автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Совершенствование технологии диагностирования гидропривода одноковшовых строительных экскаваторов по объемному коэффициенту полезного действия

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований

1.1. Аннотация.

1.2. Гидропривод одноковшового строительного экскаватора как объект диагностирования.

1.3. Общая характеристика существующих методов диагностирования гидроприводов мобильных машин.

1.4. Особенности применения статопараметрического метода при диагностировании гидропривода экскаваторов.

1.5. Средства измерения расхода и их применение при диагностировании гидропривода экскаваторов по статопараметрическому методу.

1.6. Современные представления о нормировании предельного значения объемного КПД гидропривода экскаватора.

1.7. Выводы, цели и задачи исследований.

Глава 2. Исследование потерь энергии и потерь времени в рабочем цикле экскаватора, связанных со снижением внутренней герметичности гидропривода.

2.1. Аннотация.

2.2. Изменение энергетического баланса и длительности операций рабочего цикла экскаватора при снижении внутренней герметичности гидропривода.

2.3. Потери энергии в основных сборочных единицах.и контурах гидропривода ЭО в результате снижения внутренней герметичности.

2.4. Влияние внутренней герметичности гидропривода на энергетические и временные параметры рабочего цикла экскаватора и определение предельных значений этих параметров.

2.5. Определение предельных значений длительности рабочего цикла и объемного КПД гидропривода экскаватора с помощью экономических критериев.

2.6. Выводы по второй главе.

Глава 3. Исследование и разработка конструкции дросселя-расходомера для диагностирования гидропривода экскаваторов по объемному КПД

3.1. Аннотация.

3.2. Требования к конструкции дросселя-расходомера.

3.3. Техническое описание конструкции двухконусного дросселя-расходомера ДР-9.

3.4. Предварительное определение основных конструктивных параметров ДР-9.

3.5. Цель, задачи и методика экспериментов

3.6. Результаты экспериментов, их обработка и предварительный анализ.

3.7. Исследование влияния шероховатости поверхности запирающих конусов на выходные параметры дросселя-расходомера и определение нижнего предела его использования по расходу.

3.8. Исследование местных гидравлических сопротивлений и определение верхнего предела использования ДР по расходу.127 '

3.9. Расчет экономической эффективности применения дросселя-расходомера ДР-9 для диагностирования гидропривода экскаватора 30-^i21A.

3.10. Выводы по третьей главе.

Одноковшовые экскаваторы - ведущие машины строительного производства. В абсолютном большинстве они снабжены гидравлическим приводом.

Гидравлический привод (ГП) экскаваторов непрерывно совершенствуется, усложняется и удорожается. Вместе с тем эффективность использования экскаваторов не всегда соответствует их высокой стоимости из-за недостаточной эксплуатационной надежности. Несмотря на то, что в последние годы конструктивная надежность ГП значительно повысилась, отказы, в том числе -аварийного характера, еще имеют место. Этому способствует еще и то, что многие предприятия из-за недостатка средств вынуждены эксплуатировать старые машины, с истекшими сроками службы. По общему мнению специалистов количество отказов гидроприводов составляет 40-50% от общего числа отказов этих машин. В условиях современного строительства надежность машин, в том числе экскаваторов, приобретает особо важное значение, так как она непосредственно связана с надежностью выполнения строительных работ в заданный срок [53].

Наряду с известными достоинствами гидравлический привод имеет и существенные недостатки, к числу которых относится непрерывное снижение внутренней герметичности в подвижных соединениях сборочных единиц в результате изнашивания их деталей, что приводит со временем к отказу машины из-за недопустимого замедления рабочих движений и высокого уровня потерь энергии. При этом гидропривод частично или полностью приближается к предельному состоянию постепенно, момент наступления отказа здесь имеет большую степень неопределенности.

Поэтому важное значение имеет разработка методики расчета таких норм предельного состояния ГП, которые сочетают достаточную точность с гибкостью, соответствием конкретным условиям эксплуатации машин, возможностью корректирования в случае изменения этих условий.

