи

ЛОЩЕНОВ ПАВЕЛ ЮРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ГИДРОПРИВОДОВ ЛЕСНЫХ МАШИН

Специальность 05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 НЮН 2013

Йошкар-Ола 2013

005061774

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»

Научный руководитель: Павлов Александр Иванович,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»

Официальные оппоненты: Поздеев Анатолий Геннадьевич,

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой водных ресурсов, ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»

Лозовецкий Вячеслав Викторович, доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный

технический университет»

Защита диссертации состоится «29» июня 2013 года в 11 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.115.02 при Поволжском государственном технологическом университете по адресу: 424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3, ПГТУ, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Поволжского государственного технологического университета.

Автореферат разослан «27» мая 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент / К.П. Рукомойников

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Лесозаготовительная промышленность несет большие потери из-за недостаточной надежности и долговечности выпускаемых машин. Затраты за весь период эксплуатации на ремонт и техническое обслуживание машин в связи с потерей работоспособности в несколько раз превышают стоимость новой машины.

Большинство отказов и неисправностей гидроприводов накапливается постепенно по мере эксплуатации машин. Определить причину неисправности при отсутствии опыта очень трудно и многие механики начинают последовательно разбирать «подозрительные» агрегаты гидросистемы. Однако на такой поиск причины неисправности обычно затрачивается много времени, при этом загрязняется гидросистема и нарушается взаимосвязь деталей, а в ремонт часто отправляются не те агрегаты, которые следует ремонтировать.

На сегодняшний день существуют два вида диагностирования гидроприводов: диагностирование в функциональном режиме (во время работы машины) и тестовое (в процессе ТО и Р).

Проводимое при каждом ТО-2, диагностирование способствует своевременному выявлению нарушений в техническом состоянии гидроприводов и их устранению, поэтому разработка способов и средств диагностирования гидроприводов лесных машин весьма актуальна и имеет практическую значимость.

Цель диссертационной работы - повышение надежности гидропривода лесных машин совершенствованием способов и устройств диагностирования на основе выведенных закономерностей динамики гидроударных воздействий в рукавах высокого давления (РВД).

Объект исследования - рукава высокого давления гидроприводов лесных машин.

Предмет исследования - технологические параметры функционирования рукавов высокого давления гидропривода лесных машин при определении их технического состояния.

Методы исследования. В процессе исследования были использованы методы математического моделирования, положения гидродинамики, теории гидравлического удара, гидроэлектрических аналогий, применены методы испытаний элементов гидроприводов по ГОСТ 25452-90, ГОСТ 6286-73, проведены лабораторные и натурные испытания, статистический анализ.

Научной новизной обладают:

- методика расчета нестационарных процессов в гидроприводах лесных машин, разработанная на основе гидроэлектрических аналогий, отличающаяся возможностью определения динамики давления и расхода жидкости при гидроударных воздействиях;

- способы диагностирования рукавов высокого давления гидроприводов лесных машин и устройства для их осуществления, отличающиеся применением гидроударных воздействий в качестве единичных импульсных возмущений при определении их динамических параметров.

о J

Положения, выносимые на защиту:

1) методика расчета нестационарных процессов, позволяющая выявлять динамику давления и расхода жидкости при гидроударных воздействиях и приспособленность гидроприводов лесных машин к диагностированию;

2) результаты лабораторных и производственных испытаний, позволяющие обосновать режимы диагностирования рукавов высокого давления гидроприводов лесных машин;

3) способ тестового диагностирования рукавов высокого давления, позволяющий определять их техническое состояние при гидроударных воздействиях, и устройство для его осуществления;

4) способ функционального диагностирования гидроприводов лесных машин, основанный на анализе параметров колебательного процесса, возникающего при гидроударе, позволяющий определять их общее техническое состояние.

