ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН. Работа №20790

Новиков Л.В., Семенченко А.А.

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

Все грузоподъёмные машины оснащены гидравлическим приводом технологического оборудования. Однако работоспособность и эффективность гидравлического привода требует постоянного совершенствования.

В лесной промышленности, у предпринимателей с небольшими объемами лесосек, до сих пор на погрузке хлыстов и деревьев с кронами основным механизмом являются челюстные гидрофицированные лесопогрузчики перекидного типа, серийно выпускаемые ОАО Красноярским заводом лесного машиностроения. Наиболее тяжелонагруженным и уязвимым узлом грузоподъемных машин является, гидравлический привод от надёжности его элементов в основном зависит, производительность машин. На долю гидропривода приходится до 30-35%, а в зимнее время до 50% отказов всей машины. Поэтому основным направлением совершенствования гидрофицированных машин является повышение их производительности, как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации, а так же повышению работоспособности и эффективности гидравлического привода грузоподъемных машин, эксплуатируемых в различных условиях, в том числе экстремальных.

Повысить производительность лесопогрузчиков можно за счет улучшения условий его работы. Например, скорость ветра способствует улучшению теплообмена с окружающей средой и снижению температуры рабочей жидкости при прочих равных условиях, состояние грунта на погрузочной площадке и глубина снежного покрова увеличивают режим нагружения двигателя внутреннего сгорания и гидропривода.

Все это способствует повышению температуры рабочей жидкости.

Максимальная температура рабочей жидкости также зависит от температуры воздуха. Если погрузчик эксплуатируется непрерывно без простоев, то и температура жидкости увеличивается. На рисунке 1 приведены экспериментальные данные, полученные в условиях эксплуатации для лесопогрузчика ЛТ–188. Повышение температуры рабочей жидкости обусловлено внутренним трением масла и трением его о стенки трубопроводов, а также потерями на трение и деформацию потока жидкости в гидравлических агрегатах, прежде всего в дросселях.

Как показывают экспериментальные результаты, только через 1,5–2 часа (рисунок 1) после начала работы погрузчика температура рабочей жидкости стабилизируется. Режим работы гидропривода лесопогрузчика определяется в зависимости от коэффициента использования номинального давления kд, коэффициента продолжительности работы гидропривода под нагрузкой kп, коэффициента использования гидропривода по времени в течение смены kв и числа включений гидрораспределителя в час n. Анализ режимов работы гидропривода лесопогрузчика в условиях эксплуатации показывает, что значения указанных выше коэффициентов имеют следующие значения: kд = 0,5–0,7; kп = 0,7–0,8; kв = 0,8–0,9 и n = 200–250. По этим коэффициентам следует отнести режим работы гидропривода к тяжелому.

Рисунок 1- Зависимость температуры рабочей жидкости от температуры окружающей среды и продолжительности работы под нагрузкой

Это подтверждается количеством отказов гидрооборудования в течение всего периода эксплуатации.

На основании анализа опубликованных в технической литературе экспериментальных данных составлена таблица 1, в которой указаны значения коэффициентов полезного действия шестеренных насосов используемых на лесопогрузчиках. Эти результаты учтены при составлении и реализации математической модели для расчета производительности.

Таблица 1

Зависимости коэффициентов полезного действия гидропривода лесопогрузчика от температуры

Виды КПД

Температура рабочей жидкости, оС

– 20

0

20

40

60

80

Гидравлический

–

0,67

0,96

0,99

0,99

0,99

Механический

–

0,91

0,97

0,98

0,97

0,95

Гидромеханический

0,5

0,61

0,93

0,97

0,96

0,94

Объемный

0,72

0,84

0,88

0,82

0,72

0,55

Общий

0,36

0,51

0,82

0,79

0,69

0,52

Наибольший объем лесозаготовок производится в зимнее время. Поэтому необходимо создать гидрофицированные машины способные эксплуатироваться при низких температурах.