Не менее важна задача разработки и применения средств инструментального контроля технического состояния гидропривода экскаваторов - средств диагностики. Наряду со сложными дорогими приборами, которые используются на стационарных диагностических постах и требуют обязательной доставки машины или её сборочных единиц на базу, нужны простые, дешевые переносные приборы и приспособления, которые можно использовать непосредственно на месте работы машины для первичного контроля технического состояния ГП с целью определения необходимости демонтажа отказавших узлов, отправки машины в ремонт или для углубленного контроля на пост и т.п.

Исследования, результаты которых представлены в настоящей диссертации, направлены на решение указанных выше задач: разработку методики определения норм предельного состояния гидропривода одноковшовых экскаваторов и конструкции переносного средства диагностики - дросселя-расходомера. Объектом исследований явились экскаваторы четвертой размерной группы, но результаты этой работы применимы к любым полноповоротным экскаваторам строительной группы. При выполнении этой работы в основном использовался полуэмпирический метод - сочетание математического анализа с результатами физических экспериментов и натурных наблюдений автора.

Основные результаты и выводы

1. Основными причинами отказа одноковшовых гидравлических экскаваторов (ЭО) являются недопустимое уменьшение производительности и чрезмерный уровень потерь энергии в гидроприводе (ГП) в результате снижения внутренней герметичности сборочных единиц ГП из-за изнашивания. Показателем энергетических потерь по этой причине является объёмный КПД (ОКПД), для определения которого необходимо измерение расхода потока рабочей жидкости с помощью расходомеров.

2. Исследованием энергетических потерь, оцениваемых объемным КПД (ОКПД), и потерь времени рабочего цикла (РЦ) при износе гидропривода установлено, что при равенстве эффективной энергии, затрачиваемой на любую энергозатратную операцию РЦ, но разных технических состояниях рабочего гидравлического контура, отношение потерь энергии в первом состоянии к потерям во втором равно отношению соответствующих потерь времени при выполнении операции.

3. В гидроприводе ЭО по мере снижения ОКПД происходит непропорциональное, ускоренное увеличение потерь энергии, что не находит отражения в общепринятом показателе ОКПД, определяемом по потерям мощности. Предложен показатель «энергетический ОКПД», учитывающий общие потери количества энергии в потоке жидкости за время рабочего цикла .

4. Исследование потерь энергии в экскаваторном насосе показало, что при его работе в автоматическом регулируемом режиме объемные потери энергии в насосе и во всем контуре к возрастают пропорционально давлению в квадрате, тогда как в нерегулируемом — давлению в первой степени.

5. На основе исследований найдена аналитическая зависимость для расчета длительности рабочего цикла ЭО при изменении ОКПД контуров, учитывающая изменение при этом относительной длительности операций РЦ.

6. Разработана новая методика экономического расчета оптимального ресурса и предельного ОКПД гидропривода, учитывающая одновременное действие двух факторов: снижения производительности ЭО и увеличения энергетических потерь в гидроприводе.

7. Спроектирован, изготовлен и испытан диагностический прибор - дроссель-расходомер (ДР-9) принципиально новой конструкции для экскаваторов 3-5 размерных групп. Стендовые испытания подтвердили удовлетворительную работоспособность прибора, но выявили отклонение его регулировочной характеристики от прямолинейной. Относительные погрешности в области средних расходов составили 2.3 %, максимальных - до 5%, при минимальных - резко возрастают.

8. Исследование влияния шероховатости рабочих поверхностей конусов ДР на режим течения жидкости в области малых расходов позволило определить рациональную шероховатость поверхностей -Яг < 3 мкм - при условии ограничения нижнего предела расхода до Q = 1/3 Qmax.

9. Исследование местных гидравлических сопротивлений в зоне средних и больших расходов показало, что потери давления во внутренних полостях, патрубках и втулках ДР составляют малую часть (не более 3%) от общего перепада давления на дросселе; основные сопротивления создаются на входе и выходе дроссельных щелей, что подтверждает правильность выбора конструктивных параметров дросселя-расходомера.

