Применение гидропривода

        Гидропривод – это совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель [1,c.148].

        Для перемещения рабочих органов металлургического оборудования и в других отраслях промышленности и, в частности, для осуществления возвратно – поступательного движения рабочих органов широко используют гидравлические приводы, особенно в тех случаях, когда необходимы значительные усилия на рабочих органах машины при малых габаритных размерах привода, высокая плавность перемещения и эксплуатационная надежность. Применение гидравлических приводов целесообразно и тогда, когда нужно обеспечить бесступенчатое регулирование их скорости, высокую частоту реверсирования и автоматическое управление.

        Широкое применение получил гидропривод с механическим управлением (гидромеханический привод), состоящий из распределительного устройства золотникового типа, исполнительного механизма в виде гидроцилиндра, а также входных управляющих и выходных силовых тяг. Эти приводы предназначены для перемещения управляемых элементов вручную или автоматически.

        В зависимости от принципа действия исполнительного механизма гидроприводы делятся на гидроприводы вращательного и поступательного движения. В гидроприводах вращательного движения в качестве исполнительных механизмов применяют гидромоторы, а в гидроприводах поступательного движения – гидроцилиндры. Многие сборочные единицы и детали этих приводов, в том числе и детали гидромоторов, имеют много общего в конструктивном и технологическом отношениях. Наиболее широкое применение нашли гидроприводы поступательного движения, отличающиеся простотой, высокой надежностью и технологичностью конструкций.

Достоинства и недостатки гидросистем

1. Передача больших усилий на малом пространстве.

2. Высокая концентрация энергии.

3. Возможность аккумулирования энергии.

4. Плавное изменение значений движущих сил (скоростей, сил, моментов и так далее).

5. Хорошая контролируемость возникаемых сил.

6. Быстрый реверсивный режим благодаря малым массам (незначительные моменты инерции) приводных элементов.

7. Высокая динамика переключения.

8. Равномерное движение (безударное и безвибрационное).

9. Большой диапазон передачи.

10. Простой способ преобразования вращательных движений в прямолинейные движения или наоборот.

11. Конструктивная свобода действий при размещении элементов конструкций.

12. Пространственное отделение привода и отвода мощности с помощью труб и гибких трубопроводов.

13. Возможность автоматизации всех видов движений и вспомогательных движений с помощью управляющих распределителей и электрической передачи команды.

14. Возможность применения стандартных элементов и групп конструктивно объединенных элементов.

15. Предохранение от перегрузок.

16. Незначительный износ, поскольку смазка гидравлических элементов производится с помощью рабочей среды.

17. Высокий срок службы.

18. Возможность регенерации энергии.

1. Потери давления и напора (жидкостное трение) в трубопроводах и органах управления.

2. Зависимость вязкости масла от температуры и давления.

3. Сжимаемость жидкости.

4. Учечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления.

5. Более низкий КПД (по приведенным выше причинам), чем у сопоставимых механических передач.

6. Необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости и защиты от проникновения в нее воздуха.

7. Пожароопасноть в случае применения горючей рабочей жидкости.

Основные элементы и неисправности гидросистем

        Основными элементами в гидросистемах металлургических машин, для которых необходимо выявление неисправностей и причин отказов в эксплуатационных условиях, являются насосы, гидрораспределители, гидромоторы, гидроцилиндры, перепускные и предохранительные клапаны [3,c.197]. В результате износа поверхностей сопряжений насосов снижается объемный к.п.д., что снижает эффективность насосного агрегата в целом. При неисправности гидрораспределителей и гидроцилиндров увеличиваются внутренние перетечки и наружные утечки рабочей жидкости, что также снижает объемный к.п.д. гидросистемы. Указанные неисправности вызывают в гидропроводах шум, вибрации, стуки, повышение температуры рабочей жидкости и так далее. Выход из строя гидропривода машины требует быстрой постановки диагноза и немедленного принятия решения.