Практическая значимость работы:

1) разработанная методика расчета нестационарных процессов в гидроприводе лесных машин позволяет на стадии проектирования выявлять динамику давления и расхода жидкости при гидроударных воздействиях и определять его текущее техническое состояние;

2) представленный способ тестового диагностирования и устройство для его осуществления, защищенный патентом РФ, позволяет определить техническое состояние рукавов высокого давления при проведении технического обслуживания лесных машин в условиях лесозаготовительного комплекса;

3) защищенный патентом РФ способ функционального диагностирования гидроприводов позволяет определять техническое состояние гидропривода в процессе эксплуатации лесных машин на любом лесозаготовительном предприятии.

Достоверность выполненных исследований. Достоверность результатов диссертационного исследования подтверждается теоретическими расчетами и экспериментальными исследованиями, коэффициентом значимости а = 0,05 , проверкой адекватности исследований по критериям Стьюдента и Фишера, апробацией, актами внедрения в производство и учебный процесс.

Личный вклад соискателя в работу. Соискателем обоснованы и разработаны: методика расчета нестационарных процессов в гидроприводе лесных машин на основе гидроэлектрических аналогий, с помощью которой исследовались динамические свойства и возможность обеспечения ремонтопригодности; способы функционального и тестового диагностирования гидроприводов и его элементов, позволяющие определять их техническое состояние; рекомендации по использованию разработанных способов средств диагностирования гидроприводов и его элементов.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в ООО «Льнозавод Знаменский» Кировской области, что подтверждено соответствующим актом. Результаты работы позволили повысить производительность труда, снизить себестоимость продукции, работ и услуг, уменьшить затраты на текущий ремонт в результате меньших простоев машин на ремонте и потерь рабочей жидкости.

Разработанный способ диагностирования и устройство для его осуществления внедрены в учебный процесс кафедры ТТМ «ПГТУ» в рамках проведения практических занятий и лабораторных работ для студентов по специальностям 150400.62 «Технологические машины и оборудование» и 150405.65 «Машины и оборудование лесного комплекса».

Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов ПГТУ (Йошкар-Ола, 2010-2013 г.), Международной молодежной научной конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу -творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2012-2013 г.).

Публикации. По материалам проведенных исследований опубликовано 5 статей в научно-технических журналах, рекомендуемых ВАК для кандидатских и докторских диссертаций (авторский вклад 69%), получено 4 патента на изобретение (авторский вклад 55%).

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 150 с. машинописного текста, в том числе: основного текста - 124 е.; рис. -61; табл. - 15; списка литературы - 120 наименований.

Диссертация состоит из 6 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснованы актуальность темы диссертации, изложены цель, объект, предмет и методы исследования, научная новизна, основные положения, выносимые на защиту, научная и практическая значимость, достоверность полученных результатов.

В первом разделе диссертации проведен анализ отказов гидроприводов лесных машин, рассмотрены зарубежные и отечественные рукава высокого давления, патентные исследования способов и средств диагностирования рукавов высокого давления, дан обзор существующих методов диагностирования гидроприводов, сформулированы задачи исследования.

Вопросами диагностики гидроприводов машин занимались ученые А. И. Павлов, Т. М. Башта, В. Д. Бабанская, А. М. Харазов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - на основе теории гидравлического удара и гидроэлектрических аналогий разработать методику расчета нестационарных процессов в гидроприводе лесных машин для выявления динамики давления и расхода жидкости при гидроударных воздействиях, вызванных изменениями параметров гидропривода, с целью определения его текущего технического состояния;

- провести лабораторные испытания РВД по определению степени влияния структурных параметров, изменяющихся в процессе эксплуатации, на колебательный процесс, возникающий при гидроударе;

- провести экспериментальные испытания гидропривода машины Урал - 4320 с гидроманипулятором марки ОМТЛ-70-02 в производственных условиях с целью оценки возможности определения технического состояния по изменению диагностических параметров их элементов;

- разработать способ тестового диагностирования РВД и устройство для его осуществления, позволяющий определять их техническое состояние при проведении технического обслуживания и ремонта машины техническими средствами, доступными для любого лесозаготовительного предприятия;

- разработать способ функционального диагностирования гидроприводов лесных машин, который позволит определять их техническое состояние при эксплуатации машины;

- выполнить оценку экономической эффективности использования разработанной установки для диагностирования рукавов высокого давления.