10. Установлено, что по мере приближения расхода к Qmax преобладающим становится сопротивление внезапному расширению потока на выходе из дроссельных щелей, что приводит к росту погрешностей измерений с помощью ДР. По результатам этих исследований определен верхний рациональный предел измерений расхода с помощью ДР-9 - 3,3 дм3/с.

11. Анализ экономической эффективности применения дросселя-расходомера на примере Управления механизации треста Газтеплострой в г. Санкт-Петербурге показал, что минимальный годовой экономический эффект на один экскаватор четвертой размерной группы по себестоимости составляет 12870 рублей, по прибыли - 13850 рублей.

12. Методика расчета оптимального ресурса гидропривода одноковшового экскаватора принята Ижорским заводом (Санкт-Петербург) для использования при разработке инструкции по эксплуатации экскаватора ЭГ-5,5. Основные положения этой методики применяются Управлением механизации №6 для нормирования предельного состояния сборочных единиц автомобильных кранов. Конструкция дросселя-расходомера ДР-9 принята Управлением механизации АОЗТ Ленгазтеплострой для применения при диагностировании гидропривода строительных экскаваторов 3-4 размерных групп.

1. Абрамов Е.И., Колесниченко К. А., Маслов В.Т. Элементы гидропривода. Справочник. Киев. : Техника, 1969. 319 с.

2. Абрамов С.И., Харазов A.M., Соколов А.В. Техническая диагностика одноковшовых экскаваторов с гидроприводом М.: Стройиздат, 1978. 100 с.

3. Абрамов С.И. Эффективность использования строительных машин. М.: Стройиздат, 1977. 136 с.

4. Алексеева Т.В. и др. Техническая диагностика гидравлических приводов. М.: Машиностроение, 1989. 264 с.

5. Алексеенко А.П. Действие сил гидродинамического давления на конический запорный элемент дросселя-расходомера. //Сб. «Исследования рабочих процессов строительных машин.» СПб.: СПбИСИ. 1993. с. 71-74.

6. Алексеенко А.П. Разработка диагностического дросселя-расходомера с уравновешенным конусным затвором. //Сб. Исследования рабочих процессов и технического обслуживания строительных машин. СПб.: СПбГАСУ. 1995. с. 46-51.

7. Алексеенко А.П., Кобзов Д.Ю., Тигунцев A.M. Устройство для контроля расхода жидкости. Авт. св-во на изобретение № 1 756 765, 22.04.92.

8. Алексеенко А.П., Алексеенко П.Д., Щугарев А.В. Дроссель-расходомер с конусным затвором. Патент РФ на изобретение № 2 085 855, 27.07.97.

9. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя Т.1.М.: Машиностроение, 1998. 816с.

10. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1975. 327с.

11. Альтшуль А.Д. Местные гидравлические сопротивления при движении вязких жидкостей М.: Гостоптехиздат, 1962. 116с.13 . Бабаев О.М. и др. Объемные гидромеханические передачи. Расчет и конструирование. Л.: Машиностроение. 1987, 256 с.

12. Багин С.Б., Денисов В.И., Новикова Е.И. Исследование диагностических моделей гидропривода экскаватора. // Труды ин-та ВНИИстройдормаш, вып. 110. М.: 1987, с. 56-63.

13. Багин С.Б., Шевченко Н.В. Об оценке предельных значений диагностических параметров гидропривода экскаватора. // Труды ин-та ВНИИстройдормаш, вып. 110. М.: 1987, с. 64-68.

14. Баранов В.Н. Электрогидравлические следящие приводы вибрационных машин М.: Машиностроение, 1988. 264 с.

15. Бардышев О.А. Некоторые проблемы организации обслуживания и ремонта машин с гидроприводом. // Сб. Совершенствование эксплуатации и ремонта сроительных машин с гидроприводом. Л.: ЛДНТП., 1984, с. 4-8.

16. Батунер A.M., Позин М.Е. Математические методы в химической технике. Л.: Химия, 1968. 823 с.

17. Башева А.А., Шейнин A.M. Оптимизация количества и периодичности технического обслуживания. // Тр. МАДИ, 1978. Вып. 152. с. 97-98.

18. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика, Спр. пособие. М.: Машиностроение, 1971. 672 с.

19. Беркман И.Л. и др. Одноковшовые экскаваторы и самоходные краны с гидравлическим приводом М.: Машиностроение, 1971. 304 с.

20. Биргер И.А. Техническая диагностика М.: Машиностроение, 1978. 240 с.

21. Болотный А.В. Корелин В.Ф., Хохлов Б.И.Основы обеспечения надежности строительных и дорожных машин. Л.: Изд. ЛИСИ. 1990. 71с.

22. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин. М.: Машиностроение, 1983. 302 с.

23. Волков Д.П. и др. Машины для земляных работ. М.: Машиностроение, 1992. 448 с.

24. Волков Д.П. Николаев С.Н. Надежность строительных машин и оборудования. М.: Высшая школа, 1979. 388 с.

25. Воробьев В.Г. и др Диагностирование и прогнозирование технического состояния авиационного оборудования. М.: Транспорт, 1984. 191 с.

26. Гальперин А.С., Сушкевич М.И. Определение оптимальной долговечности машин. М.: Колос, 1970. 183 с.

27. Гальперин А.С., Шипков И.В. Прогнозирование числа ремонтов машин. М.: Машиностроение, 1973. 112 с.

28. Гаркави Н.Г. Комплектование парка машин в условиях неполной определенности. Л.: ВОЛАТТ, 1968. 107 с.

29. Гаркави Н.Г. и др. Эксплуатация средств технического вооружения железнодорожных и дорожных войск. Д.: BOJIATT, 1974. 318 с.

30. Гаркави Н.Г. и др. Машины для земляных работ. М.: Высшая школа, 1982. 335 с.

31. ГОСТ 25176-82. Техническая диагностика. Средства диагностирования автомобилей, тракторов, строительных и дорожных машин. Классификация. Общие технические требования.

32. Гриневич Г.П. и др Надежность строительных машин. М.: Стройиздат, 1983

33. Гуськов В.В. (ред) Тракторы: Теория. М.: Машиностроение, 1988. 376 с.

34. Домбровский Н.Г. Экскаваторы. Общие вопросы теории, проектирования, исследования и применения. М.: Машиностроение. 1969.

35. Данилов Ю.А. и др. Аппаратура объемных гидроприводов. М.: Машиностроение, 1990. 269 с.

36. Жоховский. Теория и расчет приборов с неуплотненным поршнем. М.: Изд. стандартов, 1966. 331 с.

37. Зорин В.А. Повышение долговечности дорожно-строительных машин путем совершенствования системы технического обслуживания и ремонта. Автореферат докторской диссертации. М.: 1998. 48 с.

38. Иванов Б.С. Управление техническим обслуживанием машин М.: Машиностроение, 1978. 158 с.

39. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Энергия, 1992. 500 с.

40. Ильинский В.М. Измерение массовых расходов. М.: Энергия, 1973. 138 с.

41. Каверзин С.В., Каверзина С.С. Разогрев рабочей жидкости в гидроприводе самоходных машин.//Строительные и дорожные машины. 1983. №11, с. 13-14.

42. Каверзин С.В. Работоспособность гидравлического привода самоходных машин при низких температурах. Красноярск.: Изд. Кр. Ун-та. 1986. 142 с.

43. Канторер С.Е. Строительные машины и экономика их применения. М.: Высшая школа, 1973. 528 с.

44. Карнаухов Н.Н. Тархов А.Н. Приводы траншейных экскаваторов. М.: Недра, 1999. 381 с.

45. Карлик Е.М.(ред) Экономика машиностроения. Л.: Машиностроение, 1977. 437 с.

46. Кокс Д.Р., Смит В.Л. Теория восстановления М: «Советское радио», 1967. 229 с.

47. Консон А.С. Экономика ремонта машин. М.: Машиностроение, 1970. 216 с.

48. Кос И.И, Зорин В.А. Основы надежности дорожных машин. М.: Машиностроение, 1978. 165 с.

49. Косточкин В.В. Надежность авиационных двигателей и силовых установок. М.: Машиностроение, 1988. 271 с.