Экспериментальными исследованиями установлено, что снижение температуры рабочей жидкости ниже 0ос и повышение её выше +40ос вызывает в гидроприводе следующие отрицательные явления:

– повышение потребляемой мощности насоса, происходящей из-за увеличения давления на прокачивание жидкости по напорному и сливному трубопроводу;

– снижение усилия развиваемого на штоках гидроцилиндров;

– разрыв сплошности потока жидкости во всасывающей гидролинии, который приводит к кавитационным явлениям в насосах;

– увеличение трения жидкости в трубопроводах, гидроаппаратуре и местных сопротивлениях;

– увеличение механического трения в насосах, распределителях, клапанной гидроаппаратуре;

– изменение зазоров в золотниковых распределителях, клапанной аппаратуре, плунжерах аксиально-плунжерных насосах;

– снижение эффективности уплотнительных элементов, что вызывает внутренние и внешние утечки рабочей жидкости;

– ухудшению динамических характеристик гидропривода и тд.

На рисунке 2 приведены зависимости параметров и характеристик гидропривода с шестеренными насосами от температуры (вязкости) рабочей жидкости.

Рисунок 2. Зависимость параметров гидропривода с шестеренными насосами от температуры (вязкости) рабочей жидкости

Этот график обобщает результаты исследований многих отечественных и зарубежных ученых. Он подтверждает приведенные выше выводы. На рисунке 2 приведены численные значения параметров, которые можно использовать при решении математических моделей гидропривода.

Обозначения принятые на этом рисунке: x – коэффициент местных сопротивлений; gт – часовой расход топлива двигателем внутреннего сгорания; рв – давление жидкости во всасывающей камере насоса; ∆Р – потери давления в напорной линии лесопогрузчика; П – производительность лесопогрузчика; tц – время цикла лесопогрузчика; hоб – объемный кпд шестеренного насоса; fз – сила трения золотника секционного распределителя; fу – сила трения уплотнителей поршня гидроцилидров; qф – поток жидкости через линейный фильтр; jq – износ золотников распределителей; nн – мощность привода насоса; ki – интенсивность окисления рабочей жидкости.

Анализ работоспособности гидравлического привода машин, эксплуатируемых в климатических условиях с широким диапазоном температуры окружающей среды показывает, что основными отказами, а также снижением производительности являются:

– изменение физических свойств и характеристик технического состояния рабочих жидкостей;

– температурные деформации деталей гидропривода (золотников, плунжеров, корпусов, резьбовых соединений);

– изменение физико-механических свойств материалов, из которых изготовлено гидрооборудование.

Повышение температуры рабочей жидкости также неблагоприятно влияет на параметры и характеристики гидропривода. При повышении температуры выше +50оС вязкость её снижается до 70×10–6 м2/с и менее, что ухудшает защитные свойства масел, увеличивается сила трения, интенсивность износа поверхностей деталей гидрооборудования, и т.д.

И, наконец, такой фактор как изменение зазоров в соединениях и температурная деформация деталей гидрооборудования также влияет на эксплуатационную производительность машин. Этот фактор может вызвать аварийные последствия из-за защемления подвижных элементов в направляющей и регулирующей гидроаппаратуре. Отказы сопровождаются разрушением трубопроводов, корпусов насосов, деформацией гильз и штоков гидроцилиндров, а также разрушением элементов металлоконструкции навесного технологического оборудования лесопогрузчиков. Эти отказы приводят к длительным простоям лесопогрузочных машин в ремонте, многие элементы гидрооборудования восстановлению не подлежат, и требуется только полная его замена.

Следовательно, параметры и характеристики гидравлического привода определяют производительность гидрофицированных машин. Повысить производительность машин можно различными способами, как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации.

Литература:

1 Селиванов Н.И. Эффективное использование тракторов в зимних условиях Восточной Сибири: науч. изд. / Н.И. Селиванов. – Красноярск 2006. – 52 с.

2. Орлов Ю.М. Объемные гидравлические машины. Конструкция, проектирование, расчет: науч. изд. / Ю.М. Орлов. – М.: Машиностроение, 2006. – 223 с.