Во втором разделе представлены теоретические исследования динамических свойств гидропривода и их элементов по обеспечению ремонтопригодности, которые позволяют оценивать степень удаленности структурных параметров отдельных элементов гидропривода от предельных состояний, предупредить и обнаружить их возможные отказы, то есть проводить их диагностику.

Для построения математической модели гидропривода используются унифицированный метод математического описания механизмов при помощи гидромеханических цепей и методика расчета нестационарных процессов в гидроприводе лесных машин, разработанная на основе гидроэлектрических аналогий.

В качестве расчетных приняты гидрокинематическая (рис. 1) и гидромеханическая (рис. 2) схемы гидропривода стрелы гидроманипулятора марки ОМТЛ-70-02.

Рис. 1. Гидрокинематическая схема гидропривода стрелы манипулятора марки ОМТЛ-70-02 с запорным клапаном: 1 - гидробак, 2 - насос, 3 - гидрораспределитель, 4 - рукав высокого давления, 5 - трубопровод, 6 - запорный клапан, 7 - гидроцилиндр

V

\

Составим гидромеханическую цепь гидропривода до возникновения гидроудара (клапан 6 открыт) на основании эквивалентной расчетной гидрокинематической схемы, показанной на рис. 1.

Гидромеханическая цепь гидропривода стрелы манипулятора показана на рис. 2.

72

4

п

-а-

-ш

Гч

3 2

-Ш-

-V,

■У..

гЛ

-V,-

7?

Рис. 2. Гидромеханическая цепь гидропривода стрелы манипулятора ОМТЛ-70-02

Физические силы и явления гидромеханической цепи гидропривода стрелы манипулятора ОМТЛ-70-02 с запорным клапаном имеют следующие обозначения: р - сила, приведенная к штоку гидроцилиндра; тП1 -масса груза и манипулятора, приведенная к штоку гидроцилиндра, кг; А',,,»' - гидравлические сопротивления напорной и сливной магистралей; С„„,, С„ - объемные деформации (податливости) напорной и сливной магистралей; /•;, /■; - площади гидроцилиндра, м2; С\, С2 - податливости гидроцилиндра; п - коэффициент трения поршня о гильзу цилиндра; N¡1 Ы} - гидравлические сопротивления золотников гидрораспределителя; О,, - расход масла, м'; - гидравлическое сопротивление запорного клапана.

Разработанная гидромеханическая цепь содержит одну «длинную» ветвь, которая считается как один элемент, и 5 узлов.

Уравнение «длинной» ветви

¿о с//

Уравнение узла I

Р,~Р2 •

РгЪ^п(ошт)■ Р„р - ^ • р6 = 0.

(1)

Уравнение узла 2

Уравнение узла 3 N....

N...

- - Г_„

.А

Р

■Ра

.А

N...

РА- РЬ

Рх - Ра

-Ь-и-С.

Фа , ' А

(2)

(3)

(4)

Уравнение узла 4

К.

N..

Ф?

dt

Уравнение узла 5

Jl-F \P1~P8 ' F £ = 0.

ЛГ,

(6)

Преобразуем гидромеханическую цепь гидропривода стрелы манипулятора ОМТЛ-70-02 в электрическую цепь (рис. 3) и опишем ее.

-О-

-с=ь

+ 1 -

Рис. 3. Электрическая цепь: Л - электрическое сопротивление, Ом ( /?,,„„ - гидравлическое сопротивление); С - электрическая емкость, Ф (С,„„ - податливость РВД); и - напряжение источника питания, В (0^ - подача гидронасоса)

Электрогидравлические аналоги параметров:

Ар = Я„,„ ■ Qaac, где R

8-7J-I

О =с ^Р где С =F

ЪСнас ^лин ^ ' ли«

P-g

dt F.....

