Спосіб визначення загального коефіцієнта корисної дії гідроприводу мобільних машин

Винахід відноситься до галузі визначення загального коефіцієнта корисної дії (ККД) гідроприводу мобільних машин, зокрема будівельних, дорожніх, землерийно-транспортних, сільськогосподарських і гірничих машин при їх виготовлені. До параметрів гідроприводу відносяться такі, за достатньою кількістю яких визначається величина загального ККД гідроприводу мобільних машин, наприклад, тиск робочої рідини, в'язкість (температура) рідини, витрати (розхід) рідини, частота обертів вала насоса і інші. По величині загального ККД визначається якість гідроприводу при його виготовленні. Відомий термодинамічний спосіб [1], завдяки якому визначається величина загального ККД насоса по формулі DT¶ h= (1 - a p × T 2 ) × DT де DT¶ - температурний перепад робочої рідини на дроселі; ap - коефіцієнт температурного розширення робочої рідини; T2 - температура на виході насоса; DT - перепад температури між входом насоса і виходом дроселя. Із даної формули витікає, що величина загального ККД насоса в значній мірі залежить від коефіцієнта температурного розширення робочої рідини. Ґрунтується даний спосіб на умові точного визначення температури на виході насоса і перепаду температури між входом насоса і виходом дроселя. Недоліком цього способу являється значна розбіжність встановлення фактичної величини температури при незначному відхиленні від заданої точки вимірювання, що призводить до зниження точності визначення ККД насоса. Крім того, використання цього способу не дозволяє визначати загальний ККД гідроприводу на стадії завершення виробництва мобільних машин, що також являється його недоліком. Підвищення точності визначення загального ККД насоса, відповідно винаходу [2], досягається за рахунок вимірювання між кратними періодами автоколивань параметрів гідроприводу, таких як: навантаження насоса по тиску рідини та крутильного моменту на його валу і при умові застосовування гідромотора в якості розходоміра із використанням об'єму робочої камери та частоти обертів вала гідромотора. Тоді, величина загального ККД насоса визначається по формулі (без урахування розмірностей складових формули) Pн × Vраз × nраз h= Мн × nн де Pн - навантаження насоса по тиску; Мн - крутильний момент на валу насоса; nн - частота обертів вала насоса; Vраз - об'єм робочої камери розходоміра (стала величина); n раз - частота обертів вала розходоміра. Із опису цього винаходу витікає, що автоколивання це не інакше, як власні коливання. Оскільки автоколивальний стан для гідроприводу являється небажаним. В зв'язку з цим використовують різні методи, які знижують можливості його виникнення. В процесі роботи сучасного гідроприводу рівень власних коливань відносно середнього значення незначний і використання цього способу для визначення ККД по параметрам, які попадають в зону між кратними періодами власних коливань тільки значно ускладнює процес встановлення ККД насоса, що являється його недоліком. Недоліком цього винаходу також являється те, що він не забезпечує визначення загального ККД гідроприводу на стадії завершення виробництва мобільних машин. Відомий також спосіб визначення ККД насоса [3] згідно якому, при випробуваннях, величини загального ККД і коефіцієнта подачі насоса визначаються при номінальних параметрах, тобто коли навантаження насоса по тиску рідини і по частоті обертів вала насоса підтримуються сталими на рівні номінальних значень, а в'язкість робочої рідини підтримується на рівні 30-35 мм 2/с (сСт) за рахунок зміни стану температури робочої рідини. Крім того, згідно із [3] для зменшення пульсації тиску рідини на виході насоса, при його навантаженні по тиску, рекомендується використовувати гідравлічний дросель або інший тип навантажувача. По сукупності суттєви х ознак даний спосіб являється найбільш близьким до заявленого і він