Разработка стенда для оценки технического состояния объемных гидроприводов с гидравлическим нагружающим устройством

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Статья посвящена разработке устройства для оценки технического состояния объемных гидроприводов отечественного и зарубежного производства в условиях ремонтных предприятий и сервисных центров.
Материалы и методы. В работе использованы положения теоретической механики, теории гидрогазодинамики и основные принципы создания механизмов и машин. Для оценки технического состояния объемных гидроприводов применен метод гидравлического нагружения гидромотора. Достоверность результатов подтверждена экспериментальной реализацией стенда с гидравлическим нагружающим устройством.
Результаты исследования. Разработана и готовится к реализации новая конструкция стенда с гидравлическим нагружающим устройством для оценки технического состояния широкой номенклатуры объемных гидроприводов отечественного и зарубежного производства в условиях ремонтных предприятий и сервисных центров. Отличительной особенностью разработанного стенда является использование метода гидравлического нагружения, при котором крутящий (тормозной) момент на валу испытуемого гидромотора создается при помощи гидромашины. Стенд состоит из блоков обработки и измерения данных. В основе блока обработки данных лежит многофункциональная плата сбора данных, соединенная с персональным компьютером. В структуру блока измерения данных входят частотный преобразователь, соединенный с электродвигателем, приводной вал для подключения к нему вала испытуемого гидронасоса, гидравлическая система, имеющая гидробак, линии всасывания, управления, слива, дренажа, нагнетания и реверсивные дроссели-расходомеры, установленные в линиях нагнетания и соединенные с гидронасосом и гидромотором, нагружающее устройство с реверсивным гидронасосом, приводной вал которого муфтой соединен с валом испытуемого гидромотора. Дополнительно реверсивные дроссель-расходомеры через специальные порты и электрические линии соединены с платой сбора данных. Разработанный стенд позволяет оценить техническое состояние наиболее распространенных моделей объемных гидроприводов, используемых в современной сельскохозяйственной и дорожно-строительной технике. 

Обсуждение и заключение. Разработанная конструкция стенда с гидравлическим нагружающим устройством позволяет реализовать методику динамических испытаний предприятий-изготовителей и с высокой точностью оценить техническое состояние объемных гидроприводов отечественного и зарубежного производства в условиях ремонтных предприятий и сервисных центров. Дальнейшее усовершенствование эффективности оценки технического состояния объемных гидроприводов видится в разработке специализированного программного обеспечения для обработки и анализа результатов испытаний в режиме реального времени.

Полный текст

Введение

Современная сельскохозяйственная, строительно-дорожная, карьерная, горнодобывающая, лесозаготовительная, коммунальная, военная, путевая, речная и морская техника отечественного и зарубежного производства в свое конструктивное исполнение включает сложные и дорогостоящие гидроагрегаты, в том числе аксиально-поршневые гидронасосы и гидромоторы, которые образуют единую систему – объемный гидропривод. Данная система отвечает за работу исполнительных механизмов и обеспечивает перемещение техники с заданной скоростью, поэтому от технического состояния объемного гидропривода во многом зависят надежность и эксплуатационные показатели техники.

Оценка технического состояния объемного гидропривода на предприятиях-изготовителях проводится с помощью методики динамических испытаний на специализированных промышленных стендах преимущественно зарубежного производства [1–3].

Согласно данным изготовителей (Sauer-Danfoss, Linde, Bosch Rexroth, Германия; Eaton, США; PSM-Hydraulics, Россия; ЗАО «Гидросила ГРУП», Украина), оценку технического состояния объемного гидропривода проводят по наиболее важным параметрам диагностирования агрегатов: подача (расход) рабочей жидкости, рабочее давление, крутящий момент, температура рабочей жидкости и коэффициенты полезного действия (КПД) полный, объемный и гидромеханический. При этом критерием предельного состояния гидропривода принято считать падение объемного КПД на 20 % от нормативного (паспортного) значения1.

В настоящее время на ремонтных предприятиях и в сервисных центрах практически отсутствуют средства для реализации методики предприятий-изготовителей. Основная проблема заключается в создании на вращающемся валу испытуемого гидромотора переменной нагрузки. В основном используются методики, не позволяющие дать достоверное заключение о работоспособности бывших в эксплуатации и отремонтированных гидроприводов, что затрудняет проведение ремонтных работ [1]. Большинство ремонтных предприятий и сервисных центров вынуждены испытывать гидромоторы объемных гидроприводов в режиме гидронасоса, что дает косвенную оценку технического состояния, а конструкция отдельных гидроагрегатов (имеющих плунжеры с гидростатической разгрузкой опор) вообще не позволяет реализовать данный метод испытаний. Поэтому актуальной задачей является разработка нового стенда для оценки технического состояния объемного гидропривода, способного реализовать методику динамических испытаний в условиях ремонтных предприятий и сервисных центров.