Фрагмент системы уравнений электрической цепи после ее коммутации, реализованных в среде MathCad, имеет вид

Д (t) := k-sign(|t|) if t2 < t < t3 J- d /л /ч /ч

1 otherwise dt at

Результаты расчета переходного процесса электрического аналога давления в напорной гидролинии в среде MathCad показаны на рис. 4.

В(МПа) 1001---;--

UP) 70

iit > 10 ы

E(t) — 10

- 2Сг

1Я

X

15

45

60

75

90

1Й5 120 135 150 t, МС

Рис. 4. Результаты расчета переходного процесса электрического аналога давления в напорной гндролиннн в среде МаШСас)

Опишем в среде MathCAD величину повышения давления жидкости с затухающими колебаниями, возникающую при гидроударном воздействии в напорной гидролинии, по расчетам дифференциальных уравнений, полученных при описании гидромеханической цепи по формуле

p(t) = рй + Ар ■e'c-i') - cos Q)(t), (8)

где р - динамическая составляющая знакопеременной нагрузки; р0 - давление жидкости в напорной гидролинии при подъеме стрелы, Н/м"; Ар - величина повышения давления при гидроударном воздействии, Н/м~; С,„„ - податливость материала напорной гидролинии подъема стрелы; а - круговая частота колебаний с"1; Т - время одного цикла, включающего повышение и понижение давления, с.

На рис. 5 показаны зависимости давления от времени при гидроударе в напорной гидролинии, не имеющей наработки и имеющей предельную наработку.

Анализ приведенной зависимости показывает, что изменение упругих свойств элементов гидропривода оказывает значительное влияние на колебательные процессы в гидроприводе. Уменьшение коэффициента податливости напорной гидролинии приводит к уменьшению начальной амплитуды колебаний и увеличению длительности колебательного процесса при появлении и развитии неисправностей в напорной гидролинии. Сравнение результатов аналитического моделирования в среде MathCAD динамики давления в гидролинии на основе введенной гидроэлектрической аналогии (рис. 4) и зависимости давления от времени при гидроударе (рис. 5) показывает высокий уровень качественного совпадения исследуемых процессов.

По колебательным процессам, полученным при гидроударном воздействии, используя формулу 9, определяем логарифмические декременты колебаний и строим диагностическую зависимость.

Логарифмический декремент колебаний определяется по выражению

(9)

m а( + m

Зависимость логарифмических декрементов колебаний давления (<5) в гидроприводе от податливостей (с ) и гидравлических сопротивлений

(r ) его элементов показана на рис. 6 и 7.

Рис. 5. Зависимости давления от времени при гидроударе в напорной гидролинии, не имеющей наработки и имеющей предельную наработку: ! - время, с; р!(1)~ давление, Па; р2(!) - давление, Па

Ш " ' иу ' 0Д 02 0,4 0,6 0,8 1 Ялин

Рис. 6. Зависимость логарифмического Рис 7 Зависимость логарифмического

декремента колебаний давления в гидро- декремента колебаний давления

ириводе от податливостеП (с^) в гидроприводе от гидравлических

его элементов сопротивлений (с ) его элементов

Полученные зависимости диагностических критериев показали, что уменьшение коэффициента податливости и увеличение гидравлического сопротивления за счет появления микротрещин внутренней полости напорной гидролинии приводит к уменьшению логарифмического декремента и начальной амплитуды колебаний, а также к увеличению периода колебаний при появлении и развитии в ней неисправностей.

В третьем разделе изложена методика проведения экспериментальных испытаний и представлена лабораторная установка.

Рукава высокого давления испытывались с помощью разработанной установки, схема и общий вид которой показаны на рис. 8 и 9 [1].