– давление в нагнетающей магистрале не соответствует техническим условиям;

– давление в силовой магистрале превышает допустимое;

– подача гидронасосов меньше допустимой;

– внешняя негерметичность превышает допустимую;

– пульсация давления за гидронасосом превышает допустимую;

– количество рабочей жидкости в гидробаке меньше допустимого;

– силы трения исполнительного механизма выше допустимого;

– потери давления в гидроагрегате выше допустимых;

– загрязненность рабочей жидкости выше допустимой;

– температура рабочей жидкости выше допустимой.

– с помощью органов чувств;

– с помощью приборов и инструментов.

        Простейшие неисправности гидросистемы можно определить с помощью органов чувств – увидев, услышав, ощутив. На практике многие проблемы решаются именно таким способом, без применения каких-либо инструментов, приборов и оборудования. Если с помощью органов чувств не удалось выявить неисправность, то необходимо использовать приборы: манометры, расходомеры и так далее.

        Принципиальная схема гидропривода для осуществления возвратно – поступательного движения рабочего органа показана на рисунке 1 [3,c.13].

Рисунок 1 – Принципиальная схема гидропривода:

1 – электродвигатель; 2 – насос; 3 – трубопровод; 4 – предохранительный клапан; 5 – бак; 6 – гидроцилиндр; 7 – поршень; 8 – груз; 9 – распределитель; 10 – дроссель

        Насос 2, приводимый электродвигателем 1, всасывает жидкость из бака 5 и перекачивает ее по трубопроводу 3 в гидроцилиндр 6 через распределитель 9 и дроссель 10. Расположенный в конце трубопровода поршень 7 оказывает сопротивление движению жидкости. Давление в полости «б» нарастает до тех пор, пока не будет преодолено сопротивление поршня и поршень с грузом 8 не придет в движение. Чтобы предохранить систему от перегрузки (не допустить повышение давления в системе выше максимального заданного уровня), устанавливается предохранительный клапан 4. Пружина в таком клапане механически прижимает шарик к седлу, а существующее в трубопроводе давление действует на поверхность шарика. Шарик открывает клапан, когда сила давления жидкости, воздействующая на шарик, превысит усилие пружины. С этого момента давление больше не увеличивается, так как жидкость, нагнетаемая насосом сливается в бак. Направлением движения поршня управляет распределитель 9. Если изменить положение золотника в распределителе, можно соединить трубопроводы А и P. В этом случае жидкость через распределитель течет от насоса в полость «а». Поршень двигается вниз и груз опускается. Жидкость из камеры «б» через распределитель поступает в бак 5.

Определение системы технической диагностики, цели и задач диагностирования гидропривода

        Система технической диагностики – это комплекс средств автоматизированного контроля работоспособности и поиска неисправностей гидросистем [3,c.197].

        Цель диагностирования – повысить надежность металлургического оборудования. Отказы машин и механизмов влекут за собой тяжелые последствия, например, потери производства, повышенный расход запасных частей, материалов, энергии, трудовых ресурсов. Методы технической диагностики позволяют без разборки обнаружить дефекты и механические повреждения, изучить динамику их развития, своевременно подготовить и реализовать технические решения, предупреждающие отказы [6,c.266].

– разработка алгоритмов диагностирования гидравлических приводов;

– прогнозирование изменения их технического состояния при эксплуатации;

– выбор методов диагностирования;

– разработка средств диагностирования [5].

– установлению наличия или отсутсвия в объекте диагностирования дефектных элементов и выявлению допущенных при сборке ошибок;

– оценке работоспособности машин перед пуском их в работу после ремонтов;

– обнаружению возникающих во время эксплуатации неисправностей.

Выбор системы измерения и средств диагностирования

        Для диагностирования гидропривода применяются различные иструменты, приборы и оборудование. Для того, чтобы установить влияние потока сигналов на поток мощности, необходимо измерить параметры режима работы, при этом принимаются в первую очередь измеряемые гидравлические параметры (давление, поток, температура и другие). Также должны поддаваться измерению механические параметры: перемещение, сила, число оборотов, скорость или ускорение.

