Разработка средств контроля и повышения надежности гидросистем дорожных и строительных машин
На правах рукописи
Обоянцев Олег Юриевич
РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ И ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ГИДРОСИСТЕМ ДОРОЖНЫХ И СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН
05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Томск 2004
Работа выполнена в «Томском государственном архитектурно-строительном университете».
Научный руководитель - доктор техн. наук, профессор
Удлер Эдуард Исаакович
Официальные оппоненты: - доктор техн. наук, профессор
Абраменков Эдуард Александрович
- кандидат техн. наук, доцент
Минин Виталий Васильевич
Ведущая организация - ОАО «Томскэкскавация» (г. Томск)
Защита диссертации состоится 24 декабря 2004 г. в 10.00 на заседании диссертаци- оного совета К.212.265.01 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 634003, Томск, пл. Соляная 2, корп. 4, конференц-зал.
С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Томского государст- венного архитектурно-строительного университета.
Автореферат разослан « » ноября 2004 г.
Ученный секретарь
диссертационного совета Кравченко С.М.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ
Актуальность темы. Современные технологии промышленного, жилищного и дорожного строительства характеризуются широким использованием различных видов дорожных и строительных машин. Их работа в процессе эксплуатации оказывает существенное влияние на темпы и качество строительства. Одним из резервов повышения надежности машин является совершенствования технологий их технического обслуживания.
Особенностью конструкции современных дорожных и строительных машин является широкое применение в них гидравлического привода. Изучение отказов машин показывает, что одной из основных причин отказов гидравлических систем является повышенная загрязненность применяемых рабочих жидкостей. Накопление загрязнений в них происходит на всех этапах транспортирования, хранения, заправки и применения. Причем наиболее интенсивное загрязнение рабочих жидкостей происходит при эксплуатации машин. Средства очистки рабочих жидкостей, установленные в гидравлических системах машин не обеспечивают требуемой чистоты, а современные технологии технического обслуживания не предусматривают контроль чистоты и дополнительную очистку рабочих жидкостей при их проведении.
В связи с этим исследование и разработка средств оперативного контроля чистоты рабочих жидкостей и их дополнительной очистки при техническом обслуживании машин являются актуальными.
Цель исследования. Разработка средств контроля и повышения чистоты рабочих жидкостей гидросистем дорожных и строительных машин с целью повышения их эксплуатационной надежности.
Объект исследования. Гидравлические системы дорожных и строительных машин.
Предмет исследования. Средства оперативного контроля и повышение чистоты рабочих жидкостей при техническом обслуживании гидросистем машин.
Научная новизна. На основе аналитического исследования процессов накопления эксплуатационных загрязнений в гидравлических баках машин обоснована целесообразность введения в систему технического обслуживания гидросистем периодического контроля чистоты и дополнительной тонкой очистки рабочих жидкостей.
Обоснованы принципы экспресс – контроля массовой концентрации загрязнений с помощью автоматических счетчиков штучной концентрации частиц, а также содержания воды в масле по электропроводности водопоглащающих материалов. Установлены соответствующие корреляционные связи.
Предложены методы расчета и оптимизации мобильных очистительных установок предназначенных для периодической глубокой очистки рабочих жидкостей путем двухступенчатой глубинной и гидродинамической фильтрации.
Практическая ценность. Разработанный метод оперативного контроля чистоты рабочих жидкостей по содержанию механических примесей с помощью анализатора ФС-112, а также прибор для оценки содержания воды в масле применимы для периодического контроля загрязненности в целях предотвращения отказов гидросистем. Разработанная очистительная мобильная установка применима для дополнительной тонкой очистки масла при техническом обслуживании гидросистем и предназначена для снижения общего уровня загрязненности масел гидросистем в процессе эксплуатации машин.
Реализация результатов исследований. Методы и приборы определения загрязненности, обводненности рабочих жидкостей, а также установки для очистки рабочих жидкостей при техническом обслуживании машин внедрены в ОАО «Томскэкавация» и ОАО «Томсктрансстрой». Результаты исследований используются при чтении курса «Техническая эксплуатация дорожных и строительных машин» для студентов обучающихся по специальности 05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины» в ТГАСУ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на:
- областной научно – практической конференции молодежи и студентов «Современные техника и технологии» (Томск, ТПУ 1995 г.);
- ежегодной научно – технической конференции профессорско-преподава-тельского состава, научных работников, аспирантов и студентов ТГАСА, «Повышение надежности и экологической безопасности автотранспортных и строительно-дорожных машин» (Томск, 1996 г.);
- региональной научно–технической конференции КГТУ «Транспортные средства Сибири» (Красноярск,1997 г.).
