СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ПРИВОДА Российский патент 2002 года по МПК F15B19/00 

Изобретение относится к испытательной и диагностической технике и может быть использовано для определения технического состояния подвижных частей сервомеханизма гидростатического привода (ГСТ).

Как известно, в типичном ГСТ сервомеханизм, включающий в себя гидрораспределитель, цилиндропоршневую систему, управляющую наклоном наклонной шайбы гидронасоса ГСТ, и гидролинии, соединяющие гидрораспределитель с цилиндропоршневой системой, является важной составной частью, например, в гидротрансмиссии сельскохозяйственных машин. При износе хотя бы одной какой-либо подвижной части сервомеханизма (золотника гидрораспределителя или детали цилиндропоршневой системы) ГСТ теряет свои мощностные и скоростные качества, а машина, на которую установлен ГСТ для привода ходовой системы, теряет экономические показатели. Поэтому задача определения технического состояния подвижных частей сервомеханизма ГСТ является актуальной.

В технологической и эксплуатационной практике износ подвижных частей сервомеханизма ГСТ определяют при снятии сервомеханизма с узла и его полной разборке (Гидропривод объемный ГСТ-90. Руководство по текущему ремонту. - М. : ГОСНИТИ, 1984).

Указанный способ очень трудоемкий, так как для определения износа подвижных элементов необходимо каждый узел испытывать отдельно.

Известен способ определения технического состояния ГСТ, заключающийся в том, что манометром фиксируют давление в полости высокого давления гидромотора ГСТ, по величине этого давления определяют расход рабочей жидкости в ГСТ и по величине указанного расхода оценивают техническое состояние ГСТ. Этот способ известен из описания работы стенда для испытания агрегатов гидрообъемных приводов при испытании ГСТ (патент РФ 2146339, МПК F 15 B 19/00, опубл. 1999). Способ позволяет оценить техническое состояние ГСТ в целом, но не дает возможность определить в нем состояние подвижных частей сервомеханизма.

Известен также способ определения технического состояния ГСТ по параметру технического состояния, измеренному при нагружении ГСТ путем подключения вала гидронасоса привода к валу приводного двигателя. В качестве указанного параметра используют фактический расход рабочей жидкости в испытываемом ГСТ, который определяют по величине крутящего момента на выходном валу гидромотора привода при постоянной величине оборотов вала гидронасоса (патент РФ 2160855, МПК F 15 B 19/00, опубл. 20.12.2000). Определяемое по указанному способу общее техническое состояние ГСТ хотя и учитывает степень износа его подвижных элементов (плунжерных пар, клапанов), однако не показывает конкретно состояние подвижных частей сервомеханизма этого привода. Другими словами, известный способ не позволяет выделить из параметра общего технического состояния ГСТ параметр, характеризующий техническое состояние подвижных соединений сервомеханизма.

Задача настоящего изобретения заключается в создании нетрудоемкого способа определения технического состояния ГСТ любого назначения с получением достаточно информативного параметра, характеризующего состояние подвижных соединений сервомеханизма привода.

Указанная задача достигается тем, что в способе определения технического состояния ГСТ по параметру технического состояния, измеренному при нагружении ГСТ путем подключения вала гидронасоса привода к валу приводного двигателя, в качестве указанного параметра используют время достижения частоты вращения выходного вала гидромотора указанного привода от ее нулевого значения до достигаемого приводом максимального значения в результате резкого перемещения рычага гидрораспределителя указанного привода из нейтрального положения в одно из крайних положений.

Указанное время достижения частоты вращения от нулевого до указанного максимального значений можно измерять при различных направлениях вращения выходного вала гидромотора, соответствующих перемещениям рычага гидрораспределителя в противоположные крайние положения, а по разности двух измеренных величин времени проводить сравнительную оценку состояния гидронапорных отсеков сервомеханизма.

Термин "резкое" применительно к перемещению рычага гидрораспределителя означает, что перемещение этого рычага из нейтрального положения в одно из крайних положений осуществляют в течение как можно более короткого времени, чтобы обеспечить определенную точность и информативность измеряемого параметра технического состояния. Время резкого перемещения указанного рычага из нейтрального положения в одно из крайних составляет не более 0,5 с. При более длительном перемещении рычага точность определения времени нарастания указанной частоты вращения и информативность данного параметра значительно снижаются.

Частоту вращения выходного вала гидромотора ГСТ измеряют датчиком оборотов, устанавливаемом на этом валу.

Проведенные исследования показали, что указанное время нарастания частоты вращения выходного (ведущего) вала гидромотора ГСТ от нулевого значения до достигаемого приводом максимального значения является параметром, который наиболее полно характеризует техническое состояние сервомеханизма ГСТ, т.к. отражает степень износа его подвижных частей (золотника распределителя, цилиндропоршневой группы, клапанов).