Обзор литературы

В настоящее время для оценки технического состояния объемного гидропривода используются отечественные и зарубежные испытательные стенды, в состав которых входят различные типы нагружающих устройств. Среди серийно выпускаемых можно выделить следующие стенды: КИ-28097-03М производства ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ», г. Москва [4]; СГН/110м-БИМ производства ООО «Стендовое оборудование», г. Санкт-Петербург2; инерционный испытательный стенд Маслова Н. А., г. Новосибирск [5]; Hydraulic Test Center Model 850 производства США3; комбинированный испытательный стенд серии YST500W китайской компании High Land Hydraulic Pump4.

По способу создания и измерения крутящего момента на валу испытуемого гидромотора известные модели можно классифицировать на стенды, реализующие статический и динамический методы. Статический метод заключается в определении крутящего момента при невращающемся валу испытуемого гидромотора, а динамический предусматривает вращение вала гидромотора с переменной нагрузкой [6]. В качестве нагружающего устройства при реализации статического метода измерения крутящего момента используется специализированная приставка, жестко фиксирующая вал испытуемого гидромотора и регистрирующая деформацию упругого элемента, расположенного в цепи передачи крутящего момента. При реализации динамического метода используются фрикционные, инерционные, пневматические и электрические нагружающие устройства, позволяющие создавать переменную нагрузку на валу испытуемого гидромотора.

Ярким примером реализации статического метода стал стенд КИ-28097-03М. Достоинствами стенда являются: простота конструктивного исполнения, низкая стоимость комплектующих и узлов стенда5. Однако в работе [7] отмечены недостатки данного стенда. Среди них автор выделяет малую мощность приводного электродвигателя (45 кВт), ограниченный диапазон частоты вращения приводного вала гидронасоса (до 1470 об/мин) и рабочего давления в гидросистеме стенда (до 35 МПа), невозможность определения основных технических характеристик, рекомендованных предприятиями-изготовителями объемных гидроприводов: подача гидронасоса, расход гидромотора, частота вращения гидромотора, КПД объемного гидропривода, развиваемого крутящего момента.

Среди стендов, использующих фрикционное нагружающее устройство на территории Российской Федерации, наибольшее распространение получил стенд СГН/110м-БИМ. В качестве достоинств стенда в одной из исследовательских работ6 отмечается простота конструктивного исполнения, бесступенчатое нагружение испытуемого гидромотора (в диапазоне от 0 до 600 Н∙м). Однако авторами другой статьи [8] в качестве недостатков стенда отмечаются: быстрый износ тормозных фрикционов; неустойчивость создания нагружения в процессе испытаний и, как следствие, снижение точности определения крутящего момента; большая стоимость как самого стенда, так и нагружающего устройства.

На базе ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет путей сообщения» Н. А. Масловым был разработан экспериментальный стенд с инерционным нагружающим устройством [9]. Данный прибор выполнен в виде маховика (маховой массы), соединенного с валом испытуемого гидромотора. Крутящий момент на валу гидромотора определяется по продолжительности разгона маховой массы до номинальной скорости, величина момента равна произведению момента инерции маховой массы на ее угловое ускорение. В работе [8] в качестве достоинств стенда отмечаются простота конструктивного исполнения, низкая стоимость комплектующих и материалов, а в качестве недостатков – ограниченная номенклатура испытуемых гидроагрегатов и необходимость наличия маховиков с различными моментами инерции, что позволяет проводить диагностирование гидроагрегатов только по косвенным показателям.

Компания AIDCO Test Systems (США) серийно выпускает промышленный стенд Hydraulic Test Center Model 850, используемый для оценки технического состояния объемного гидропривода, реализующий электрический метод нагружения испытуемого гидромотора. Этот метод нагружения заключается в измерении емкости или разницы фаз между двумя магнитными кодировочными устройствами, установленными тангенциально на оси вала испытуемого гидроагрегата, что обеспечивает рассеивание кинетической энергии в виде тепла за счет генерации возникающих в процессе испытаний вихревых токов (токов Фуко). Анализ данных, приведенных в источниках7 [10; 11], позволяет выделить главное достоинство стенда – это электрическое нагружающее устройство, которое позволяет бесступенчато создавать нагрузку на валу испытуемого гидромотора в диапазонах от 0 до 712 Н∙м (это позволяет проводить испытания широкой номенклатуры гидроагрегатов). Однако в одной из работ Н. А. Маслова в качестве недостатков стенда с электрическим нагружающим устройством отмечаются наличие в конструкции стенда сложных и дорогостоящих узлов, большие энергетические затраты при проведении испытаний, что затрудняет их использование в условиях ремонтных предприятий и сервисных центров [12].