рукавов высокого давления

Рис. 8. Схема стенда для диагностирования рукавов высокого давления

С помощью регулируемого дросселя 9 устанавливается максимальный расход масла. Включается насос 2, который подает рабочую жидкость из гидробака 10 через линию всасывания 1 в рукав высокого давления 5. При подаче сигнала запорный клапан 7 резко перекрывает движение потока жидкости, вследствие этого в рукаве высокого давления 5 происходит гидроудар. Полученные при гидроударе колебания жидкости определяются датчиком давления 6 и через усилитель сигналов 11 записываются на осциллограф 12. После обработки полученных данных и по отклонению их от эталонных значений судят о техническом состоянии и остаточном ресурсе рукава высокого давления 5.

Испытание рукавов высокого давления с помощью разработанной установки осуществляется следующим образом.

Перед началом испытаний на разработанную установку ставились рукава высокого давления (РВД) с нулевыми наработками, разными длинами - 0,85 м, 1,25 м, 1,45 м, 1,65 м и внутренними диаметрами 10 и 12 мм. Через каждые 300 моточасов исследуемые РВД снимались с машины и устанавливались на разработанный стенд для диагностирования. Исследования повторялись до выхода рукавов из работоспособного состояния.

После испытания рукавов высокого давления по полученным осциллограммам с использованием формулы (9) определялись логарифмические декременты колебаний жидкости, по которым строились зависимости (рис. 10,11).

декрементов колебаний от наработки на декрементов колебаний давления в РВД от рукав высокого давления длиной 0,85 м и наработки на рукав высокого давления внутренним диаметром 10 мм длиной 1,65 м и внутренним диаметром 12 мм

Аналогичные испытания были проведены с вышеуказанными РВД, результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1 Результаты экспериментальных исследований

Размеры рукавов высокого давления Наработка на рукава высокого давления Значения логарифмических декрементов

Новый РВД РВД с предельной наработкой

10-27,5-М22х 1,5-850 2180 моточасов 0,623 0,525

12-27,5-М22х1,5-1250 2300 моточасов 0,638 0,539

12-27,5-М22х1,5-1450 2360 моточасов 0,641 0,536

12-2 7,5-М22х 1,5-1650 2450 моточасов 0,643 0,530

Проведенные эксперименты показали, что уменьшение коэффициента податливости в результате потери упругих свойств материала приводит к уменьшению логарифмического декремента колебаний при появлении и развитии неисправностей. Кроме того, к уменьшению логарифмического декремента колебаний также приводят увеличение длины и уменьшение диаметра РВД. Рукава высокого давления будут считаться работоспособными, если полученные значения диагностического признака будут выше значений с предельной наработкой, указанных в таблице I.

В четвертом разделе представлены результаты экспериментов в производственных условиях и описано устройство для испытания рукавов высокого давления. Испытания проводились в трех режимах работы: легком, среднем и тяжелом.

Экспериментальные исследования проводились следующим образом. После прогрева масла в гидроприводе до рабочей температуры + 80°С осуществлялся подъем стрелы манипулятора при фиксированном угле между ней и рукоятью при различных нагрузках, в качестве которых использовались хлысты (сосна) разного веса и объема. Вылет манипулятора при данном фиксированном угле устанавливался максимальным. В момент подъема стрелы манипулятора в напорной гидролинии с помощью запорного клапана, за счет его мгновенного закрытия и открытия, создавались гидроударные воздействия, которые определялись с помощью тензометрического датчика давления (рис. 12) и записывались на аппаратуру (рис. 13).