– требуемая точность измерения;

– диапазон измерения;

– допустимый температурный диапазон;

– верхняя и нижняя предельные частоты;

– допустимый диапазон давления;

– расстояние между чувствительным элементом и обработкой данных измерений;

– поведение по отношению к воздействиям окружающей среды;

– наличие подходящих типов;

– стоимость.

        Чувствительные элементы датчиков должны быть простой конструкции, выгодными по цене, взаимозаменяемыми и должна быть возможность их повсеместного применения [2,c.27].

        Технические средства диагностирования относятся к измерительно-информационным системам и используются для определения состояния технических систем. Они включают аппаратурные средства, программные средства и эксплуатационно-техническую документацию [5]. Технические средства диагностирования (ТСД), к которым относятся аппаратурные и программные средства, объединены единством решения задач технической диагностики с заданной достоверностью.

– определения работоспособности (исправности, правильности функционирования);

– поиска дефектов;

– прогнозирования изменения состояния;

– определения работоспособности и поиска дефектов;

– определения и прогнозирования работоспособности;

– определения работоспособности, поиска дефектов и прогнозирования изменения состояния.

– датчиков, обеспечивающие преобразование различных физических величин в электрические сигналы;

– коммутации, обеспечивающие подключение различных величин по определенной программе;

– памяти для хранения эталонных значений допусков, промежуточных результатов;

– индикации и регистрации для отображения результатов, получаемых в результате выполнения процедур измерения, контроля, вычисления и диагностирования;

– обработки, объем операций в которых может изменяться в широком диапазоне от простых логических операций при выдаче результата контроля по обобщенному параметру до сложных вычислений при определении функциональных зависимостей в процессе измерения или решения задачи прогнозирования (экстраполяции) в процессе диагностирования. Для реализации блока обработки привлекаются вычислительные средства;

– управления, реализующего принятую программу диагностирования.

        Рассмотрим, в качестве примера, комплект оборудования для диагностики и настройки СДМ–6–450 (рисунок 2) [7].

Рисунок 2 – Комплект оборудования для диагностики и настройки СДМ–6–450:

1 – универсальный гидротестер; 2 – датчики расхода, давления, температуры и частоты вращения вала дизеля; 3 – электронный микропроцессорный прибор; 4 – соединительные рукава; 5 – трехходовые краны; 6 – переходники; 7 – резъбовые пробки для отвода рабочей жидкости в бак; 8 – арматура; 9 – ультрозвуковой течеискатель; 10 – блоки контроля «стучащих» соединений и калибровки; 11 – аккумулятор; 12 – индикатор с адаптером загрязнения рабочей жидкости; 13 – магнитный фильтр; 14 – приспособление для установки датчика частоты вращения на вал отбора мощности; 15 – мультиметр.

– измерять подачу насосов и расход в элементах гидропривода (10 – 400 л/мин), внутренние утечки, температуру рабочей жидкости, давление в гидролиниях (0,5 – 40 МПа), частоту вращения вала дизеля (100 – 6000 об/мин);

– настраивать индивидуально первичные и вторичные предохранительные клапаны;

– находить место внутренних утечек в гидролиниях и оценивать их величину;

– диагностировать не менее 250 машин в год;

– прогнозировать безотказную работу гидропривода.

        Для диагностирования гидропривода также целесообразно применять диагностический комплект «Гидротестер ГТ-600М» (рисунок 3) [8].

Рисунок 3 – Общий вид гидротестера ГТ – 600М

        Он предназначен для определения технического состояния гидроагрегатов в гидроприводах машин, станков, грузоподъёмных кранов, прокатных станов, прессов и оборудования различного назначения.