- международной научно – технической конференции «Архитектура и строительство» (Томск, 2002 г.);
- Всероссийской научно – технической конференции с международным участием ИПЦ КГТУ«Транспортные системы Сибири»(Красноярск,2004 г.).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в девяти печатных трудах, в том числе получен один патент на изобретение.
Обьем работы. Диссертация изложена на 142 страницах и включает введение, пять глав, общие выводы, список литературы из 101 наименования и приложений.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение. Обоснована актуальность выбранного направления исследований, излагаются положения, выносимые на защиту.
Состояние вопроса. Цель и задачи исследования. Практика эксплуатации строительных и дорожных машин показывает, что одним из перспективных направлений повышения их надежности является обеспечение чистоты применяемых нефтепродуктов. Этой проблеме посвящены работы В.И. Барышева, М.А. Григорьева, Н.И. Пономарева, В.Е. Маева, Э.И. Удлера и других исследователей. Во всех работах отмечается высокая загрязненность топлив, масел и рабочих жидкостей.
Исследования отказов машин показывают, что до 15% из них приходится на гидропривод, при чем до 60% отказов прямо или косвенно связаны с загрязненностью рабочих жидкостей. Штатные средства очистки рабочих жидкостей, установленные в гидравлических системах машин, не обеспечивают требуемой чистоты жидкостей. При этом отсутствует контроль за чистотой рабочих жидкостей, используемых для долива и полной замены, а также в процессе эксплуатации машин. Технология технического обслуживания предусматривает только промывку (или замену) фильтрующих элементов установленных в гидросистеме, что является недостаточным для обеспечения высокого уровня чистоты рабочей жидкости. В связи с этим процессы технического обслуживания гидросистем целесообразно дополнить операцией более тонкой
дополнительной очистки рабочих жидкостей от загрязнений с применением мобильных очистительных установок.
Анализ существующих лабораторных методов и средств контроля чистоты нефтепродуктов показывает, что их использование в полевых условиях или условиях предприятий связано со значительными сложностями. Поэтому необходима разработка методов и средств оперативного контроля чистоты рабочих жидкостей на содержание механических примесей и воды.
Существующие мобильные средства очистки масел основаны преимущественно на центробежном эффекте или фильтрации. В производственных условиях предпочтительным является применение более простых и надежных установок, основанных на фильтрации жидкостей. Однако, существующие конструкции фильтров осуществляющих тонкую фильтрацию жидкости имеют малый ресурс. В связи с этим перспективным является создание установки для очистки рабочих жидкостей, имеющей две ступени очистки: фильтры грубой (ФГО) и тонкой очистки (ФТО). При этом, ФГО должны обладать повышенной надежностью, а ФТО повышенным ресурсом работы, за счет многократной регенерации.
Установлено, что одним из перспективных направлений исследований, отвечающим этим требованиям, является разработка конструкций ФГО с фильтрующим элементом объемного типа и гидродинамического фильтра в качестве ФТО.
На основании анализа полученной информации поставлены следующие задачи исследований:
- теоретически обосновать общие принципы разработки методов и средств оперативного экспресс–контроля массового содержания механических примесей и воды в рабочих жидкостях гидросистем;
- экспериментально изучить реальную загрязненность рабочих жидкостей гидросистем в условиях эксплуатации дорожных и строительных машин, и получить необходимые корреляционные зависимости между показателями загрязненности;
- экспериментально установить зависимость электропроводности водопогло-щающих пористых материалов от содержания воды в масле с целью разработки прибора для оценки обводненности;
- теоретически и экспериментально обосновать общие принципы создания мобильных очистительных установок на основе комбинированной системы очистки с использованием более эффективных современных фильтров-очистителей;
- провести необходимые эксплуатационные испытания с целью оценки эффективности и применимости разработанных средств повышения чистоты рабочих жидкостей гидросистем в системе технического обслуживания и безотказности машин.
Теоретические предпосылки разработки методов и средств обеспечения чистоты рабочих жидкостей гидросистем при техническом обслуживании машин.
Анализ загрязненности нефтепродуктов при эксплуатации машин показывает, что массовое содержание механических примесей в топливах, маслах и рабочих жидкостях в зависимости от условий эксплуатации машин, применяемых средств и методов предотвращения их попадания в жидкости, и ряда других факторов, может колебаться в широких пределах. Вместе с тем дисперсный состав загрязнений достаточно стабилен. Таким образом массовая концентрация загрязнений в основном определяется их счетной концентрацией в единице объема жидкости.