Китайская компания High Land Hydraulic Pump для проверки объемных гидроприводов предлагает комбинированный испытательный стенд YST500W. В стенде реализуется гидравлический метод нагружения, позволяющий создавать нагрузку на валу испытуемого гидромотора8. Нагружение осуществляется за счет дросселирования рабочей жидкости в линии нагнетания нагружающего гидромотора. Анализ работы Хайганг Динга позволил выделить следующие достоинства стенда: бесступенчатое нагружение испытуемого гидромотора в диапазонах 0…10000 Н∙м; простота конструктивного исполнения; большой срок эксплуатации нагружающего гидромотора [13]. В то же время из недостатков следует отметить следующее: стенд позволяет проводить испытания только низкоскоростных гидромоторов с частотой вращения не более 1000 об/мин; не учитывается КПД нагружающего устройства и всего объемного гидропривода в целом; оценка крутящего момента производится по косвенному параметру; большая стоимость оборудования и запасных частей.

Таким образом, проведенный анализ научно-технической литературы и патентных исследований, выпускаемых и используемых в настоящее время стендов, показал, что наиболее полную оценку технического состояния объемных гидроприводов с определением всех технических характеристик гидроагрегатов дают специализированные стенды зарубежного производства, представленные отечественные стенды не позволяют достоверно оценивать техническое состояние гидроагрегатов. Это обусловлено, прежде всего, ограниченным диапазоном технических характеристик (частоты вращения, регистрируемого значения давлений и так далее) и не способностью реализовать методику динамических испытаний предприятий-изготовителей.

Большинство отечественных организаций, занимавшихся проектированием и изготовлением новых стендов или модернизацией уже созданных, приостановило свою деятельность, а те модели, которые создаются, зачастую не соответствуют возросшим техническим требованиям. В то же время зарубежные стенды ввиду высокой стоимости в основном используются в промышленном производстве. Их внедрение в ремонтное производство экономически нецелесообразно. Поэтому на кафедре технического сервиса машин Института механики и энергетики ФГБОУ ВО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва» была поставлена задача по разработке стенда для оценки технического состояния объемных гидроприводов отечественного и зарубежного производства с гидравлическим нагружающим устройством, способного реализовать методику динамических испытаний объемного гидропривода в условиях ремонтных предприятий и сервисных центров.

Материалы и методы

В процессе разработки стенда использованы положения теоретической механики, теории гидрогазодинамики, основные принципы создания механизмов и машин. Для оценки технического состояния гидромотора и всего объемного гидропривода в целом на кафедре технического сервиса машин был использован метод гидравлического нагружения, описанный в одной из научных работ [8]. Метод основан на применении в качестве нагружающего устройства гидромашины. На рисунке 1 представлена схема реализации гидравлического метода нагружения, в которой в качестве нагружающего устройства, обеспечивающего необходимый крутящий (тормозной) момент на валу испытуемого гидромотора, используется реверсивный гидронасос.

 

 
 
Рис. 1. Схема соединения испытуемого гидромотора и нагружающего реверсивного гидронасоса:
М1, М2 – фактические крутящие моменты испытуемого гидромотора и реверсивного гидронасоса;
n1, n2 – частоты вращения валов испытуемого гидромотора и реверсивного гидронасоса;
Q1, Q2 – подача (расход) рабочей жидкости на входе и выходе испытуемого гидромотора;
Q3 – подача рабочей жидкости на выходе реверсивного гидронасоса;
Р1, Р2 – давление рабочей жидкости на входе и выходе испытуемого гидромотора;
Р3, Р4 – давление рабочей жидкости на входе и выходе реверсивного гидронасоса

Fig. 1. Connection diagram of the tested hydraulic motor and the loading reversible hydraulic pump:
M1, M2 – actual torques of the tested hydraulic motor and the reversible hydraulic pump;
n1, n2 – frequencies of shaft speeds of the tested hydraulic motor and the reversible hydraulic pump;
Q1, Q2 – supply (flow) of the working fluid at the inlet and outlet of the tested hydraulic motor;
Q3 – supply of working fluid at the outlet of the reversing hydraulic pump;
P1, P2 – pressure of the working fluid at the inlet and outlet of the tested hydraulic motor;
P3, P4 – pressure of the working fluid at the inlet and outlet of the reversing hydraulic pump
 
 

Согласно схеме испытания с использованием предлагаемого гидравлического метода нагружения (рис. 1) валы испытуемого гидромотора и нагружающего реверсивного гидронасоса соединены между собой жесткой муфтой. Поэтому частоты их вращения равны n1 = n2, также равны развиваемый и приводной моменты испытуемого гидромотора и реверсивного гидронасоса, то есть М1 = М2.