Алгоритм диагностирования

        На рисунке 4 представлена схема диагностической системы насосной установки одного из прокатных станов с выводом информации на пульт оператора насосных установок и главный пульт управления станом.

Рисунок 4 – Пульт управления и диагностики

        Общими диагностическими параметрами являются давление масла в гидросистеме, температура и уровень масла в баке, состояние фильтров, факт включения и выключения элементов гидросистемы. Температура, давление и уровень масла определяются при помощи датчиков, установленных в контролируемых точках, а факт включения и выключения приводов насосов и гидроаппаратуры определяется при помощи датчиков положения или замыкания контактов в электрических цепях управления приводом насосов.

        На пульте постоянно включены лампы индикации уровня и температуры масла в баке, загрязненности фильтров, положения циркуляционного насоса (включен, выключен). При необходимости включается система подогрева масла. Если указанные параметры гидросистемы в норме, то оператор при помощи ключей может собрать для включения электрические схемы приводов насосов. По мере готовности схем загораются индикаторные лампы. Запуск привода насосов (при любом количестве подготовленных к запуску) осуществляется при помощи специального тумблера. Также при помощи отдельного тумблера одновременно выключаются все насосы. Выполнение указанных операций индицируется при помощи сигнальных ламп. Не исключается выключение привода любого насоса при помощи ключа. Давление в гидросистеме контролируется при помощи датчиков давления и индицируется при помощи сигнальных ламп на пульте в трех положениях (давление нормальное, давление низкое, давление слишком низкое). При низком и слишком низком давлении, что свидетельствует об аварии в гидросистеме, насосы могут быть выключены. Также отключаются насосы при достижении в баке уровня жидкости ниже отметки «Долить». Превышение уровня масла в баке свидетельствует об аварии в системе, тогда запуск насосов невозможен. При этом включается звуковая сигнализация [3,c.198].

Заключение

        В настоящее время в металлургической, горной и в других отраслях промышленности гидравлика и гидропривод находят все большее применение. Значит должны разрабатываться пути их диагностирования, сервисного обслуживания. Все это подразумевает проектирование и внедрение систем диагностирования гидропривода. Использование этих систем позволит: обеспечить контроль состояния и поиск неисправностей элементов гидропривода; уменьшить потери производства и расход материальных и трудовых ресурсов; повысить надежность оборудования.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гейер В.Г., Дулин В.С., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод: Учебное пособие для вузов. – 3-е изд., пераб. и доп. – М.: Недра, 1991. – 331с.

2. П.Дрекслер, Х.Фаатц, Ф.Файхт и др. Проектирование и сооружение гидроустановок: Учебный курс по гидравлике. В 4-х т. Т.3 – Маннесманн Рексрот, 1988. – 376с

3. Иоффе А.М., Кукушкин О.Н., Наумчук Ф.А. и др. Гидравлическое оборудование металлургических цехов. – М.:Металлургия, 1989. – 248с.

4. Башта Т.М. Техническая диагностика гидравлических приводов. – М.: Машиностроение, 1989. – 423с.

5. Кравченко В.М., Сидоров В.А., Седуш В.Я. Техническое диагностирование механического оборудования. – Донецк: Юго – Восток, 2007. – 447 с.

6. Седуш В.Я. Надежность, ремонт и монтаж металлургических машин: Учебник. – 3-е изд., перераб. и доп. – К.: НМК ВО, 1992. – 368 с.

7. http://www.zao.vniisdm.ru – Сайт института ЗАО «ВНИИСТРОЙДОРМАШ».

8. http://www.hydrotester.vdnh.ru – Сайт компании ЗАО ТПП «СЕДАП ПЛЮС».

   ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИНТЕРНЕТ – ИСТОЧНИКИ

9. http://assom.donntu.ru – Ассоциация механиков «АссоМ».

10. http://www.vibrotek.com – Ассоциация «ВАСТ».

11. http://intron-set.com.ua – Сайт донецкого НПП «ИНТРОН – СЭТ».