Аналитическая зависимость между счетной и массовой концентрацией частиц загрязнений в единице объема жидкости имеет вид:
(1)
где nr - счетная концентрация частиц механических загрязнений в 1 мл (см3) жидкости (шт/
или шт/
); r и ж - плотность материала частиц и жидкости соответственно; х – диаметр условно шарообразной частицы; f(x) – дифференциальная функция распределения частиц по размерам.
Дифференциальная функция распределения имеет вид:
, (2)
где 
- параметр, связанный со средним размером частиц dcр.
Тогда уравнение (1) с учетом (2) после интегрирования имеет вид:
, (3)
где 
.
Формула (3) теоретически предполагает существование линейной зависимости между массовой и счетной концентрацией загрязнений в жидкости.
Теоретической основой определения содержания воды в масле при использовании в качестве индикаторного элемента пористого водопоглощающего материала, обладающего диэлектрическими свойствами, является закон Ома, в соответствии с которым изменение величины тока обратно пропорционально сопротивлению в электрической цепи.
Обоснованием целесообразности периодической дополнительной очистки рабочих жидкостей в гидросистемах машин служит полученное решение дифференциального уравнения накопления в них загрязнений, которое выглядит так:
. (4)
Здесь: Gб =
– удельная масса загрязнений поступающая в бак гидросистемы емкостью Qб из всех источников загрязнений за цикл Тц эксплуатации жидкости плотностью 
при условно равномерной скорости поступления загрязнений аб, кг/с. В формуле (4) kд – коэффициент, учитывающий относительный объем доливаемой чистой жидкости; ф – коэффициент очистки рабочей жидкости.
Полученная зависимость позволяет анализировать непрерывный экспоненциальный рост загрязненности рабочей жидкости в гидробаках машин который можно прерывать периодической тонкой очисткой рабочих жидкостей.
Периодическая дополнительная очистка жидкостей может осуществляться при техническом обслуживании гидросистем машин с помощью мобильных фильтрационных установок (рис.1). В общем виде процесс очистки должен включать следующие операции:
- контроль содержания в рабочих жидкостях механических загрязнений и воды;
- обработку рабочей жидкости путем ее более тонкой очистки установкой и последующим сливом в промежуточную емкость;
- промывку бака гидросистемы;
- перекачивание очищенной жидкости из емкости в бак.
Рис.1. Схема технологии с применением мобильной установки для дополнительной очистки рабочих жидкостей
Расчеты по формуле (4) показывают, что существенный эффект повышения чистоты рабочих жидкостей может быть получен при ее очистке от частиц размером 4…5 мкм и выше. Однако фильтры, обеспечивающие требуемое качество очистки обладают малым ресурсом. Этот недостаток может быть устранен путем создания установки имеющей не менее двух степеней очистки, фильтра грубой (ФГО) и тонкой (ФТО) очистки. Это позволит повысить качество очистки в целом и увеличить ресурс ступени тонкой очистки.
Одним из перспективных средств очистки жидкостей являются фильтры объемного типа, выполненные на основе сжимаемых пористых материалов, например деформирующего пенополиуритана. Качество очистки жидкости в подобных конструкциях определяются в основном степенью обжатия фильтрующего материала, а ресурс его пористой структурой. Максимальный ресурс таких фильтрующих элементов достигается если относительное приращение элементарных объемов материала в направлении движения потока жидкости F = (Qr) соответствует такому распределению пористости F = (), которое адекватно распределению массы (или объему) частиц загрязнений по размерам F = (х), т.е.
F (Qr) = F () = F (х). (5)
На этом принципе, при участии автора, была разработана конструкция и способ изготовления фильтрующего элемента, выполненного на основе сжимаемого пористого материала – пенополиуритана. Фильтрующий элемент (рис.1.) состоит из перфорированного каркаса -1 на котором установлен набор фильтрующих дисков -2 имеющих в свободном состоянии сферическую форму, нижней -3 и верхней -4 крышек.
В процессе сборки сферические диски 2 устанавливаются на перфорированный каркас 1 и обжимаются крышками 3 и 4. Поровая структура фильтрующего материала в процессе сборки деформируется, обеспечивая постепенное уменьшение размера пор в направлении движения потока очищаемой жидкости. Это позволяет в процессе работы фильтрующего элемента обеспечить более полное заполнение всего объема фильтрующего материала и, как следствие, повысить ресурс работы фильтра.
