Транспорт Вестник БНТУ, № 6, 2011 54 УДК 62-82 НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ДОВОДКИ ГИДРОПРИВОДОВ МАШИН Кандидаты техн. наук, доценты ЖИЛЕВИЧ М. И., КОРОЛЬКЕВИЧ А. В., докт. техн. наук, проф. ШЕВЧЕНКО В. С. Белорусский национальный технический университет, Военная академия Республики Беларусь При разработке технических устройств обычно большое внимание уделяется методам их экспериментальной отработки и различного рода испытаний. Такой подход особенно заре- комендовал себя в сфере производства гидро- приводов современных машин. Практика со- здания и эксплуатации этого вида устройств подтверждает значительное влияние на их работоспособность множества одновременно происходящих и не подлежащих разграниче- нию процессов, таких как механические разру- шения материалов; химические превращения уплотнений, покрытий и рабочих тел; термо- и гидродинамические процессы; сложные вза- имодействия между рабочим телом и конструк- тивными элементами и др. Параметры и усло- вия протекания этих процессов зависят как от внешних воздействий, так и от исполнения устройств и режимов их работы. Поскольку такие сложные явления не поддаются строгому ко- личественному описанию и расчету, высокое качество гидроприводов при их разработке и производстве во многом обеспечивается и про- веряется с помощью всесторонних эксперимен- тальных исследований. Доводочные и исследовательские испытания проводятся с целью решения многочисленных задач, относящихся к повышению технического уровня гидроприводов и расширению их функ- циональных возможностей. Они могут выпол- няться с использованием как эксперименталь- ных, так и серийных образцов изделий, в усло- виях опытных и серийных производств, ре- монтных и эксплуатационных организаций. Весьма полезным является развитие поэлемент- ных стендовых испытаний в общем комплексе всех видов функциональных испытаний, по- скольку они позволяют значительно сокращать длительность доводки новых приводов. Требуе- мый результат от решения поставленных задач достигается в процессе доводки изделий путем последовательных введений различных усовер- шенствований и экспериментальных проверок. Способ оценки прирабатываемости по- верхностей трения. Важное значение в про- цессе испытаний гидравлических устройств приобретают современные способы измерений и оценки исследуемых параметров. В настоящее время для оценки прирабаты- ваемости поверхностей трения в насосах широ- кое распространение получил способ, заклю- чающийся в регистрации времени стабилиза- ции выбранного параметра трения. В качестве оценочного параметра при этом используют скорость изнашивания. Для ее определения необходима разборка узла трения, причем за- меры необходимо проводить многократно. Для повышения точности и эффективности оценки прирабатываемости поверхностей тре- ния насосов целесообразно использовать новый способ, который заключается в инструменталь- ной регистрации времени достижения оценоч- ным параметром стабильного значения и мо- мента, когда линия, огибающая пики давления осциллограммы, приобретает синусоидальную форму. Пульсации давления при этом регистри- руют на выходе из насоса (в нагнетательной ма- гистрали). На рис. 1 представлены графики, характери- зующие процесс колебаний давления в нагнета- тельной магистрали аксиально-поршневого насоса. В качестве измерительной аппаратуры ис- пользовали осциллограф и тензометрический усилитель. Частота пульсаций давления на выхо- де из насоса не превышала 200 Гц. Приработку поверхностей трения исследовали в узлах рас- пределения, качающих и ведения поршней. Но- минальное давление жидкости в системе испыта- тельного стенда поддерживали на уровне 6 МПа, а температуру рабочей жидкости Тж = 50 °С. Осциллограмма на рис. 1а характеризует процесс пульсаций давления на выходе из насоса после 30 мин испытаний. Как видно из рисунка, величины пульсаций давления здесь Вестник БНТУ, № 6, 2011 Транспорт 55 еще различаются по амплитуде. Это означает, что поверхности трения еще не полностью приработались. Осциллограмма на рис. 1б ха- рактеризует процесс пульсаций давления через 70 мин испытаний насоса. Здесь амплитуды пульсаций стабилизированы, а огибающая пи- ков давления приобретает синусоидальную форму, на основании чего можно сделать за- ключение об окончании приработки трущихся поверхностей в основных узлах насоса и о ста- билизации рабочего процесса. а б Рис. 1. Осциллограммы пульсаций давления: а – после 30 мин испытаний; б – то же 70 мин Описанный способ является более досто- верным и эффективным по сравнению с приме- няемыми способами оценки времени приработ- ки трущихся поверхностей. Способ функциональных испытаний гид- роустройств для неустановившегося темпе- ратурного режима. В случаях, когда машины, оснащенные гидроприводом, эксплуатируются в экстремально холодных местностях и вне по- мещений, перед их запуском практикуется нагревание рабочей жидкости до требуемой температуры путем подачи теплоты в рабочую зону. Ввиду того что КПД гидропривода в большой мере зависит от температуры, в гид- росистемах применяют специальные устрой- ства (теплообменники, термостаты и т. п.), ко- торые обеспечивают необходимый диапазон рабочих температур. Тепловой баланс обеспе- чивается при этом достижением равенства ко- личества подводимой теплоты от специальных нагревательных устройств, количества теплоты, выделяемой в результате потерь мощности в гидроприводе (механические, гидравлические и др.), и количеством отводимой теплоты, через поверхности деталей и активные теплообмен- ники. Тепловой поток, передаваемый от нагре- тых элементов гидропривода