При использовании данного способа по указанному параметру можно характеризовать техническое состояние сервомеханизма ГСТ любого назначения. При этом для каждого типа сервомеханизма ГСТ можно установить допускаемые и предельные величины времени нарастания частоты вращения выходного вала гидромотора и по ним характеризовать техническое состояние подвижных частей сервомеханизма ГСТ.

Экспериментальными исследованиями была установлена зависимость времени нарастания частоты вращения выходного вала гидромотора от износа подвижных деталей сервомеханизма ГСТ.

С помощью предлагаемого нетрудоемкого способа можно быстро оценить техническое состояние подвижных частей сервомеханизма с целью предупреждения возможных отказов в работе ГСТ.

На фиг.1 показана схема испытываемого сервомеханизма ГСТ известной конструкции с элементами для измерения частоты вращения выходного вала гидромотора и времени нарастания этой частоты в соответствии с заявленным способом;
на фиг.2 - графики разгона выходного вала гидромотора в результате резкого перемещения рычага гидрораспределителя для гидростатического привода типа ГСТ-90.

Сервомеханизм ГСТ работает следующим образом.

ГСТ приводится в работу подключением вала 1 гидронасоса 2 к приводному валу (не показан). Вал насоса 3 подпитки соединен с валом 1 и нагнетает рабочую жидкость в гидролинию 4 сервомеханизма и в гидролинию 5 нагнетания плунжерной пары 6, при этом запорный клапан 7 открыт. При вертикальном положении поворотной шайбы 8 плунжерные пары 6 не нагнетают рабочую жидкость в нагнетательную гидролинию 5. При повороте рычага 9 гидрораспределителя 10 сервомеханизма из нейтрального положения, например, по стрелке, указанной на фиг.1, рабочая жидкость нагнетается насосом 3 подпитки по гидролинии 4 в гидролинию 11 и далее в цилиндр 12. Рабочая жидкость под давлением действует на поршень цилиндра 12 и перемещает его. Поршень в свою очередь связан с поворотной шайбой 8 и отклоняет ее на некоторый угол. Плунжер плунжерной пары 6 начинает совершать возвратно-поступательное движение и нагнетает рабочую жидкость под давлением через гидролинию 5 в полость гидромотора 13, при этом клапан 7 закрывается. Нагнетаемая рабочая жидкость действует на плунжеры гидромотора 13 (не показаны), которые связаны с его выходным валом 14 через наклонную шайбу гидромотора (не показана), скользят по ее плоскости и передают крутящий момент на выходной вал 14. Чем быстрее и больше наклоняется шайба 8 гидронасоса 2, тем больше величина подачи рабочей жидкости и тем быстрее вращается вал 14. Если рычаг 9 отклонить в сторону, противоположную указанной стрелкой, то рабочая жидкость насосом 3 будет подаваться через гидролинию 4 в гидролинию 15 и далее ко второму цилиндру (не показан) гидронасоса 2, в результате чего поворотная шайба 8 наклонится в другую сторону и вал 14 гидромотора 13 будет вращаться также в другую сторону.

Если подвижные части хотя бы в одной из гидролиний сервомеханизма, которые обеспечивают реверс выходного вала гидромотора, износились или засорились, скорость потока рабочей жидкости в них снижается, и нарастание давления рабочей жидкости будет происходить медленнее. В связи с этим поворотная шайба будет отклоняться не полностью, а если будет отклоняться, то медленно. При этом выходной вал гидромотора не будет вращаться на максимальной нормированной частоте, т.е. достигаемая этим валом максимальная частота вращения будет меньше максимальной нормированной частоты для данного типа ГСТ, или время достижения максимальной нормированной частоты вращения вала гидромотора будет больше по сравнению с нормальным временем.

Таким образом, чем больше износ подвижных частей сервомеханизма, тем медленнее происходит нарастание скорости вращения выходного вала гидромотора.

Предлагаемый способ осуществляют следующим способом.

Для испытания сервомеханизм ГСТ устанавливают на стенд, например стенд КИ-28097-01М-ГОСНИТИ. Вал 1 гидронасоса ГСТ соединяют с приводом стенда (не показан).

Для измерения частоты вращения выходного вала 14 гидромотора 13 и времени нарастания этой частоты вращения на вал 13 устанавливают датчик 16 частоты вращения, который проводами 17 соединяют с прибором 18, на табло которого индицируются частота вращения вала 14 и время нарастания этой частоты от нулевого значения до достигаемого ГСТ максимального значения.

Включают в работу привод стенда и прогревают рабочую жидкость до достижения нормального температурного режима. Резко перемещают рычаг 9 сервомеханизма в ту или иную сторону из его нейтрального положения в то или иное крайнее положение и по прибору 18 измеряют время нарастания частоты вращения от нуля до максимального значения, которое развивает ГСТ.