Расчет развиваемого крутящего момента испытуемого гидромотора осуществляется путем пересчета на приводной (потребляемый) крутящий момент нагружающего реверсивного гидронасоса. Тогда фактический крутящий момент М1, Н∙м, развиваемый испытуемым гидромотором с учетом параметров гидравлического нагружающего устройства, определяется исходя из следующего выражения [18]:

  M 1 = M 2 = Q 3 500Δ p π n 2 η 2 o η 2 q ,         (1)

где Q3 – подача реверсивного гидронасоса, л/мин; Δр = (Р4Р3) перепад давлений в гидролиниях реверсивного гидронасоса, МПа; n2 – частота вращения вала реверсивного гидронасоса, об/мин; η 2 o  и η 2 q  – объемный и гидромеханический КПД реверсивного гидронасоса (соответствуют значениям нового гидронасоса).

Полученное значение крутящего момента испытуемого гидромотора М1, Н∙м, позволит определить его гидромеханический КПД по формуле:

  η 1 q = M 1 M 1 T ,                      (2)

где M 1 T  – теоретическое значение крутящего момента испытуемого гидромотора. Тогда общий КПД испытуемого гидромотора определяется по формуле:

η ì = η 1 o η 1 q ,                   (3)

где   η 1 o = Q 2 / Q 1 – объемный КПД гидромотора; Q1, Q2 – подача (расход) рабочей жидкости на входе и выходе испытуемого гидромотора при номинальном значении давления Р1.

Зная значения полного КПД испытуемого гидронасоса, можно дать оценку техническому состоянию всего гидропривода в целом. Описанная методика была положена в основу разрабатываемого стенда.

Результаты исследования

Для решения поставленной задачи авторским коллективом была предложена новая принципиальная схема стенда с гидравлическим нагружающим устройством, способным оценить техническое состояние объемного гидропривода по методике динамических испытаний предприятий-изготовителей в условиях ремонтных предприятий и сервисных центров (рис. 2).

 

 
 
Рис. 2. Принципиальная схема стенда с гидравлическим нагружающим устройством: 1 – частотный преобразователь;
2 – электродвигатель; 3, 27 – муфты; 4, 17 – испытуемые гидронасос и гидромотор; 5 – насос подпитки;
6 – сервораспределитель; 7, 33 – линии всасывания; 8, 35 – вентили; 9, 42 – фильтры; 10 – вакуумметр; 11, 36 – гидробаки;
12, 37 – указатели уровня рабочей жидкости; 13, 38 – электронные термометры; 14, 39 – водяные охладители;
15, 16 – линии управления и дренажа; 18, 34 – линии слива; 19, 32 – обратные клапаны;
20, 40, 46 – предохранительные клапаны; 21, 22, 41 – реверсивные дроссели-расходомеры;
23, 24, 30, 31 – линии нагнетания; 25, 26 – манометры давления;
28 – гидравлическое нагружающее устройство; 29 – реверсивный нагружающий гидронасос;
43 – электропровода; 44 – плата сбора данных; 45 – персональный компьютер

Fig. 2. Schematic diagram of the stand with a hydraulic loading device: 1 – frequency converter; 2 – electric motor; 3, 27 – couplings;
4, 17 – tested hydraulic pump and hydraulic motor; 5 – feed pump;6 – servo distributor; 7, 33 – suction lines; 8, 35 – valves;
9, 42 – filters; 10 – vacuum gauge; 11, 36 – hydraulic tanks; 12, 37 – indicators of the working fluid level; 13, 38 – electronic thermometers; 14, 39 – the water coolers; 15, 16 – control and drainage lines; 18, 34 – drain lines; 19, 32 – check valves;
20, 40, 46 – safety valves;  21, 22, 41 – reversible flow chokes; 23, 24, 30, 31 – the discharge lines; 25, 26 – pressure gauges;
28 – hydraulic loading device;  29 – reverse loading hydraulic pump; 43 – electric wires; 44 – data collection board; 45 – personal computer
 
 

Стенд содержит частотный преобразователь 1, соединенный с электродвигателем 2, приводной вал, который муфтой 3 соединен с валом испытуемого гидронасоса 4 насосом подпитки 5 и сервораспределителем 6, линию всасывания 7 с вентилем 8, фильтром 9 со встроенным вакуумметром 10. Линия всасывания 7 соединяет гидробак 11 с входом насоса подпитки 5. Гидробак 11 оснащен указателем уровня рабочей жидкости 12, электронным термометром 13 и водяным охладителем 14. Линия управления 15 соединяет выход насоса подпитки 5 с сервораспределителем 6. Линия дренажа 16 связывает дренажные полости испытуемых гидронасоса 4 и гидромотора 17. Сливная линия 18 соединяет сливную полость гидронасоса 4 с гидробаком 11. Обратные 19, предохранительные 20 клапаны и реверсивные дроссели-расходомеры 21 и 22 установлены в линиях нагнетания 23 и 24. Линии нагнетания 23 и 24 соединяют гидронасос 4 с гидромотором 17. Манометры давления 25, 26 установлены в линиях управления 15 и дренажа 16. Выходной вал испытуемого гидромотора 17 соединен муфтой 27 с валом гидравлического нагружающего устройства 28, который обеспечивает заданный тормозной момент.