50. Котиков Ю.Г. Разработка методологии системного анализа и имитационного моделирования объектов автомобильной техники и транспорта. Докторская диссертация СПб, 1995 г.

51. Коценко Н.В. Особенности функционирования и развития трестов (управлений) механизации в условиях рыночной экономики // Сб. Опыт работы трестов и управлений механизации в новых условиях хозяйствования. Л.: ЛДНТП., 1991. с. 6-14,

52. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. М.: Машиностроение, 1989, 701 с.

53. Крикун В.Я., Крикун А.В. Расчет параметров привода рабочего оборудования гидравлических экскаваторов как единой механической системы // Строительные и дорожные машины, 1993. № 5. с. 27-29.

54. Клюев В.В. (ред), Пархоменко (ред). Надежность и эффективность в технике. Справочник. Т.9- Техническая диагностика. М.: Машиностроение. 1987. 352 с.

55. Клюев В.В. (ред) Технические средства диагностирования. М.: Машиностроение, 1989. 672 с.

56. Кудрявцев Е.М. Основы автоматизации проектирования машин. М.: Машиностроение, 1993. 334 с.

57. Кузин Э.Н. (ред.) Строительные машины. Справочник Т.1. Машины для строительства промышленных, гражданских сооружений и дорог. М.Машиностроение. 1991.496 с.

58. Курицкий Б.Я. Оптимизация вокруг нас. СПб.Машиностроение, 1989.145 с.

59. Курицкий Б.Я. Поиск оптимальных решений средствами Exel 7.0 . СПб.: BHV, 1997. 384 с.

60. Лханаг Д. Разработка средств для диагностирования гидропривода \ одноковшовых строительных экскаваторов второй размерной группы приэксплуатации их в условиях МНР. Кандидатская диссертация. Л.: 1989.

61. Макаров Р.А., Соколов А.В. Диагностика строительных машин М.: Стройиздат, 1984. 335 с.

62. Малиновский Е. Ю. и др. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ. М.: Машиностроение, 1980. 216 с.

63. Мозгалевский А.В., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика (непрерывные объекты). М.: Высшая школа, 1975. 207 с.

64. Мелешко В.М. Разработка и исследование системы диагностического обеспечения эксплуатации гидроприводов одноковшовых строительных экскаваторов Автореферат канд. диссертации. Омск, 1987. 21 с.

65. Методические указания. Техническая диагностика. Правила и критерии определения периодичности диагностирования технических систем. РД 50-565-85. М.: Изд-во стандартов, 1986. 28 с.

66. Мирошников Л.В., Болдин А.П., Пал В.И. Диагностирование технического состояния автомобилей на автотранспортных предприятиях. М.: Транспорт, 1977. 264 с.

67. Михлин В.М. Прогнозирование технического состояния машин. М.: Колос, 1976. 288 с.

68. Некрасов Б.Б. (ред). Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам . Минск.: Машиностроение, 1985. 320 с,

69. Осипов А.Ф. Объемные гидравлические машины. М.: Машиностроение, 1966. 160 с.

70. Павлов В.П., Живейнов Н.Н., Карасев Г.Н. Проектирование одноковшовых экскаваторов с применением ЭВМ и САПР. Красноярск, Изд. Красноярского университета, 1988. 184 с.

71. Павловский A.M. Измерение расхода и количества жидкостей, газа и пара. М.: Машгиз, 1961. 336 с.

72. Пжибыльски А. Совершенствование процессов распознавания технического состояния гидропривода экскаваторов с целью повышения эффективности технического обслуживания. Канд. диссертация. Л.: 1988.

73. Повх И.Л. Техническая гидромеханика. Л.: Машиностроение, 1969. 524 с.г

74. Попов А.И., Евтюков С.А. Основы оценки эффективности применения дорожно-строительных машин в рыночных условиях. // Проблемы развития автомобильно-дорожного комплекса России. 41. СПб.: 1997. с. 83-87.