прийнятий за прототип. Із достатньою точністю по прототипу забезпечується визначення загального ККД насоса. Разом з тим, недоліком прототипу являється те, що він не забезпечує встановлення загального ККД гідроприводу на стадії завершення виробництва мобільних машин в цілому. В основу винаходу покладена задача встановлення з високою точністю величини загального ККД гідроприводу на стадії завершення виробництва мобільних машин. Ця задача вирішена за рахунок того, що по способу визначення загального ККД гідроприводу мобільних машин, при завершені їх виробництва, використовуються початкові величини загального ККД і коефіцієнта подачі насоса, які встановлюються при вимірюванні параметрів з одночасним підтримуванням тиску рідини на виході насоса і частоти обертів вала насоса на номінальному рівні, а в'язкості рідини на рівні 30-35 мм 2/с. При випробуваннях гідроприводу мобільних машин для визначення його загального ККД при умові підтримування незмінними наведених параметрів можна стверджувати, що величини загального ККД і коефіцієнта подачі насоса є сталими і відомими. При цьому додатково реєструють тиск на вході в робочу порожнину і на виході із неробочої порожнини гідроциліндра, а також фактичний час переміщення штока на фіксованій відстані, після чого визначають величину загального ККД гідроприводу машини з урахуванням напрямку переміщення штока гідроциліндра по одній із формул: h пр = ( ( ) h заг × Рп.пр - Рш. пр × 1 - e 2 × p × D 2 × l × z × 15 - для прямого ходу штока h зв = K Q × Pн × (1 + k × z ) × t ф × Vo × n ( ( 2 ) ) 2 h заг × Рш. зв × 1 - e - Р п.зв × p × D × l × z × 15 K Q × Pн × (1 + k × z ) × t ф × Vo × n - для зворотного ходу штока h пр , hзв де - величина загального ККД гідроприводу мобільної машини визначена при виконані гідроциліндром прямого і зворотного ходу штока, відповідно; h заг , К Q - початкові значення загального ККД і коефіцієнта подачі насоса, встановлених при його випробуваннях, відповідно; Pп.пр , Р ш.пр - тиск рідини на вході робочої (поршневої) і на виході із неробочої (штокової) порожнин гідроциліндра при виконані ним прямого ходу штока, відповідно, МПа; Рш. зв , Р п. зв - тиск рідини на вході робочої (штокової) і на виході із неробочої (поршневої) порожнин гідроциліндра при виконані ним зворотного ходу штока, відповідно, МПа; Р н - номінальний тиск рідини на виході із насоса, МПа; p - число 3,14; D - діаметр поршня гідроциліндра (стала величина), мм; e - коефіцієнт відношення діаметра штока до діаметра поршня гідроциліндра (стала величина); l - фіксована відстань переміщення штока гідроциліндра, на якій реєструються параметри гідроприводу, (стала величина), м; z - кількість паралельно працюючих гідроциліндрів, які забезпечують управління робочим обладнанням мобільної машини; 15 - коефіцієнт, який зв'язує прийняту розмірність складових цих формул; k - складова, яка враховує сили тертя в ущільнювальних пристроях та рухливи х сполученнях гідроциліндра і досягає значення 0,03...0,1, приймається середнє значення 0,065; tф - фактичний час (секунди) переміщення штока гідроциліндра на фіксованій відстані довжиною l ; Vk - робочий об'єм за один оберт вхідного вала насоса, (стала величина), см 3/об; n - номінальна частота обертів вхідного вала насоса, об/хв. Фіксована відстань переміщення штока гідроциліндра, на якій реєструються параметри гідроприводу мобільних машин, визначається з умови виключення на ній перехідних процесів, пов'язаних зі зміною тиску рідини. Таким чином ця задача вирішена за рахунок заявленого способу, що полягає в досягненні технічного результату, завдяки якому встановлюється відповідність проектного, тобто розрахункового значення загального ККД, вимірювальній величині загального ККД гідроприводу мобільних машин на стадії завершення їх виробництва. Якщо величина загального ККД при вимірюваннях дорівнює або близька до