Рис. 2. Фильтрующий элемент грубой очистки (ФГО)
Количество дисков К зависит от геометрических параметров и требуемой степени обжатия фильтрующего материала и может быть определено по формуле:
, (6)
где Н – высота фильтрующего элемента; rн и rв – радиус сферического диска и его внутреннего отверстия соответственно; n – максимальная степень обжатия фильтрующего материала.
Степень обжатия пористого материала в данной конструкции является переменной. Максимальная степень обжатия будет наблюдаться в областях, прилегающих к перфорированному каркасу. Ее величина определяется требуемой тонкостью очистки. Установлено, что при использовании в качестве пористого материала пенополиуритана марки ППУ-ЭО-130 зависимость между номинальной (95%-й) тонкостью очистки d0,95 и степенью его обжатия n удовлетворительно описывается эмпирической зависимостью вида:
. (7)
Предложенная конструкция фильтрующего элемента, (рис.2) является достаточно простой, технологичной и поэтому использована в качестве ступени грубой очистки в установке для очистки рабочих жидкостей. Способ изготовления фильтрующего элемента признан изобретением.
Другим перспективным направлением совершенствования фильтров для очистки рабочих жидкостей является создание условий фильтрации, препятствующих осаждению частиц и их проникновению в поровую структуру фильтрующего материала, например за счет вращения фильтрующего элемента (режим гидродинамического фильтрования).
Процесс очистки рабочей жидкости от загрязнений вращающимся фильтрующим элементом является вероятностным. Для его описания все частицы, поступающие к фильтрующему материалу, можно разделить на две группы. К первой относятся частицы, размер которых х меньше размера (диаметра) пор фильтра dП, т.е. х<dП или х/dП<1, ко второй группе относятся частицы, размер которых больше размера пор х>dП или х/dП>1. Рассмотрим силы, действующие на частицу при ее фильтрации в этом случае.
Рис. 3. Схема гидродинамического фильтрования.
Условно сферические частицы малых размеров (х<dП) при подходе к поверхности фильтрующего материала находятся в поле действия трех векторов скоростей:
Vф = 
- фильтрационной;
u = 
- тангенциальной;
Vц = 
- центробежной,
где 
– пористость фильтрующего материала;Vм – пропускная способность фильтра;
R – радиус фильтрующего элемента (R = D/2, где D – диаметр фильтрующего элемента);
Частицы загрязнений малых размеров (х < dП), попавшие в пору фильтрующего материала, могут пройти через нее, если частица под воздействием вектора результирующей скорости окажется (как минимум) в поровом пространстве на глубине,
соответствующей не менее dr/2. Условие продвижения частиц в глубину поры из подобия треугольников векторов скоростей и переменной частицы (без учета вектора Vц) определяется уравнением:
. (8)
Уравнение (8) позволяет получить формулу для расчета минимального размера частиц, задерживаемых фильтром:
. (9)
Уравнение (9) позволяет получить формулу расчета требуемой угловой скорости вращения фильтрующего элемента для получения требуемого качества очистки по минимальному размеру частиц х, жидкости с заданной тонкостью фильтрации:
= 
. (10)
На основе известных положений гидравлики получена зависимость, определяющая общее начальное гидравлическое сопротивление вращающегося фильтрующего элемента:
, (11)
где 
=
- гидравлическое сопротивление фильтрации тонкослойного пористого материала; 
=
- дополнительное сопротивление, обуслов- ленное вращением фильтра.
Здесь: Dвр, Н – диаметр и высота фильтрующего элемента; 
, dn – пористость и средний размер пор материала; 
- кинематическая вязкость жидкости.
При очистки загрязненной жидкости изменение гидравлического сопротивления фильтрующего материала по времени определяется законом полного закупоривания пор частицами загрязнения, размер которых больше или равен размерам пор.
Ресурсная характеристика гидродинамического фильтра описывается уравнением:
, (12)
где 
Здесь: Со – массовая концентрация загрязнений в очищаемой жидкости; хср средний размер частиц загрязнений, определяемый по кривым массового распределения частиц; 
эмпирический коэффициент; 
гидравлическое сопротивление после наработки ресурса 
.
Ресурс гидродинамического фильтра определяется по формуле:
. (13)
Формулы (9), (10), (11), (13) позволяют произвести выбор основных параметров гидродинамических фильтров с вращающимися фильтрующими элементами и могут быть использованы при их проектировании и оптимизации.