Рис. 12. Установка датчика типа ТДД-200 и запорного клапана в гидроприводе стрелы манипулятора

ииниII щи и]]»'!!! У;"1ПГ|Ц ди

-

I V

П ЙГ"Г

Рис. 13. Тензометрнческая аппаратура

N=0 моточасов

Г'

Рис. 14. Осциллограммы гидроударного воздействия снятые с датчика при подъеме стрелы без нагрузки

По полученным осциллограммам гидроударного воздействия, снятых с датчика (рис. 14), установленного в напорной гидролинии, в момент подъема стрелы при разных режимах работы, строились логарифмические декременты колебаний давления жидкости по формуле (9).

Зависимости логарифмических декрементов колебаний от наработки на гидропривод при легком, среднем и тяжелом режимах работы показаны на рис. 15-17.

л,

Рис. 15. Зависимость логарифмических декрементов колебании при легком режиме работы

Рис. 16. Зависимость логарифмических декрементов колебаний при среднем режиме работы

а кс ж йв :;ес ихХ.литочас

Рис. 17. Зависимость логарифмических декрементов колебаний при тяжелом режиме работы

Изменение структурных параметров отдельных элементов гидропривода оказывает существенное влияние на диагностический параметр при появлении дефектов в материале рукавов высокого давления, которые приводят к уменьшению логарифмических декрементов колебаний давления жидкости.

Предельным значением диагностического признака, при котором возможен выход из строя одного из элементов гидропривода (РВД), следует считать 8 = 0,540 •

Кривые обеспеченности средних величин давлений при гидроударном воздействии показаны на рис. 18.

р,НПа ■ Н\

й* 2т

т

I

" *..

|1

"Я?"'

111,

'ЩЩ

В 60 К К/'

Рис. 18. Кривые обеспеченности средних величин давлений при гидроударном воздействии

Р%

Кривые обеспеченности средних величин давлений при гидроударном воздействии показывают, что результаты экспериментов качественно совпадают с теоретическими положениями.

В пятом разделе представлены способы и средства диагностирования гидроприводов лесных машин и их элементов.

Способ функционального диагностирования гидроприводов для определения технического состояния и остаточного ресурса может быть реализован с помощью специальных средств диагностирования и измерительной аппаратуры, изображенных на рис. 19.

Схема содержит опорно-поворотное устройство

I, гидроцилиндры 2,3, тензометрические датчики давления 4, 5, 6, аналого-цифровой преобразователь 7, компьютер 8, запорные клапана 9, 10,

II, блок управления запорными клапанами 12, источник питания 13,

рукава высокого давления 14, ротатор 15. Способ диагностирования гидроприводов лесных машин заключается в том, что при функционировании гидропривода создаются гидроударные воздействия с помощью резкого закрытия запорных клапанов, установленных перед напорной полостью гидроцилиндров, которые с помощью тензометри-ческих датчиков давления и через аналого-цифровой преобразователь записываются на компьютер. По получаемым при гидроударных воздействиях параметрам колебаний жидкости строится логарифмический декремент <5, сравнение которого с предельным значением позволяет судить об общем техническом состоянии РВД гидропривода.

Способ диагностирования упругих трубопроводов при определении их технического состояния во время проведения технического обслуживания или ремонта гидроприводов лесных машин может быть реализован с помощью разработанной установки, схема и общий вид которой показаны на рис. 20.

Рис. 19. Средства диагностирования и измерительная аппаратура

Рис. 20. Установка для диагностирования рукавов высокого давления: а - схема; б - общий вид установки

Установка содержит линию всасывания 1, соединенную с насосом 2, который связан с запорным клапаном 3, испытуемым трубопроводом 4, с обоих концов которого установлены тензометрические датчики давления 5 и 6, подключенные к компьютеру 8 через преобразователь сигналов 7. Для поддержания давления в гидросистеме служит дроссель 9, соединенный линией слива 10 с гидробаком 11.

Способ диагностирования осуществляется следующим образом. Жидкость, закачиваемая из гидробака 11 насосом 2, подается через линию всасывания 1 в испытуемый трубопровод 4 под давлением, которое создается в гидросистеме с помощью дросселя 9. При подаче сигнала запорный клапан 3 резко перекрывает движение потока жидкости, вследствие этого в испытуемом трубопроводе 4 происходит гидроудар.