проектного значення, то це засвідчує про те, що гідропривід відповідає всім вимогам і в умовах експлуатації забезпечить задану надійність роботи. Між відмінними ознаками винаходу і те хнічним результатом є причинно-наслідковий зв'язок. Завдяки тому, що в заявленому способі визначення загального коефіцієнта корисної дії гідроприводу мобільних машин додатково реєструють тиск на вході в робочу порожнину і на виході із неробочої порожнини гідроциліндра, а також фактичний час переміщення штока на фіксованій відстані, після чого визначають величину загального ККД гідроприводу машини з урахуванням напрямку переміщення штока гідроциліндра по одній із формул, цим забезпечується точне визначення загального ККД гідроприводу мобільних машин на стадії завершення їх виробництва, що дозволяє оцінити якість виготовлення гідроприводу цих машин. Такий технічний результат не можна одержати, якщо з наведеної сукупності ознак виключити будь-яку. При випробуваннях насоса по вимірюваним параметрам при підтримуванні тиску рідини на виході насоса та частоти обертів вала насоса на номінальному рівні, а в'язкості рідини на рівні 30-35 мм 2/с визначаються початкові величини загального ККД і коефіцієнт подачі насоса шляхом обчислювання по відомим формулам [3]. При визначенні загального ККД гідроприводу мобільної машини також підтримується тиск рідини на виході насоса та частота обертів вала насоса на номінальному рівні, а в'язкість рідини на рівні 30-35 мм 2/с. При цьому тиск рідини створюється тарірованим тягарем або лінійним дроселем, який забезпечує номінальний тиск на виході насоса. Тоді за рахунок додаткового реєстрування тиску на вході в робочу порожнину і на виході із неробочої порожнини гідроциліндра, а також фактичного часу переміщення штока на фіксованій відстані визначають величину загального ККД гідроприводу машини з урахуванням напрямку переміщення штока гідроциліндра по одній із наведених формул. Даний винахід ілюструється прикладом. На фіг. 1 показана загальна схема гідроприводу мобільної машини з розміщенням датчиків для реєстрації параметрів гідроприводу, за якими визначається його загальний ККД. На фіг. 2 і 3 показані схеми підключення лінійного дроселя для забезпечення навантаження гідроприводу при виконанні гідроциліндром прямого і зворотного ходу штока, відповідно. Спосіб визначення загального ККД гідроприводу мобільних машин (фіг. 1) включає двигун внутрішнього згорання (ДВЗ) 1, гідронасос постійної подачі 2, на виході якого вмонтований датчик тиску 3. Насос 2 з'єднаний одночасно з запобіжним клапаном 4, з напірним трубопроводом 5 та з гідророзподільником 6. В свою чергу, гідророзподільник 6 з'єднаний зливною гідролінією 7 і фільтром 8 з масляним баком 9. Керування гідророзподільником 6 забезпечується електромагнітами 10 і 11. Масляний бак 9 укомплектований датчиком температури 12. Гідророзподільник 6 з'єднаний за допомогою гідроліти 13 і 14 з гідроциліндром 15. В поршневій і штоковій порожнинах гідроциліндра 15 вмонтовані датчики тиску 16 і 17. По ходу штока гідроциліндра на заданій відстані розміщені вимикачі 18 і 19. Датчик частоти обертів 20 контактує з валом насоса 2. Датчики 3, 12, 16, 17, 20 і вимикачі 18 і 19 з'єднані з рознімним вузлом 21, за допомогою якого ці датчики, в свою чергу, з'єдн уються зі вторинним приладом, (на кресленні не показаний). Навантажування гідроприводу мобільної машини замість тарірованого тягаря забезпечується лінійним дроселем, який вмонтований послідовно на вході робочої порожнини гідроциліндра, як це показано, наприклад, на фіг. 2 для прямого напрямку переміщення штока і для зворотного напрямку переміщення штока, див. фіг. 3. Лінійний дросель 22 виконаний в затворі 23 керованого клапана 24 односторонньої дії. При цьому він з'єднаний через двохпозиційний, двохлінійний гідророзподільник 25 з гідролінією 14 при прямому ході штока (фіг. 