Методы экспериментальных исследований. Определение массового содержания загрязнений в рабочих жидкостях проводилось по ГОСТ 10577-78 «Нефтепродукты светлые. Методы определения механических примесей». Метод А. Дисперсный состав загрязнений изучался методом микроскопии. Счетная концентрация частиц загрязнений определялась с использованием автоматического анализатора жидкостей ФС-112/3. Проверка проб рабочих жидкостей на присутствие воды проводилось по ГОСТ 2477-89 «Нефть и нефтепродукты. Методы определения содержания воды».
Стендовые лабораторные испытания проводились с применением рабочих жидкостей МГ-30 (ГОСТ 20799-88). Исследования фильтрационных свойств (определение тонкости и полноты фильтрации) и испытания гидродинамического фильтра на условный ресурс проводились с использованием в качестве искусственного загрязнителя стандартной кварцевой пыли с удельной поверхностью 1050 м3/кг. Исследования гидравлических свойств и испытания на условный ресурс гидродинамических фильтров проводились на стенде для исследования фильтров, имеющим два автономных электродвигателя с бесступенчатым регулированием скорости вращения валов.
Гидравлическая характеристика определялась в виде зависимости P = f(V), а ресурсная характеристика в виде зависимости P = f().
Эксплуатационная проверка метода оценки загрязненности рабочих жидкостей механическими примесями проводились в производственных зонах предприятий. Пробы отбирались на объектах эксплуатации машин. Эксплуатационные испытания прибора для определения содержания воды и установки для очистки рабочих жидкостей проводились как в производственных зонах предприятий, так и в полевых условиях.
Результаты экспериментальных исследований. Исследования загрязненности рабочих жидкостей проводились путем отбора и анализа проб из гидробаков экскаваторов и бульдозеров, работающих на строительных объектах. Результаты исследований показывают, что массовая концентрация загрязнений в жидкостях может колебаться в пределах от 0,006% (масс) в зимний период до 0,018% (масс) в летний. Значительный разброс объясняется, как различными сроками эксплуатации рабочих жидкостей после ее смены, так и различием в условиях эксплуатации самих машин.
Статистическая обработка результатов исследований показала, что в интервале размеров частиц от 5 до 500 мкм между массовой и счетной концентрацией наблюдается корреляционная зависимость, которая удовлетворительно описывается уравнением:
, (14)
где Сз – массовая концентрация загрязнений в пробе жидкости; 
- суммарное количество частиц в 1 мл жидкости.
Полученная зависимость положена в основу разработки экспресс-метода оценки загрязненности рабочих жидкостей с помощью автоматических счетчиков частиц.
Лабораторные исследование водопоглощающих свойств поливинилформаля и изменение его электропроводности при наличии воды показывает, что между показателями существует линейная зависимость, которая удовлетворительно описывается уравнением:
, (15)
где Св – массовая концентрация воды в пробе жидкости; J – величина тока в электрической цепи.
Эти результаты положены в основу разработки метода и прибора для экспресс- контроля обводненности рабочих жидкостей.
Исследования возможности использования гидродинамических фильтров для очистки рабочих жидкостей от загрязнений проводились на полноразмерных конструкциях двух видов, отличающихся конструкцией корпусов.
Лабораторные испытания гидродинамических фильтров проводились на образцах (моделях) имеющих два конструктивных исполнения, показанных на рис. 4 и рис.5.
Испытаниям подвергались шесть образцов (моделей), отличающихся конструкцией и технологией производства фильтрующего материала (высокомолекулярного пористого пленочного полиэтилена).
В процессе испытаний гидродинамических фильтров изучались их гидравлические свойства, задерживающие свойства, а также оценивался их условный ресурс.
Рис. 4. Схема однокорпусного гидродинамического фильтра с вращающимся элементом:
1 – корпус; 2 – вал; 3 – каркас; 4 – фильтрующий материал; 5 и 6 – крышки; 7 – впускной канал; 8 - выпускной канал; 9 – сливная пробка
Рис. 5. Схема двухкорпусного гидродинамического фильтра с вращающимся элементом:
1 – первый корпус; 2 – вал; 3 – каркас; 4 – фильтрующий материал; 5 и 6 – крышки; 7 – впускной канал первого корпуса; 8 - выпускной канал; 9 – сливная пробка из обоих корпусов; 10 – второй корпус; 11 - впускной канал второго корпуса
Результаты испытаний (рис.6) показывают, что все исследуемые конструкции в целом обладают достаточно хорошими гидравлическими свойствами, наибольшее влияние которые оказывает структура пористого материала. С увеличением давления прессования высокомолекулярного пористого пленочного полиэтилена гидравлическая характеристика фильтров ухудшается. Влияние конструкции корпуса фильтра (одинарного и двойного) существенного влияния на гидравлические характеристики фильтра не оказывает.