Гидравлическое нагружающее устройство 28, используемое в составе стенда, включает в себя нагружающий реверсивный гидронасос 29, приводной вал, который муфтой 27 соединен с валом испытуемого гидромотора 17. Линии нагнетания 30 и 31 через систему обратных клапанов 32 соединены с линией всасывания 33 и линией слива 34. Линия всасывания 33 с вентилем 35 соединяет реверсивный насос-мотор 29 с гидробаком 36, в котором установлены указатель уровня рабочей жидкости 37, электронный термометр 38 и водяной охладитель 39. Линия слива 34 соединяет реверсивный насос-мотор 29 через предохранительный клапан 40, реверсивный дроссель-расходомер 41 и фильтр 42 с гидробаком 36.

Реверсивные дроссель-расходомеры 21, 22 и 41 через специальные порты и электрические линии 43 соединены с платой сбора данных 44, подключенной к персональному компьютеру 45.

Для практической реализации предложенной принципиальной схемы разработана структурно-функциональная схема (рис. 3), включающая наименования и марки промышленного оборудования отдельных систем стенда.

 

 
Рис. 3. Структурно-функциональная схема стенда
 
 
 
Fig. 3. Structural and functional diagram of the stand
 
 

Стенд состоит из двух блоков: обработки и измерения данных. В основе блока обработки данных лежит многофункциональная плата сбора данных National Instrument USB-68, соединенная с персональным компьютером под управлением операционной системы MS Windows 7 x86 (32-bit).

В блоке измерения данных использовалось следующее оборудование: трехфазный асинхронный электродвигатель 4АМН225М4У3 (75 кВт), частотный преобразователь DELTA VFD-B (75 кВт/380 В), реверсивные дроссели-расходомеры CT-300R-SR-B-B-6 (Webtec), испытуемый гидропривод, реверсивный гидронасос 310.3.112, индуктивные датчики контроля частоты вращения вала гидронасоса, гидромотора и нагружающего устройства ISB A2A-31P-4-LZ, аналоговые датчики давления и температуры SR-PTT-400-05-0C (Webtec), портативное считывающее устройство HPM-540-05-0C с комплектом аналоговых кабелей SR-CBL-003-55-MM (Webtec). Рама стенда с гидравлическим нагружающим устройством и соединительные муфты были изготовлены индивидуально.

На рисунке 4 представлено гидравлическое нагружающее устройство, состоящее из нагружающего аксиально-поршневого нерегулируемого гидронасоса 310.3.112, дросселя ГТ-600М с преобразователем давления БД ПД-Р, преобразователя расхода жидкости турбинного типа ДРЖ-400, обратных клапанов VD7-W1/30, соединенных в единую гидросистему замкнутого типа согласно принципиальной схеме стенда (рис. 2).

 

 
 
Рис. 4. Гидравлическое нагружающее устройство: 1 – бак;
2 – дроссель ГТ-600М с преобразователем давления БД ПД-Р (0…60 МПа); 3 – фильтр напорный 4ФГМ32;
4 – преобразователь расхода жидкости турбинного типа ДРЖ-400 (0…500 л/мин); 5 – манометр;
6 – обратные клапаны VD7-W1/30 (трубного монтажа);
7 – нагружающий аксиально-поршневой нерегулируемый гидронасос 310.3.112;
8 – датчик температуры SR-TTP-400-05-0C (–25…+125 °С), Webtec (Англия)

Fig. 4. Hydraulic loading device: 1 – tank;
2 – GT-600M throttle with a pressure transducer BD PD-R (0 ... 60 MPa); 3 – 4FGM32 pressure filter;
4 – DRZh-400 turbine type liquid flow converter (0 ... 500 l/min); 5 – pressure gauge;
6 – VD7-W1 check valves / 30 (pipe mounting); 7 – 310.3.112 loading axial piston unregulated hydraulic pump;
8 – SR-TTP-400-05-0C temperature sensor (–25 ... + 125 ° С), Webtec (England)
 
 