2) або з гідролінією 13 при зворотному напрямку переміщення штока (фіг. 3). Керування гідророзподільником 25 забезпечується електромагнітом 25. Визначення загального ККД гідроприводу мобільної машини забезпечується таким чином. Насос 2, перетворюючи підведену механічну енергію в гідравлічну, направляє робочу рідину з бака 9 по напірному трубопроводу 5 через розподільник 6, наприклад, при прямому ході штока в поршневу порожнину гідроциліндра 15. Рідина, яка виштовхується зі штокової порожнини гідроциліндра 15 по зливному трубопроводу 14 через розподільник 6 і фільтр 8 направляється в масляний бак 9. При цьому, номінальний тиск робочої рідини, який створюється насосом 2 сприймається датчиком тиску рідини 3, а також датчиками тиску рідини 16 в робочій (поршневій) і 17 в неробочій (штоковій) порожнинах гідроциліндра 5. При переміщенні штока гідроциліндра 15 включається кінцевий вимикач 18. З моменту його включення і при умові втримання сталими на номінальному рівні навантаження насоса по тиску і по частоті обертання вала насоса 2 та в'язкості робочої рідини на рівні 30-35 мм 2/с інформація направляється через рознімний вузол 21 від датчиків 3, 16, 17 і 20, а також час, що затрачується на переміщення штока до моменту виключення кінцевого вимикача 19 і реєструється приладом, який на кресленні не показаний. Тоді, загальний ККД гідроприводу мобільної машини при використанні насоса постійної подачі і при виконанні гідроциліндром прямого ходу штока визначається по формулі h пр = ( ( )) hзаг × Рп.пр - Р ш.пр × 1 - e 2 × p × D 2 × l × z × 15 K Q × Pн × (1 + k × z) × t ф × Vo × n h де пр - величина загального ККД гідроприводу мобільної машини, визначена при виконані гідроциліндром прямого ходу штока; h заг , К Q - початкові значення загального ККД і коефіцієнта подачі насоса, встановлених при приймальноздавальних випробуваннях, відповідно; Pп.пр , Р ш.пр - тиск рідини на вході робочої (поршневої) і на виході із неробочої (штокової) порожнин гідроциліндра при виконані ним прямого ходу штока, відповідно, МПа; Р н - номінальний тиск рідини на виході із насоса, МП а; p -число 3,14; D - діаметр поршня гідроциліндра (стала величина), мм; e - коефіцієнт відношення діаметра штока до діаметра поршня гідроциліндра (стала величина); l - фіксована відстань переміщення штока гідроциліндра, на якій реєструються параметри гідроприводу, (стала величина), м; z - кількість паралельно працюючих гідроциліндрів, які забезпечують управління робочим обладнанням мобільної машини; 15 - коефіцієнт, який зв'язує прийняту розмірність складових цієї формули; k - складова, яка враховує сили тертя в ущільнювальних пристроях та рухливи х сполученнях гідроциліндра і досягає значення 0,03... 0,1, приймається середнє значення 0,065; tф - фактичний час (секунди) переміщення штока гідроциліндра на фіксованій відстані довжиною l ; Vk - робочий об'єм за один оберт вхідного вала насоса, (стала величина), см 3/об; n - номінальна частота обертів вхідного вала насоса, об/хв. Фіксована відстань l переміщення штока гідроциліндра, на якій реєструються параметри гідроприводу мобільних машин, визначається з умови виключення на ній перехідних процесів. В залежності від призначення мобільної машини зворотній хід може бути більш навантаженім ніж прямий хід штока. Тоді для визначення загального ККД гідроприводу мобільної машини слід виконати такі дії. Необхідно забезпечити відповідність заданим умовам по навантаженню насоса по тиску рідини, частоті обертання вала насоса і в'язкості робочої рідини. В'язкість рідини забезпечується на рівні 30-35 мм 2/с зміною її температури. При переміщені штока гідроциліндра в зворотному напрямку включається кінцевий вимикач 19. З моменту його включення і з умови втримання сталими тиску рідини і частоти обертання вала насоса на номінальному рівні та в'язкості робочої рідини на рівні 30-35 мм 2/с інформація направляється через рознімний вузол 21 від датчиків 3, 16, 17 і 20, а також час, що затрачується на переміщення штока до моменту виключення кінцевого вимикача 18 і реєструється приладом, який на кресленні не показаний. По результатам реєстрації параметрів при зворотному напрямку переміщення штока гідроциліндра і використанні насоса постійної подачі визначається величина загального ККД гідроприводу по формулі h зв = ( ( 2 ) ) 2 h заг × Рш. зв × 1 - e - Р п.