Изложены основные причины, ухудшающие работоспособность и определяющие особенности функционирования гидроагрегатов мобильных машин в условиях эксплуатации. Анализируются наиболее агрессивные эксплуатационные процессы, отрицательно влияющие на техническое состояние деталей гидропривода машин.
Ключевые слова:терморегулирование, рабочая жидкость, надежность, ресурс, изнашивание, гидросистема.
Одной из основных характеристик качества транспортно-технологических машин и их агрегатов является надежность, которая отражает служебные свойства указанных объектов, закладывающихся при проектировании и производстве машин, реализующихся в эксплуатации и возобновляющихся с помощью ремонта [1].
Важным условием улучшения эксплуатационных и технико-экономических характеристик транспортно-технологических машин является применение гидропривода. Сфера применения гидропривода постоянно увеличивается. Сейчас он применяется в основном на всех моделях транспортно-технологических машин.
Большое распространение гидравлического привода обусловлено целым рядом его преимуществ по сравнению с другими приводами: малый вес, небольшие размеры, возможность бесступенчатой регулировки скорости технологического оборудования, независимое расположение элементов гидропривода, надежная защита от перегрузок, легкость обслуживания и управления, простота автоматизации процессов и др. [2]
Главное назначение гидропривода — приведение в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости под давлением, или преобразование энергии потока рабочей жидкости и передачи ее на расстояние с преобразованием в энергию движителя выходного звена.
Долговечность гидропривода транспортно-технологических машин обуславливается сроком службы его агрегатов. В эксплуатационных условиях срок службы гидропривода значительно зависит от технического состояния наиболее сложных и ответственных составных частей — насоса, распределителя, гидроцилиндров.
Наиболее частые отказы в гидроприводах делятся на отказы, определяющиеся недопустимыми количественными изменениями некоторых параметров гидроагрегата, и другие, определяющиеся в системе изменением структурных связей.
Даже с учетом постоянного совершенствования конструкций гидропривода транспортно-технологических машин, его надежность на сегодняшний день остается достаточно низкой. Так, ресурс гидравлических распределителей в условиях эксплуатации в некоторых случаях не достигает 2000 моточасов, в то время как нормативный — 6000…8000 моточасов [3,4].
Согласно проведенным исследованиям [5] ресурс шестеренных насосов соответствует 45…50 % от номинального.
Потеря функциональности гидравлических передач может происходить из-за выхода какого-то параметра за рамки допустимой величины или в связи с нарушением работоспособности агрегатов гидропривода. Функциональные отказы гидропривода занимают 60 % от общего числа отказов, параметрические — 40 %.
Анализ происходящих отказов дал следующие значения: 42 % отказов связано с внешней негерметичностью, 16 % — несоответствием параметров, нормативам технической документации, 13 % — выходом из строя агрегата или его частей, 12 % — нарушением динамической устойчивости, 10 % — нарушением и повреждением механических элементов гидропередачи, 4 % — поломкой фильтров [3,4,5].
Неисправности, которые чаще всего наблюдаются среди элементов гидропривода, выглядят следующим образом:
- гидронасосы 11…20 %;
- распределители 15…30 %;
- гидроцилиндры 7…9 %.
Эти данные практически подтверждаются проведенными исследованиями [6]. Отказы элементов привода:
- гидронасосов 15 %;
- распределительных устройств 20 %;
- силовых элементов 10 %.
Так, можно отметить, что одними из основных и наиболее ответственных агрегатов, снижающих показатели надежности гидросистем, являются шестеренные насосы. Основными причинами отказа этих гидромашин являются износ торцовых поверхностей сопряжения опорных втулок с шестернями, шестерен и шеек вала, износ и потеря эластичности резиновых уплотнений, износ и повреждения манжетного уплотнения. В некоторых случаях наблюдается разрыв корпуса [7].
Работа гидросистем мобильных машин происходит в сложных эксплуатационных условиях, например, в излишне запыленном окружающем воздухе. Твердые частицы коагулянтов, в результате попадания в неплотности и зазоры прецизионных соединений, приводят к изнашиванию сопрягаемых деталей, а также заклинивают детали распределительной и регулирующей аппаратуры в виду появления повышенных сил трения.
Работа гидравлических систем мобильных машин с высокой степенью надежности во многом зависит от качества рабочей жидкости. Существенно влияют на изменение свойств рабочей жидкости, особенно, физико-химических, следующие параметры гидросистемы: степень вентиляции и аэрации бака, силовой и температурный режим работы гидросистемы.
С вентиляцией и аэрацией бака связаны: диффузия воздуха и увеличение его притока в рабочую жидкость. Что улучшает его растворимость в рабочей жидкости, усиливает засорение ее частицами пыли, находящимися в воздухе и интенсифицирует окислительные процессы. За семь часов рабочего дня, при пахоте, в гидробак трактора класса 1,4…3,0 кН может поступить 0,1–2,4 г/м3 воздуха, содержащего 0,2–3,4 г/м3 пыли [4,6,7].
Установлено, что при работе на тракторах с навесными, полунавесными и прицепными гидрофицированными машинами через сапун в гидробак трактора поступает до 0,3–0,35 м3/ч воздуха, в одном кубическом метре которого содержится 0,16–160 г пыли [9].
Многие исследователи считают, что загрязнение рабочей жидкости абразивом — наиболее вредное явление процесса эксплуатации гидросистем мобильных машин. Есть мнение, что по распространенности и отрицательному воздействию на эффективность и ресурс работы машины изнашивание абразивом — одна из основных причин, сдерживающих технический прогресс.