Стенд работает следующим образом. Испытуемый объемный гидропривод монтируют на стенд. Пультом управления частотного преобразователя задают необходимое направление и частоту вращения приводного вала электродвигателя, который соединен с валом испытуемого гидронасоса. Рычаг управления сервораспределителя перемещают поочередно в крайние положения, при этом испытуемый гидронасос изменяет направление и объем подаваемой рабочей жидкости в линиях нагнетания, идущих к испытуемому гидромотору, вследствие чего выходной вал последнего совершает вращение (в одном из направлений) совместно с приводным валом реверсивного (нагружающего) гидронасоса, так как их валы жестко соединены между собой. Частота вращения испытуемого гидромотора варьируется путем изменения подачи рабочей жидкости (объема) испытуемого гидронасоса и определяется при помощи индуктивного датчика. При достижении рабочей жидкости своей рабочей температуры (t = 50 ± 5 °C) в линиях нагнетания объемного гидропривода создают номинальное давление, установленное предприятием-изготовителем. Давление в линиях нагнетания создается гидравлическим нагружающим устройством. Торможение осуществляется в динамическом режиме, то есть вал испытуемого гидромотора вращается под заданной нагрузкой тормозного момента, созданного реверсивным (нагружающим) гидронасосом. Нагрузка (тормозной момент) задается путем изменения проходного сечения (повышения давления) при помощи реверсивного дроссель-расходомера. При изменении направления вращения вала испытуемого гидромотора направление потока рабочей жидкости в гидросистеме гидравлического нагружающего устройства изменяется автоматически за счет попарного «открытия» и «закрытия» обратных клапанов. Принцип работы реверсивного гидронасоса в обоих направлениях вращения идентичен.

В процессе испытания реверсивные дроссели-расходомеры определяют подачу испытуемого гидронасоса и реверсивного гидронасоса, расход гидромотора, давление в линиях нагнетания объемного гидропривода и давление в линиях нагнетания гидравлического нагружающего устройства, а также температуру рабочей жидкости. Плата сбора данных обрабатывает информацию и передает на персональный компьютер основные технические характеристики испытуемого объемного гидропривода в заданный момент времени. Крутящий момент на валу испытуемого гидромотора определяется расчетным путем по формуле (1).

Разработанный стенд с гидравлическим нагружающим устройством позволяет расширить возможности оценки технического состояния объемных гидроприводов за счет увеличения диапазонов измеряемых (контролируемых) технических характеристик: частота вращения приводного вала от 0 до 4000 об/мин, рабочее давление в линии нагнетания от 0 до 48 МПа, подача и расход в линии нагнетания от 15 до 600 л/мин, крутящий момент на валу испытуемого гидромотора от 0 до 1000 Н∙м. Стенд позволяет оценить техническое состояние наиболее распространенных объемных гидроприводов, используемых в агропромышленном комплексе, таких как: ГСТ-90, ГСТ-112 (ОАО «Пневмостроймашина» и ОАО «Гидросила»); 90R100 и 90M100 (Sauer-Danfoss); 6423-618 и 6433-113 (Eaton); BMV 70R и BMF75 (Linde); HPV105 и HMF105 (Linde); AA4VG90 и A2FM90 (Bosch Rexroth) [25].

Обсуждение и заключение

Разработанная конструкция стенда с гидравлическим нагружающим устройством позволяет в условиях ремонтных предприятий и сервисных центров реализовывать методику динамических испытаний предприятий-изготовителей и с высокой точностью определять основные технические характеристики объемного гидропривода отечественного и зарубежного производства.

По целому ряду технических характеристик стенд, созданный на кафедре технического сервиса машин ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва», превосходит существующие отечественные и зарубежные аналоги при более низкой стоимости. Гидравлическое нагружающее устройство создает, поддерживает и бесступенчато измеряет крутящий (тормозной) момент на валу испытуемого гидромотора до 1000 Н∙м. Оценочная стоимость стенда – 1790000 рублей, что составляет 11 % от стоимости зарубежного аналога и 51 % от стоимости отечественного образца. Дальнейшее развитие стенда видится в разработке специализированного программного обеспечения для обработки и анализа результатов испытаний в режиме реального времени.

 

 

1           Каталог гидравлического оборудования ОАО «Пневмостроймашина» [Электронный ресурс]. URL: https://www.psm-hydraulics.ru/gallery/docs/doc_150.pdf (дата обращения: 28.10.2019); Technical Information Series 90 Axial Piston Pumps [Электронный ресурс]. URL: https://hmc.com.br/pdf/sauer_bomba_S90.pdf (дата обращения: 28.10.2019); Axial Piston Fixed Motor A2FM Series 6. Bosch Rexroth Group [Электронный ресурс]. URL: http://i-hydro.ru/images/rexroth/motor_a2fm.pdf (дата обращения: 28.10.2019); Variable Pumps for Closed Circuit Operation Hpv-02 [Электронный ресурс]. URL: https://clck.ru/JguXu (дата обращения: 28.10.2019).

2           Производственное Объединение ООО «Стендовое оборудование» [Электронный ресурс]. URL: http://www.dta-stend.ru (дата обращения: 28.10.2019).

3           AIDCO Test Systems Model 850 Hydraulic Test Center [Электронный ресурс]. URL: https://powertestdyno.com/product/transmission-and-hydraulic-test-850-series/ (дата обращения: 28.10.2019).