Полученные при гидроударе параметры затухающих колебаний трубопровода с жидкостью определяются тензометрической аппаратурой (датчики давления 5,6 и аналого-цифровой преобразователь 7) и записываются на компьютер 8. По параметрам затухающих колебаний давления жидкости в испытуемом трубопроводе 4 и по отклонению их от эталонного значения судят о техническом состоянии и остаточном ресурсе испытуемого трубопровода.

Разработанные способы диагностирования и устройства для их осуществления позволяют определять техническое состояние гидроприводов лесных машин и их элементов как в функциональном, так и в тестовом режимах.

В шестом разделе проведено обоснование эффективности применения разработанной установки для диагностирования элементов гидропривода в функциональном режиме.

Рассчитаны годовая производительность в результате меньших простоев машины на ремонте, годовой экономический эффект от внедрения установки, срок окупаемости.

Основные выводы и рекомендации

На основе экспериментальных исследований получен ряд научных результатов и выработаны практические рекомендации по их использованию, которые отражены в нижеследующих пунктах.

1. Проведенная оценка надежности гидроприводов лесных машин показала, что существующие машины отечественного и зарубежного производства имеют низкую эксплуатационную надежность. Причем самую низкую надежность имеет гидравлический привод технологического оборудования. Основными элементами гидропривода, лимитирующими его надежность, являются рукава высокого давления, отказы которых носят внезапный характер и приводят к значительным потерям рабочей жидкости.

2. Разработана методика расчета нестационарных процессов в гидроприводе лесных машин, позволяющая выявлять динамику давления и расхода жидкости при гидроударных воздействиях и приспособленность гидропривода лесных машин к диагностированию.

В качестве возмущающего воздействия при определении технического состояния гидропривода может быть использовано явление гидроудара, что позволило увеличить точность диагноза.

Предельным значением логарифмического декремента колебаний является 8 = 0,533, при дальнейшей эксплуатации гидропривода возможен внезапный отказ одного из его элементов.

3. Полученные результаты зависимостей диагностических критериев показали, что в отличие от способа диагностирования по параметрам переходного процесса, возникающего при единичном импульсном воздействии, создаваемым оператором, использование гидроударного воздействия повышает логарифмический декремент затухающих колебаний от величины 8 = 0,192 до 8 = 0,533 •

4. Разработан способ тестового диагностирования РВД, отличающийся тем, что с помощью гидроудара можно обеспечить выявление скрытых дефектов и тем самым на стадии их зарождения предвидеть возможность возникновения внезапного отказа РВД, приводящего к увеличению затрат на техническое обслуживание гидропривода.

Результаты экспериментов качественно совпадают с теоретическими положениями, а диагностический параметр «логарифмический декремент колебаний» является чувствительным и достаточным при проверке работоспособности РВД. При этом РВД будут считаться работоспособными, если полученные значения диагностического признака будут выше указанных значений: РВД 10-27,5-М22х 1,5-850 - 8 = 0,525; РВД 12-27,5-М22х 1,5-1250 - 5 = 0,539; РВД 12-27,5-М22х 1,5-1450 -8 = 0,536; РВД 12-27,5-М22х1,5-1650 - <5 = 0,5305. Разработан способ функционального диагностирования гидроприводов, позволяющий определять их техническое состояние в процессе работы лесной машины, который может быть также использован при проверке качества их ремонта с помощью простых технических средств в условиях лесозаготовительного предприятия. При этом гидропривод будет считаться работоспособным, если полученные выходные значения диагностического признака выше 8 = 0,540 ■

6. Годовой экономический эффект от внедрения устройства для диагностирования гидроприводов составит 29908,45 руб.

Разработанная установка для диагностирования гидроприводов при внедрении в производственный процесс окупится через 0,11 года.