По времени нарастания частоты вращения вала 14 определяют техническое состояние сервомеханизма ГСТ. Так на фиг.2 график 1 характеризует допускаемый режим разгона выходного вала 14, в соответствии с чем допускаемое время достижения им максимальной нормированной частоты вращения 1242 об/мин составляет 5 с . Поэтому если по результатам испытаний время достижения максимальной нормированной частоты вращения будет больше допускаемого, например 9 с (график 2), будет сделан вывод о неудовлетворительном состоянии подвижных элементов сервомеханизма и, наоборот, если измеренное время достижения максимальной нормированной частоты вращения будет допускаемого или равно ему, например 3 с (график 3), следует вывод о нормальном состоянии испытываемых элементов.

При реализации предложенного способа практическое время редкого перемещения рычага гидрораспределителя из нейтрального положения в одно из крайних составляет 0,3-0,5 с . Переместить рычаг за время менее 0,3 с для существующих ГСТ физически крайне затруднительно.

В качестве прибора 18 может быть использован блок измерения временных интервалов, входящий в состав устройства КИ-11331 (ГОСНИТИ), а в качестве датчика 16 - индуктивный датчик этого устройства Указанный блок измерений позволяет фиксировать время разгона выходного вала 14 и частоту его вращения, т.к. содержит схему с соответствующими реле и счетчиком.

Далее заявленный способ проиллюстрирован некоторыми другими примерами возможных вариантов измерений.

Пример 1.

При испытаниях привода ГСТ-90 по заявленному способу описанным выше образом максимальная достигаемая скорость выходного вала гидромотора составила 690 об/мин и была достигнута за 4 с после резкого перемещения рычага гидрораспределителя (график 4 на фиг.2). Из графика 1 видно, что допускаемое время достижения частоты 690 об/мин составляет около 8 с, следовательно техническое состояние испытанных элементов неудовлетворительно и их износ больше допустимого.

Пример 2.

Испытания привода ГСТ-90 проводили с реверсированием вращения выходного вала гидромотора, т. е. с перемещением рычага гидрораспределителя в противоположные крайние положения. При "правом" вращении вала максимальное значение частоты его вращения 1242 об/мин было достигнуто за 4 с (график 5 на фиг. 2), а при "левом" вращении вала эта же частота была достигнута на 5 с. Сравнение с графиком 1 показывает, что оба измерения подтверждают состояние износа испытываемых элементов в допускаемых пределах. Однако разность времени достижения максимальной частоты вращения в 1 с может свидетельствовать о некоторой разрегулированности золотника 19 гидрораспределителя 10 (фиг.1), которая может быть устранена с помощью регулировочного механизма 20. Должно быть понятно, что увеличение указанной разности времени будет свидетельствовать о большей степени разрегулированности золотника.

Пример 3.

Испытания привода ГСТ-90 проводили с реверсированием вращения выходного вала гидромотора. При "правом" вращении вала максимальное значение частоты его вращения 1242 об/мин было достигнуто за 9 с (график 2 на фиг.2), а при "левом" вращении вала эта же частота была достигнута на 5 с (график 1). Данные измерения показывают значительный износ подвижных элементов гидронапорного отсека, отвечающего за "правое" направление вращения выходного вала, т. е. соответствующих элементов золотника гидрораспределителя и соответствующей цилиндропоршневой группы, при этом износ подвижных частей гидронапорного отсека для "левого" вращения выходного вала находится в допустимых пределах.

Изобретение используется в испытательной и диагностической технике для определения технического состояния подвижных частей сервомеханизма гидростатического привода (ГСТ). Измеряют параметр технического состояния ГСТ при нагружении последнего путем подключения вала гидронасоса привода к валу приводного двигателя. В качестве указанного параметра используют время достижения частоты вращения выходного вала гидромотора указанного привода от ее нулевого значения до достигаемого приводом максимального значения в результате резкого перемещения рычага гидрораспределителя указанного привода из нейтрального положения в одно из крайних положений. Указанное время измеряют для различных направлений вращения выходного вала гидромотора, соответствующих перемещениям рычага гидрораспределителя в противоположные крайние положения, а по разности двух измеренных величин времени проводят сравнительную оценку состояния гидронапорных отсеков сервомеханизма. Время указанного резкого перемещения рычага составляет не более 0,5 с. Технический результат - снижение трудоемкости определения состояния гидростатического привода. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения технического состояния гидростатического привода по параметру технического состояния, измеренному при нагружении гидростатического привода путем подключения вала гидронасоса привода к валу приводного двигателя, отличающийся тем, что в качестве указанного параметра используют время достижения частоты вращения выходного вала гидромотора указанного привода от ее нулевого значения до достигаемого приводом максимального значения в результате резкого перемещения рычага гидрораспределителя указанного привода из нейтрального положения в одно из крайних положений. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное время достижения частоты вращения от нулевого до максимального значений измеряют для различных направлений вращения выходного вала гидромотора, соответствующих перемещениям рычага гидрораспределителя в противоположные крайние положения, а по разности двух измеренных величин времени проводят сравнительную оценку состояния гидронапорных отсеков сервомеханизма. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время резкого перемещения указанного рычага из нейтрального положения в одно из крайних составляет не более 0,5 с.