4           High Land Hydraulic Pump [Электронный ресурс]. URL: https://hydraulicliu.en.china.cn/ (дата обращения: 28.10.2019).

5           Петрищев Н. А., Данков А. А., Ивлева И. Б. К вопросу оснащения сервисной службы дилеров предприятий сельхозмашиностроения // Проблемы развития технологий создания, сервисного обслуживания и использования технических средств в агропромышленном комплексе: материалы междунар. науч.-практ. конф. (Воронеж, 15–16 ноября 2017 г.) / Под общ. ред. Н. И. Бухтоярова, В. И. Оробинского. Воронеж: Воронежский государственный аграрный университет им. Императора Петра I, 2017. С. 41–47.

6           Земсков А. М., Ионов П. А., Столяров А. В. Методики и средства оценки технического состояния объемных гидроприводов // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы: межвузовский сборник научных трудов. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2016. С. 349–356.

7           AIDCO Test Systems Model 850 Hydraulic Test Center.

8           Ярстройрезерв [Электронный ресурс]. URL: http://www.yarsr.ru/services/gidravlicheskiy-stend/ (дата обращения: 28.10.2019).

 

×

Об авторах

Павел Александрович Ионов

ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

Email: resurs-ime@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9794-0071
ResearcherId: S-7146-2018

профессор, кандидат технических наук

Россия, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68

Петр Васильевич Сенин

ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

Email: senin53@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3400-7780
ResearcherId: H-1219-2016
https://mrsu.ru/ru/university/rectorat/

заведующий кафедрой технического сервиса машин, Институт механики и энергетики, доктор технических наук, профессор

Россия, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68

Сергей Владимирович Пьянзов

ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

Email: serega.pyanzov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5845-1635
ResearcherId: B-1548-2019

аспирант кафедры технического сервиса машин

Россия, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68

Алексей Владимирович Столяров

ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

Автор, ответственный за переписку.
Email: cabto@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5898-0150
ResearcherId: G-8460-2016

доцент кафедры технического сервиса машин, кандидат технических наук

Россия, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68

Александр Михайлович Земсков

ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

Email: ZAM503@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1489-6077
ResearcherId: S-7748-2018

старший преподаватель кафедры технического сервиса машин, кандидат технических наук

Россия, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68

Список литературы

  1. Mandal S. K., Singh A. K., Verma Y., Dasgupta K. Performance Investigation of Hydrostatic Transmission System as a Function of Pump Speed and Load Torque // Journal of The Institution of Engineers (India): Series C. 2012. Vol. 93, Issue 2. Pp. 187–193. DOI: https://doi.org/10.1007/s40032-012-0022-4
  2. Akkaya A. V. Effect of Bulk Modulus on Performance of a Hydrostatic Transmission Control System // Sadhana. 2006. Vol. 31, Issue 5. Pp. 543–556. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02715913
  3. Michelson Sh., Mueller M., Schurman B. Hydraulic Test Bench Circuit Construction, Testing and Analysis // The Journal of Undergraduate Research. 2012. Vol. 10, Issue 9. Pp. 116–127. URL: https://openprairie.sdstate.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1037&context=jur (дата обращения: 28.10.2019).
  4. Стенд для испытания регулируемых аксиально-поршневых гидронасосов и гидромоторов:пат. 2381385 Рос. Федерация. № 2008137350/06; заявл. 19.09.2008; опубл. 10.02.2010. Бюл. № 4.URL: https://patents.s3.yandex.net/RU2381385C1_20100210.pdf (дата обращения: 28.10.2019).
  5. Стенд для испытания гидромоторов: пат. 47057 Рос. Федерация. № 2005108014/22; заявл.21.03.2005; опубл. 10.08.2005. Бюл. № 22. URL: https://patents.s3.yandex.net/RU47057U1_20050810.pdf (дата обращения: 28.10.2019).
  6. Колчин А. В., Каргиев Б. Ш. Динамические методы диагностирования гидротрансмиссии сельскохозяйственных комбайнов // Труды ГОСНИТИ. 2006. Т. 98. C. 67–71. URL: http://www.cnshb.ru/jour/j_as.asp?id=87482 (дата обращения: 28.10.2019).
  7. Гринчар Н. Г., Кузьмин Д. В. Определение потребности средств диагностики для парков строительных машин // Механизация строительства. 2009. № 6. С. 16–19. URL: https://www.rucont.ru/efd/541369 (дата обращения: 28.10.2019).
  8. Пьянзов С. В., Ионов П. А., Величко С. А., Земсков А. М. Устройство для оценки технического состояния объемного гидропривода // Пермский аграрный вестник. 2018. № 2 (22).С. 15–22. URL: http://agrovest.psaa.ru/wp-content/uploads/2018/06/2-2018-15-22.pdf (дата обращения:28.10.2019).
  9. Маслов Н. А. Обоснование принципиальной схемы стенда для испытаний объемных гидромашин // Главный механик. 2013. № 6. С. 56–60.
  10. Elshorbagy K. A., Kandil H., Latif M. R. Development of a Multi-Functional Hydraulic Test Stand // Journal of Scientific and Engineering Research. 2018. Vol. 5, Issue 1. Pp. 123–132. URL: http://jsaer.com/download/vol-5-iss-1-2018/JSAER2018-05-01-123-132.pdf (дата обращения: 28.10.2019).
  11. Tkáč Z., Drabant Š., Majdan R., Cvíčela P. Testing Stands for Laboratory Tests of Hydrostatic Pumps of Agricultural Machinery // Research in Agricultural Engineering. 2008. Vol. 54, no. 4. Pp. 183–191.DOI: https://doi.org/10.17221/704-RAE
  12. Маслов Н. А. Обоснование принципиальной схемы стенда для испытаний объемных гидромашин // Вестник машиностроения. 2014. № 6. С. 3–10. URL: https://www.mashin.ru/files/2014/ve0614_web.pdf (дата обращения: 28.10.2019).
  13. Ding H., Zhao J. Performance Analysis of Variable Speed Hydraulic Systems with Large Power in Valve-Pump Parallel Variable Structure Control // Journal of Vibroengineering. 2014. Vol. 16, Issue 2.Pp. 1042–1062. URL: https://jvejournals.com/article/14974 (дата обращения: 28.10.2019).
  14. Ионов П. А., Пьянзов С. В., Земсков А. М. Обоснование технических параметров стендового оборудования для оценки технического состояния объемного гидропривода // Труды ГОСНИТИ. 2017. Т. 128. С. 97–105. URL: http://vimtsm.ru/wp-content/uploads/2019/03/128_2017.pdf (дата обращения: 28.10.2019).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Схема соединения испытуемого гидромотора и нагружающего реверсивного гидронасоса: М1, М2 – фактические крутящие моменты испытуемого гидромотора и реверсивного гидронасоса; n1, n2 – частоты вращения валов испытуемого гидромотора и реверсивного гидронасоса; Q1, Q2 – подача (расход) рабочей жидкости на входе и выходе испытуемого гидромотора; Q3 – подача рабочей жидкости на выходе реверсивного гидронасоса; Р1, Р2 – давление рабочей жидкости на входе и выходе испытуемого гидромотора; Р3, Р4 – давление рабочей жидкости на входе и выходе реверсивного гидронасоса