Исследования задерживающих свойств гидродинамических фильтров проводились при расходе рабочей жидкости 2.0 л/мин, частота вращения фильтрующего элемента менялась в диапазоне от 0 до 120 об./мин с шагом 40 об./мин. В процессе исследования определялись: номинальная тонкость очистки, фракционные коэффициенты отсева частиц загрязнений и коэффициент полноты отсева.
Результаты исследований номинальной (95-ой) тонкости очистки фильтров и соответствующие им коэффициенты полноты отсева приведены в таблице 2, фракционные коэффициенты отсева на рис.7.
Рис. 6. Гидравлические характеристики гидродинамических фильтров
Исследование задерживающих свойств образцов показывает, что в целом с увеличением частоты вращения фильтрующего элемента, эти свойства повышаются.
Испытания фильтров на условный ресурс проводились с целью оценки влияния типа пористого материала и конструкции фильтра на ресурс его работы, а также оценки возможности регенерации фильтрующего материала с целью его повторного использования. На первом этапе исследований определялась ресурсная характеристика моделей фильтров при вращении фильтрующего элемента в диапазоне от 0 (неподвижный фильтрующий элемент) до 120 об/мин с шагом 40 об/мин.
Результаты исследования задерживающих свойств фильтров
Таблица 2.
| Номинальная тонкость фильтрации, (мкм) | Номер образца | |||||
| I | II | III | IV | V | VI | |
| при : n = 0 об/мин n = 40 об/мин n = 80 об/мин n = 120 об/мин | 40.6 | 39.2 | 30.3 | 27.6 | 10.2 | 11.3 |
| 36.5 | 34.2 | 26.4 | 24.0 | 6.7 | 6.3 | |
| 27.4 | 23.2 | 17.6 | 17.3 | 3.7 | 3.5 | |
| 30.7 | 28.5 | 23.6 | 20.8 | 5.7 | 6.0 | |
| Коэффициент полноты отсева, % | Номер образца | |||||
| I | II | III | IV | V | VI | |
| при : n = 0 об/мин n = 40 об/мин n = 80 об/мин n = 120 об/мин | 0.10 | 0.11 | 0.15 | 0.16 | 0.23 | 0.25 |
| 0.13 | 0.13 | 0.17 | 0.16 | 0.25 | 0.55 | |
| 0.16 | 0.17 | 0.20 | 0.22 | 0.78 | 0.82 | |
| 0.14 | 0.16 | 0.18 | 0.16 | 0.63 | 0.67 | |
Результаты испытаний свидетельствуют о том, что вращение фильтрующего элемента позволяет повысить его ресурс. Однако, с увеличением частоты вращения ресурсная характеристика фильтра ухудшается. При этом максимальный ресурс обеспечивается при вращении фильтрующих элементов со скоростью 80 об/мин. Затем необходима регенерация фильтра.
Рис.7. Фракционные коэффициенты отсева фильтров:
а) образец I; б) образец II; в) образец III; г) образец IV; д) образец V; е)образец VI.
1 – n = 0 об./мин; 2 – n = 40 об./мин; 3 – n = 80 об./мин; 4 – n = 120 об./мин.
Регенерация фильтрующих элементов осуществлялась путем их промывки чистой рабочей жидкостью противотоком.
Установлено, что в целом исследуемый материал является регенерируемым и может быть повторно использован для очистки рабочих жидкостей. Однако с каждым циклом регенерации гидравлические свойства фильтра ухудшаются, т.к. увеличивается начальное сопротивление фильтрующего элемента, более интенсивно возрастает перепад давлений на нем с увеличением расхода очищаемой жидкости. Параллельно с каждым циклом регенерации сокращается ресурс фильтрующего элемента, т.к. в поровой структуре пористого материала удерживаются частицы загрязнений, на которые процесс регенерации воздействия не оказал. В месте с тем установлено, что процесс многократной регенерации позволяет значительно увеличить его суммарный ресурс. При этом возможна 10-ти кратная регенерация вращающихся фильтрующих элементов.