во внешнюю сре- ду и к менее нагретым элементам, определяется по известной формуле ,TkSQ ∆= где Q – тепловой поток; k – коэффициент тепло- передачи; S – площадь нагреваемой поверхности; ΔΤ – разность температур между средами. Коэффициент теплопередачи k определяется свойствами материалов деталей и температурой среды. Нагрев деталей гидроустройств вызывает их тепловую деформацию, которая будет иметь различные значения для деталей разной массы, конфигурации и изготовленных из различных материалов. Так, подвижные детали, имеющие небольшую массу, деформируются больше, чем массивные корпусные детали. В результате за период стабилизации температуры корпусной детали зазоры в подвижных соединениях изме- няются так, что при неблагоприятном стечении значений допусков на размеры сопряженных деталей возможны существенные повреждения трущихся поверхностей, заедания деталей и дру- гие отрицательные явления. Во избежание таких явлений в процессе функциональных испытаний отрабатываются требования, обеспечивающие необходимый теп- ловой баланс гидроприводов при их эксплуата- ции. Необходимую температуру в гидросисте- мах обеспечивают с помощью активных термо- регулирующих устройств. Для расчета рацио- нальных значений температур для конкретных гидроприводов, из которых отводится теплота из-за низкой температуры окружающей среды, можно использовать формулу ( ),211 TTkSW −= где W – подводимая тепловая энергия; k – коэф- фициент теплопередачи поверхности, отдаю- щей теплоту во внешнюю среду; S1 – площадь наружных поверхностей деталей, отдающих тепло во внешнюю среду; T1 – установленная техническими требованиями температура рабо- чей жидкости; T2 – температура окружающей среды. Способ функциональных испытаний пред- назначен для выявления гидроустройств, не со- ответствующих требованиям нормального функ- ционирования в условиях существенного пере- пада температур внешней среды и рабочей жидкости в контуре гидропривода. Основная его особенность заключается в том, что в гид- роустройство, находящееся при минимально 0 0,4 0,8 1,2 t, с p, МПа 0 0,4 0,8 1,2 t, с p, МПа Транспорт Вестник БНТУ, № 6, 2011 56 допустимой температуре внешней среды, по- дают рабочую жидкость, предварительно нагретую до максимально допустимой рабочей температуры гидропривода. При этом устанав- ливают соответствующую режиму испытаний нагрузку и фиксируют момент стабилизации температуры на внешней поверхности корпуса гидроустройства. При успешном завершении испытаний по предлагаемому способу гидроустройство мож- но допустить к эксплуатации при неустановив- шемся температурном режиме в пределах до- пустимых значений параметров. Установка для реализации способа (рис. 2) включает насос 1, предохранительный кла- пан 2, краны управления 3 и 4, термокамеру 5 с испытуемым гидроустройством (в частности, гидрораспределитель 6), нагрузочные клапаны 7 и 8, бак 9, термометр 10, нагреватель 11. Кра- ны 3 и 4, а также гидрораспределитель 6 управ- ляются электромагнитами. С помощью элек- тромагнитного крана 4 производится смена нагружаемых каналов гидрораспределителя. Рис. 2. Гидравлическая схема установки В испытуемом гидрораспределителе (рис. 3) имеется корпус 1 с направляющим отверстием, в котором помещен подвижный золотник 4 с направляющей поверхностью 5. Отверстия 2 служат для подвода и отвода рабочей жидко- сти. Подвижность золотника обеспечивается за счет гарантированного зазора между поверхно- стями 3 и 5, величина которого определяется полем 6 допуска на размер отверстия 3 корпуса 1 и полем 7 допуска на диаметральный размер поверхности 5 золотника 4. Гарантированный зазор в процессе изготов- ления гидрораспределителя может принимать любые значения в установленном технической документацией диапазоне – от минимального значения до максимального. Его значение в указанных пределах зависит от условий и тех- нических возможностей производства и носит случайный характер. Рис. 3. Гидрораспределитель Подача нагретой рабочей жидкости из бака (рис. 2) к предварительно охлажденному в тер- мокамере гидрораспределителю вызывает по- вышение температуры золотника и корпуса (рис. 3). Из-за различия масс и условий взаимо- действия потока жидкости с поверхностями деталей происходит их нагрев с различной ин- тенсивностью. Это приводит к опережающей деформации поверхности золотника по сравне- нию с поверхностью корпуса, зазор между эти- ми поверхностями уменьшается. Гидрораспределитель, успешно прошедший испытания в соответствии с описанным спосо- бом, будет гарантирован от отказа в эксплуата- ции по причине заедания трущихся поверхно- стей. В Ы В О Д Предлагаемые способы доводочных и функ- циональных испытаний обеспечивают повы- шение технического уровня гидроприводов со- временных машин. Их применение на различ- ных стадиях создания и эксплуатации гидро- приводов машин является эффективным до- полнением к существующему комплексу функ- циональных испытаний, расширяет их возмож- ности и сокращает длительность доводки но- вых изделий. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Желтовский, Б. Ю. Исследования и испытания гидропневмосистем машин: учеб.-метод. пособие для ву- зов / Б. Ю. Желтовский, М. Г. Халамонский, В. С. Шев- ченко. – Минск: Технопринт, 2004. – 204 с. 2. Способ оценки прирабатываемости поверхно- стей трения гидравлических насосов: а. с. 976346 СССР М. Кл. G 01 N 3/56 / В. П. Вайлевич, В. С. Шевченко; заявл. 20.04.81 № 3277971 // Открытия. Изобретения. – 1982. – № 43. 3. Способ испытания гидравлических агрегатов: а. с. SU 1733725 СССР A1 F 15 B 19/00 /D/F/ В. А. Гурский, ∆ m in ∆ m ax 7 6 3 1 2 4 5 6 7 8 9 11 10 3 2 1 5 4