Основные рекомендации

1. При достижении диагностического параметра (логарифмического декремента затухающих колебаний) предельного значения необходима замена рукава высокого давления независимо от внешнего состояния и отсутствия утечек. Это позволит предупредить возникновение внезапных отказов, последствия которых увеличивают стоимость обслуживания лесных машин.

2. При диагностировании напорной гидролинии с помощью гидроударного воздействия в условиях переходного процесса для наиболее точного определения результатов рекомендуется придерживаться следующих требований:

- подъем стрелы рекомендуется осуществлять без груза при фиксированном угле между стрелой и рукоятью манипулятора при максимальном вылете;

- гидроударное воздействие необходимо осуществлять до момента достижения гидроцилиндром привода технологического оборудования своего среднего положения, это позволяет уменьшить влияние расхода жидкости на скорость распространения ударной волны при гидроударе и тем самым увеличить точность диагноза.

Основные положения диссертации опубликованы в работах: В изданиях, рекомендуемых ВАК:

1. Лощенов, П. Ю. Способ диагностирования рукавов высокого давления / П. Ю. Лощёнов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2012. — № 3 - С. 69-72.

2. Лощёнов, П. Ю. Оценка эксплуатационной надежности гидроприводов лесных машин / П. Ю. Лощёнов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. -2012. -№2. -С. 120-122.

3. Павлов, А. И. Теоретические исследования динамических свойств элементов гидропривода лесных машин при диагностировании в функциональном режиме / А. И. Павлов, И. А. Полянин, П. Ю. Лощёнов // Вестник МарГТУ. - 2012. - № 1. - С. 44-54.

4. Павлов, А. И. Способ диагностирования гидроприводов лесных машин в функциональном режиме / А. И. Павлов, П. Ю. Лощёнов // Контроль. Диагностика. - 2012. - № 8. - С. 52-57.

5. Павлов, А. И. Способ диагностирования элементов гидропривода лесных и сельскохозяйственных машин / П. Ю. Лощёнов, А. И. Павлов // Тракторы и сельхозмашины. - 2012. -№ 6. - С. 46-47.

Патенты на изобретения

6. Пат. 2468263 Российская Федерация, МПК П5В 19/00. Способ технического диагностирования упругих трубопроводов и устройство для его осуществления / Павлов А. И., Лощёнов П. Ю., Кожин Д. В.; патентообладатель Поволжский государственный технологический университет. - № 2010138926/06; заявл. 21.09.10; опубл. 27.11.12, Бюл. №33.-4 с.

7. Пат. 2464455 Российская Федерация, МПК Р15В 19/00. Способ функционального диагностирования гидроприводов / Павлов А. И., Лощёнов П. Ю.; заявитель и патентообладатель А. И. Павлов, П. Ю. Лощёнов. - № 2011122101/06; заявл. 31.05.11; опубл. 20.10.12, Бюл. № 29. - 3 с.

8. Пат. 2465489 Российская Федерация, МПК Р15В 19/00. Способ диагностирования гидроприводов в функциональном режиме / Павлов А. И., Лощёнов П. Ю.; заявитель и патентообладатель А. И. Павлов, П. Ю. Лощёнов. - № 2011130343/06; заявл. 20.07.11; опубл.

27.10.12, Бюл. № 30. - 3 с.

9. Пат. 2472979 Российская Федерация, МПК П5В 19/00. Способ диагностирования гидроцилиндров в функциональном режиме / Павлов А. И., Лощёнов П. Ю.; заявитель и патентообладатель А. И. Павлов, П. Ю. Лощёнов. - № 2011143389/06; заявл. 26.10.11; опубл.

20.01.13, Бюл. №2.-3 с.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212.115.02 или прислать отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3, ПГТУ, ученому секретарю. Тел. (8362) 68-68-05. Факс (8362) 41-08-72.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. п. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 5089.

Редакционно-издательский центр Поволжского государственного технологического университета 424006, г. Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17