Алексеенко Андрей Петрович. Совершенствование технологии диагностирования гидропривода одноковшовых строительных экскаваторов по объемному коэффициенту полезного действия

brief description

Алексеенко Андрей Петрович. Совершенствование технологии диагностирования гидропривода одноковшовых строительных экскаваторов по объемному коэффициенту полезного действия : диссертация ... кандидата технических наук : 05.05.04.- Санкт-Петербург, 2002.- 180 с.: ил. РГБ ОД, 61 02-5/2178-8

Алексеенко Андрей Петрович
Совершенствование технологии диагностирования
гидропривода одноковшовых строительных экскаваторов
по объемному коэффициенту полезного действия
Специальность 05.05,04. “Дорожные, строительные и подъемно-
транспортные машины”
Диссертация на соискание ученой
степени кандидата технических наук
Научный руководитель доктор технических наук, профессор, член-корреспондент Российской академии архитектуры и строительных наук, заслуженный деятель науки РФ А.В.Болотный
С-Петербург, 2001 
Содержание
стр.
Введение 4
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований
1.1. Аннотация 6
1.2. Гидропривод одноковшового строительного
экскаватора как объект диагностирования 7
1.4. Особенности применения статопараметрического
метода при диагностировании гидропривода экскаваторов 20
1.5. Средства измерения расхода и их применение при
диагностировании гидропривода экскаваторов по статопараметрическому методу 25
1.6. Современные представления о нормировании предель¬ного значения объемного КПД гидропривода экскаватора 36
1.7. Выводы, цели и задачи исследований 41
Глава 2. Исследование потерь энергии и потерь времени в рабочем цикле экскаватора, связанных со снижением внутренней герметичности гидропривода.
2.1. Аннотация . 45
2.2. Изменение энергетического баланса и длительности
операций рабочего цикла экскаватора при снижении внутренней герметичности гидропривода 46
2.3. Потери энергии в основных сборочных единицах.и
контурах гидропривода ЭО в результате снижения внутренней герметичности 61
2.4. Влияние внутренней герметичности гидропривода на энергетические и временные параметры рабочего цикла
экскаватора и определение предельных значений этих параметров 69
2.5. Определение предельных значений длительности
рабочего цикла и объемного КПД гидропривода экскаватора с помощью экономических критериев ...83
2.6. Выводы по второй главе — 92
з
Глава 3. Исследование и разработка конструкции дросселя-расходомера для диагностирования гидропривода экскаваторов по объемному КПД
3.1. Аннотация 96
3.2. Требования к конструкции дросселя-расходомера 97
3.3. Техническое описание конструкции двухконусного
дросселя-расходомера ДР-9 101
3.4. Предварительное определение основных
конструктивных параметров ДР-9 104
3.5. Цель, задачи и методика экспериментов 108
3.6. Результаты экспериментов, их обработка
и предварительный анализ 111
3.7. Исследование влияния шероховатости поверхности запирающих конусов на выходные параметры дросселя-расходомера и определение нижнего предела
его использования по расходу 121
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-^і21А 144
3.10. Выводы по третьей главе 152
4. Основные результаты и выводы 155
Список литературы 158
Приложения 165
Введение
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.

bibliography

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
н 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 - Д: < 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.
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.