Разработка методов и средств обеспечения чистоты рабочих жидкостей гидросистем. В основе предлагаемого метода оценки общей загрязненности рабочих жидкостей лежит корреляционная зависимость (14) между показателями массовой и счетной концентрацией загрязнений.
Эксплуатационная проверка метода экспресс-контроля загрязненности рабочих жидкостей с использованием автоматического анализатора ФС-112/3 показала, что он может быть использован для оценки чистоты рабочих жидкостей в производственных условиях.
Контроль содержания воды в рабочих жидкостях целесообразно осуществлять как на предприятии, так и на строительных объектах при техническом обслуживании машин. Проведение этой операции может производится с помощью прибора, принцип действия которого основан на изменении величины тока в электрической цепи, к которой подключен индикаторный элемент, выполненный из водопоглощающего материала (поливинилформаля). Прибор (рис.8.) состоит из пробоотборника (шприца), разъемного патрона, в котором установлен фильтрующий диск, выполненный из водопоглащающего материала (пенополивинилформаля), электрической цепи, включающей источник питания и микроамперметр.
Контроль содержания воды производится следующим образом. В шприц закачивается проба рабочей жидкости. После этого на него устанавливается разъемный патрон с размещенным в нем фильтрующим диском и производится прокачка через него пробы анализируемой жидкости. Затем, фильтрующий диск подключается к электрической цепи.
В случае обводнения масла в электрической цепи появляется ток, величина которого фиксируется микроамперметром и определяет концентрацию воды в анализируемой пробе по формуле (15).
Рис.8. Схема прибора определения воды в нефтепродуктах
Эксплуатационные испытания прибора показали, что он может быть использован для экспресс-контроля содержания воды в рабочих жидкостях как в стационарных, так и в полевых условиях.
Для осуществления дополнительной тонкой очистки масел при техническом обслуживании машин была разработана специальная мобильная установка (рис.9). Она состоит из рамы, на которой размещены: электродвигатель, масляный насос, фильтры грубой и тонкой очистки, трубопроводы, контрольные приборы и пульт управления. Фильтры грубой очистки имеет фильтрующий элемент объемного типа, выполненный на основе пенополиуритана. Фильтр тонкой очистки – гидродинамический. Фильтрующий элемент выполнен из пленочного высокомолекулярного полиэтилена. Вращение фильтрующего элемента обеспечивается от вала электродвигателя посредством клиноременной передачи.
а) б)
Рис.9. Установка для дополнительной периодической очистки рабочих жидкостей гидросистем:
а) общий вид; б) гидравлическая схема установки
Эксплуатационные испытания установки проводились на строительных объектах Томской области, обслуживаемых ОАО «Томскэкскавация» и ОАО «Томсктрансстрой». В процессе испытаний через 220…260 мото-часов при проведении работ ТО-2 проводилась периодическая очистка рабочих жидкостей гидросистем машин. Результаты испытаний показали, что установка обеспечивает очистку жидкостей от загрязнений с тонкостью до 3,8…4,5 мкм. Коэффициент полноты очистки составляет 0,78…0,85. Динамика изменения загрязненности рабочей жидкости при ее периодической очистки представлена рис.10.
Рис.10. Динамика изменения загрязненности рабочей жидкости
I – загрязненность без дополнительной очистки; II – загрязненность с периодической тонкой очисткой с помощью мобильной установки
Влияние периодической очистки на безотказность работы гидравлических систем приведена в таблице 3.
Результаты экспериментальных исследований эффективности мобильной установки для дополнительной очистки рабочих жидкостей
Таблица 3.
Результаты экспериментальных исследований установки показывают, что ее использование при проведении ТО-2 гидросистем дорожных и строительных машин позволяет в 3…5 раз снизить концентрацию загрязненности в рабочих жидкостях и в 2…3 раза повысить безотказность гидросистем машин.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
- Дальнейшее повышение эксплуатационной надежности гидросистем дорожных и строительных машин можно обеспечить путем разработки и внедрения методов оперативного контроля чистоты применяемых рабочих жидкостей, а также средств их дополнительной тонкой очистки при техническом обслуживании машин.
- Аналитически обоснован общий принцип оперативного контроля массового содержания механических примесей в рабочих жидкостях гидросистем по счетному содержания микрочастиц загрязнений, а также принцип оперативного контроля содержания воды по изменению электропроводности водопоглощающего пористого материала.
- Экспериментально установлена корреляционная зависимость между счетным и массовым содержанием механических примесей. На этой основе разработан метод оценки массового содержания механических примесей в рабочих жидкостях с помощью автоматического анализатора ФС-112.