Скачать (67KB)
3. Рис. 2. Принципиальная схема стенда с гидравлическим нагружающим устройством: 1 – частотный преобразователь; 2 – электродвигатель; 3, 27 – муфты; 4, 17 – испытуемые гидронасос и гидромотор; 5 – насос подпитки; 6 – сервораспределитель; 7, 33 – линии всасывания; 8, 35 – вентили; 9, 42 – фильтры; 10 – вакуумметр; 11, 36 – гидробаки; 12, 37 – указатели уровня рабочей жидкости; 13, 38 – электронные термометры; 14, 39 – водяные охладители; 15, 16 – линии управления и дренажа; 18, 34 – линии слива; 19, 32 – обратные клапаны; 20, 40, 46 – предохранительные клапаны; 21, 22, 41 – реверсивные дроссели-расходомеры; 23, 24, 30, 31 – линии нагнетания; 25, 26 – манометры давления; 28 – гидравлическое нагружающее устройство; 29 – реверсивный нагружающий гидронасос; 43 – электропровода; 44 – плата сбора данных; 45 – персональный компьютер

Скачать (83KB)
4. Рис. 3. Структурно-функциональная схема стенда

Скачать (178KB)
5. Fig. 3. Structural and functional diagram of the stand

Скачать (163KB)
6. Рис. 4. Гидравлическое нагружающее устройство: 1 – бак; 2 – дроссель ГТ-600М с преобразователем давления БД ПД-Р (0…60 МПа); 3 – фильтр напорный 4ФГМ32; 4 – преобразователь расхода жидкости турбинного типа ДРЖ-400 (0…500 л/мин); 5 – манометр; 6 – обратные клапаны VD7-W1/30 (трубного монтажа); 7 – нагружающий аксиально-поршневой нерегулируемый гидронасос 310.3.112; 8 – датчик температуры SR-TTP-400-05-0C (–25…+125 °С), Webtec (Англия)

Скачать (135KB)

© Ионов П.А., Сенин П.В., Пьянзов С.В., Столяров А.В., Земсков А.М., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Журнал «Инженерные технологии и системы» основан в 1990 году
Реестровая запись ПИ № ФС 77-74640 от 24 декабря 2018 г.

 

Будьте в курсе новостей.
Подпишитесь на наш Telegram-канал.
https://t.me/eng_techn

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».