75. Попов А.И. и др. Моделирование производительности мобильных и стационарных средств механизации строительства. // Научные и практические вопросы совершенствования эксплуатации мобильных машин. Вып. 1. СПб.: изд. БИТУ. 2000. с. 30-33.

76. Привалов А.К.Оптимизация структуры систем бортового диагностирования гидроприводов землеройных машин.Канд.диссертация.Л.: 1984.

77. Прокофьев В.Н. и др. Аксиально-поршневой регулируемый гидропривод. М.: Машиностроение, 1969. 469 с.

78. Проников А.С. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. 591 с.

79. ПрофосП.(ред). Измерения в промышленности. Справочник. Кн.1. Теоретические основы. М.: Металлургия, 1990. 492 с.

80. Рекомендации по организации технического обслуживания и ремонта строительных машин. ЦНИИОМТП, ВНИИстройдормаш. М.: Стройиздат, 1993.90 с.

81. Рейш А.К. Повышение производительности одноковшовых экскаваторов. М.: Стройиздат. 1983. 167 с.

82. Селиванов А.И. Основы теории старения машин. М.: Машиностроение, 1964. 404 с.

83. Сигов Б.Н. Истечение жидкости через насадки в среды с противодавлением. М.: Машиностроение, 1968. 138с.

84. Тайц В.В. Опыт применения средств технической диагностики строительных машин с гидроприводом на БАМе // Совершенствование эксплуатации и ремонта строительных машин с гидроприводом. Л.: ЛДНТП, 1984, с. 56-60.

85. Таршиш М.С. Контроль гидравлических сопротивлений. М.: Машиностроение. 1966. 157 с.

86. Тигунцев A.M. Диагностирование насосов гидропривода одноковшовых строительных экскаваторов встроенными средствами. Канд. диссертация. Л.: 1990.151 с.

87. Уайдд Ф. Методы поиска экстремума. М.: Наука, 1967. 200 с.

88. Федоренко Н.П. Математика и кибернетика в экономике. М.: Экономика, 1975.700 с.

89. Федоров В.К., Иванов С.П. Первоочередность диагностирования элементов гидропривода строительных машин по интенсивности отказов // Сб. Проблема качества строительной продукции. СПб, изд ВИТУ,1999, с. 35-37.

90. Хазов Б.Ф. Лифшиц Л.А. Обеспечение надежности строительных и дорожных машин на этапах жизненного цикла. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1989. 52 с.

91. Харазов A.M. Техническая диагностика гидроприводов машин. М.: Машиностроение, 1979. 112 с.

92. Харазов A.M., Цвид С.Ф. Методы оптимизации в технической диагностике машин. М.: Машиностроение, 1983. 132 с.

93. Хребтов Н.В., Раппопорт В.Ш. Планирование ремонтного цикла строительных машин с гидроприводом с учетом местных факторов. // Межвуз. Сб. трудов. Л.: ЛИСИ, 1988.

94. Червонный А.Л., Лукьященко В.И.,Котин Л.В. Надежность сложных систем. М.: //Машиностроение, 1976. 287 с.

95. Черпаков Б.И. Эксплуатация автоматических линий. М.: Машиностроение, 1990, 303 с.

96. Шашкин В.В. (ред), Карзов Г.П. (ред) . Надежность в машиностроении. СПб.: Политехника, 1992. 719 с.

97. Шейнин В.В. и др. Эксплуатация дорожных машин. М.: Машиностроение, 1992. 328 с.

98. Шульц В.В. Теория надежности машин.: Изд.СПбГАСУ, 2000.75с.

99. Herning F. Grundlagen und Praxis der Mengenstrommessung. Dusseldorf: VDI-Verlag, 1959, 151 s.

100. Padelt E., Witte R. Mengenmessungen in Betrieb. Leiprig: Academishen Verlagsgesellschaft, 1955, 662 s.

101. Witt K., Scheiten M.J.W. Hebverfahren zur Vorbeugenden Justandhaltung hydrostatischer Sistem.- Olhydraulik und Pneumatik, 1976. Vol. 20. № 8.s 552-553.экскаватора ЭО-4121'А при номинальном техническом состояниигидропривода