Абразивное изнашивание — это механическое изнашивание материала в результате режущего или царапающего действия твердых тел или твердых частиц [7,8]. В условиях абразивного изнашивания сроки службы машин сокращаются от 2 до 10 раз.
Абразивное изнашивание подшипников колесных тракторов класса МТЗ-80/82 составляет: шариковых — 52,6 %, роликов — 71 %; гусеничных тракторов класса ДТ-75 — соответственно 62,9 и 47,5 % (согласно данным НАТИ) [10]. Характер износа подшипников — абразивный и объясняется низкой герметичностью агрегатов машин. В интервале между заменой масла в трансмиссии новой машины накапливается до 0,25 % абразивных частиц от массы всего тела (допустимый — 0,1 %).
Схожие показатели имеют и гидросистемы. Ттрактор Т-150К, с наработкой в 600 мото-ч., имеет в гидробаке 5,526 г пылевидной массы [10]. В естественных условиях эксплуатации реальное содержание загрязнений может быть и больше.
На различных работах мобильных машин велика степень насыщения воздуха пылью вокруг них. При пахоте она составляет 0,05…1,1 г/м3; при севе — 0,2…2,5 г/м3; культивации — 0,9…2,2 г/м3; на транспортных работах — до 2,1 г/м3; при планировании земель — до 3,15 г/м3 [1,4]. Основу ее составляет (62…63 %) окись кремния — наиболее агрессивный абразивный компонент, с твердостью в 2…3 раза выше твердости многих сталей [1].
Средняя концентрация загрязнения по массе составляет 0,071 % [9]. Концентрацию загрязнения рабочей жидкости 0,06–0,08 % имеет 31 % гидросистем; 0,05–0,09–57,6 % и 0,04–0,1–78 %.
Дисперсный состав частиц коагулянтов показал, что около 95 % частиц имеют размер до 10 мкм; около 3–5 % — размер 10–25 мкм; около 2 % — размер 25…50 мкм [9].
Рассмотренные результаты исследований дают основание полагать, что в процессе изнашивания детали агрегатов гидросистем мобильных машин изменяют свои начальные геометрическую форму и размеры, а также нарушаются их регулировки. Взаимное расположение деталей, а также посадки в соединениях, могут быть нарушены из-за износов сопрягаемых поверхностей, что приводит к изменению режимов работы гидроагрегатов, дополнительным потерям рабочей жидкости и снижению КПД агрегатов.
В период эксплуатации происходит наибольшее загрязнение. Однако степень загрязнения для различных конструкций и типов гидросистем неодинаковый.
Различный уровень загрязнения объясняется различными условиями эксплуатации, техническим состоянием агрегатов, чувствительностью к загрязнению гидросистемы, вызванной ее конструктивными особенностями, условиями технического обслуживания, хранения техники и ее ремонта [4,7].
Таким образом, абразивное изнашивание является основным видом изнашивания деталей агрегатов гидросистем. Такому виду изнашивания подвержены втулки, корпуса и цапфы шестеренных насосов, уплотнения, штоки гидроцилиндров, прецизионные детали распределительных устройств и др. Абразивное изнашивание вызвано, в первую очередь, посторонними примесями, содержащимися в рабочей жидкости, гидроемкостях, агрегатах и т. д. Примеси различаются по своим физико-химическим свойствам. Их главные физические характеристики — размер частиц и твердость, которые в основном состоят из кварца, полевого шпата и окисидов металлов.
Литература:
1. Орехов, А. А. Снижение интенсивности изнашивания зубчатых тракторных трансмиссий применением рациональных температур трансмиссионных масел: Автореф. дис. … канд. техн. наук / А. А. Орехов. — Пенза, 2001. — 20 с.
2. Ловкис, З. В. Гидроприводы сельскохозяйственной техники: конструкция и расчет / З. В. Ловкис. — М.: Агропромиздат, 1990. — 239 с.
3. Ионов, П. А. Выбор оптимальных режимов восстановления изношенных деталей электроискровой наплавкой: Автореф. дис. … канд. техн. наук / П. А. Ионов. — Саранск, 1999. — 18 с.
4. Ефимов, В. В. Обеспечение эксплуатационной надежности гидросистем сельскохозяйственной техники при альтернативном использовании рапсового масла в качестве рабочей жидкости: Автореф. дис….канд. техн. наук / В. В. Ефимов. — Самара, 2000. — 18 с.
5. Величко, С. А. Восстановление и упрочнение электроискровой наплавкой изношенных отверстий чугунных корпусов гидрораспределителей: Автореф. дис.…канд. техн. наук / С. А. Величко С. А.. — Саранск, 2000. — 16 с.
6. Сырицын, Т. А. Эксплуатация и надежность гидро- и пневмоприводов / Т. А. Сырицын. — М.: Машиностроение, 1990. — 248 с.
7. Рылякин, Е. Г. Повышение работоспособности тракторных гидросистем терморегулированием рабочей жидкости: Автореф. дис. … канд. техн. наук / Е. Г. Рылякин. — Пенза, 2007. — 22 с.
8. ГОСТ 27674–88. Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения. — М.: Изд-во стандартов, 1988. — 20 с.
9. Черкун, В. Е. Ремонт тракторных гидравлических систем / В. Е. Черкун. — М.: Колос.–1984. — 253 с.
10. Власов, П. А. Надежность сельскохозяйственной техники / П. А. Власов. — Пенза: РИО ПГСХА, 2001. — 124 с.