- Экспериментально установлена зависимость между характеристиками электропроводности водопоглощающего материала (поливинилформаля) от содержания воды в масле. На этой основе разработан прибор для оперативной оценки обводненности рабочих жидкостей гидросистем.
На основе решения задачи накопления эксплуатационных загрязнений в баках гидросистем показана возможность существенного снижения загрязненности рабочих
- жидкостей посредством их дополнительной тонкой очистки при техническом обслуживании машин.
- Теоретически и экспериментально обоснованы общие принципы создания мобильных очистительных установок с использованием комбинированной системы очистки, состоящей из более эффективных, в сравнении с известными, объемных фильтров грубой и гидродинамических фильтров тонкой очистки. Получены необходимые расчетные зависимости для выбора основных параметров элементов очистительных установок. Предложена методика расчета и оптимизации установок.
- На основе проведенных эксплуатационных испытаний показана применимость и достаточная эффективность разработанных средств повышения чистоты рабочих жидкостей гидросистем. Предложена технология и использования в системе технического обслуживания машин.
- Установлено, что внедрение разработанных средств оперативного контроля и повышения чистоты рабочих жидкостей гидросистем дорожных и строительных машин на предприятиях строительного комплекса Томской области позволяет в 3-5 раз снизить текущую загрязненность рабочих жидкостей гидросистем и в 2-3 раза повысить безотказность машин.
Основные положения диссертационной работы отражены в следующих публикациях.
- Обоянцев О.Ю. Системы очистки жидкостей технологического оборудования / Обоянцев О.Ю., Щавинский Д.Ю., Сарапин В.А.,. // Тез.докл. 2-я областная научно-техн. конф.- Томск: ТПУ, 1995. – С. 86-94.
- Установка для фильтрации гидравлических жидкостей / Кадочникова М.В., Обоянцев О.Ю., Щавинский Д.Ю., Сарапин В.А. // Тез.докл. Ежегодная научно-техн. конф. Препод. Аспирантов и студентов. – Томск: ТГАСА, 1996.- С. 92-100.
- Комбинированная очистка рабочих жидкостей дорожных и строительных машин / Удлер Э.И., Кадочникова М.В., Обоянцев О.Ю., Щавинский Д.Ю. // Транспортные средства Сибири: Межвузовский сборник научных трудов с международным участием. – Красноярск: КГТУ, 1997. – С. 76-89.
- Объемные фильтры с переменной пористостью для очистки нефтепродуктов / Удлер Э.И., Кадочникова М.В., Сарапин В.А., Обоянцев О.Ю. // Депонировано в ВИНИТИ №2988-В97, 07.10.97. Патент на изобретение №2139121. 10.10.99.
- Фильтровальная установка для очистки рабочих жидкостей дорожных и строительных машин / Удлер Э.И., Кадочникова М.В., Обоянцев О.Ю., Сарапин В.А. // Журнал «Механизация строительства» - Москва, 1999. - №6. – С. 34.
- Обоянцев О.Ю. Установка для ультратонкой очистки / Удлер Э.И.,Петров Г.Г., Обоянцев О.Ю. // Тез.докл. Международная научно-техн. конф. Архитектура и строительство. – Томск: ТГАСУ, 2002.- С. 96-101. Патент на изобретение №98110861/25.
- Обоянцев О.Ю. Установка для очистки рабочих жидкостей гидросистем дорожных и строительных машин / Петров Г.Г., Фукс В.Р. Обоянцев О.Ю. // Сб. науч. трудов лесотехнического института. - Томск: ТГАСУ, 2003.- С. 101-111.
- Обоянцев О.Ю. Технология очистки рабочих жидкостей при эксплуатации дорожных и строительных машин / Петров Г.Г., Обоянцев О.Ю. // Вестник ТГАСУ, - Томск: ТГАСУ, 2003. - №1. - С. 134 -141.
- Обоянцев О.Ю. Методы и средства технического обслуживания гидросистем дорожных и строительных машин с целью контроля и повышения чистоты рабочих жидкостей / Удлер Э.И., Обоянцев О.Ю. // Транспортные системы Сибири: Материалы Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2004.
Изд. Лиц. №021253 от 31.10.97. Подписано в печать...
Формат 60х90/16. Бумага офсет. Гарнитура Таймс, печать офсет.
Уч-изд. Л. 2.Тираж 100 экз. Заказ №
Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.
Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ.
634003, г. Томск, ул. Партизанская,15.