зв × p × D × l × z × 15 K Q × Pн × (1 + k × z ) × t ф × Vo × n де h зв - величина загального ККД гідроприводу мобільної машини, визначена при виконані гідроциліндром зворотного ходу штока; Рш. зв , Р п. зв - тиск рідини на вході робочої (штокової) і на виході із неробочої (поршневої) порожнин гідроциліндра при виконані ним зворотного ходу штока, відповідно, МПа. Включення в процес навантажування (див. фіг. 2 і 3), лінійного дроселя 22, який безпосередньо виконаний в затворі 23 керованого клапана 24 односторонньої дії, забезпечується тільки при подачі струму на електромагніт 26 двохпозиційного і двохлінійного гідророзподільника 25. Так, при подачі струму на електромагніт 26 гідророзподілювача 25 включається в роботу позиція, яка роз'єднує порожнину управління керованого клапана 24 при прямому напрямку переміщення штока з неробочою гідролінією 14, а при зворотному напрямку переміщення штока з неробочою гідролінією 13. В результаті цього рідина від насоса направляється в поршневу або в штокову порожнину гідроциліндра в залежності від напрямку переміщення штока гідроциліндра 15 через лінійний дросель 22, який розраховується із умови забезпечення адекватного навантажування гідросистеми тарірованим тягарем номінальної ваги. При знеструмленні електромагніта 26 гідророзподілювача 25, включається така його позиція, завдяки якій рідина із гідроліті 14 або 13, в залежності від напрямку переміщення штока гідроциліндра 15, направляється в порожнину управління керованого клапана 24. Таким чином, знеструмлення електромагніта 26 забезпечує відкриття затвору 23, а це дозволяє рідині проходити через канал керованого клапана 24 вільно в обох напрямках, тобто при прямому (фіг. 2) і зворотному (фіг. 3) напрямках без додаткового навантаження гідроприводу машини. Вимірювання і реєстрація параметрів гідроприводу забезпечується різноманітними засобами, див. стор. 69 99, (Техническая диагностика гидравлических приводов/ Т.В. Алексеева, В.Д. Бабянская, Т.М. Башта и др.; Под общ. ред. Т.М. Башты. - Москва: Машиностроение. 1989. - 264с.). Крім того, див. стор. 62-67 (Черкашенко М.В. Гидропневмоавтоматика. Под общ. ред. К.В. Савельева - "Гидроэлекс", 2002. - 75 с.) практичні наробітки Гідроелєкса, дозволяють при сучасному розвитку мікропроцесорної техніки реалізувати заявлений спосіб в розробці приладу для визначення, з високою точністю, величини загального ККД гідроприводу мобільних машин при завершені їх виробництва. Заявлене рішення невідомо із рівня техніки, що дає змогу зробити висновок, що воно є новим. Заявлене рішення має винахідницький рівень тому, що воно явним чином не випливає для спеціаліста із рівня техніки. Винахід є промислово-придатним: і визначається тим, що проведені експериментальні дослідження з використанням сучасної вимірювальної техніки підтвердили працездатність цього способу. Перелік посилань: 1. Техническая диагностика гидравлических приводов/ Т.В. Алексеева, В.Д. Бабанская, Т.М.Башта и др.; Под общ. ред. Т.М. Ба шты. - Москва: Ма шиностроение. 1989. - стор. 124-125, схема вимірювання І, варіант 3. 2. А. с. СССР № 1760399 Способ определения первичных параметров режима работы машины циклического действия и устройство для его осуществления МКИ 5 G 01 L 3/26, 1992г. 3. ГОСТ 14658-86 Насосы объемные гидроприводов. Правила приемки и методы испытаний. - Москва: Издательство стандартов. 1987. - 18с. (прототип).