ДРОССЕЛЬ-РАСХОДОМЕР

Полезная модель относится к области диагностики технического состояния и испытания гидроприводов строительных, дорожных, коммунальных машин (СДКМ).
Предлагаемое устройство предназначено для оценки технического состояния и прогнозирования величины остаточного ресурса агрегатов гидропривода СДКМ.
Известно несколько решений по модернизации механического дроссель-расходомера, гидротестеров [RU 218772 C1, 06.07.2001. RU 94008140 A1, 20.11.1995. RU 84109 U1, 02.03.2009. RU 2350790 C1, 15.11.2007. RU 2187723 С1, 06.07.2001.], сущность которых заключается в введении в конструкцию дополнительных элементов, повышающих удобство использования приборов, а также введения датчиков электронного типа для измерения величины расхода, давления, температуры рабочей жидкости с целью повышения точности снимаемых показаний.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является прибор КИ-1097-1 [Е.C.Локшин, С.Ф.Головин, В.М.Коншин, А.В.Рубайлов. Эксплуатация и техническое обслуживание дорожных машин, автомобилей и тракторов: учебник. М., 2002. С.242-243] позволяет измерять расход и давление рабочей жидкости в гидроприводе СДКМ.
Прибор КИ-1097-1 состоит из корпуса с входным и выходным патрубками и отводом, к которому подключен манометр, внутри корпуса размещена герметично установленная гильза, выполненная с радиально расположенным сквозным каналом в виде щели, которая соединяется с выходным патрубком, золотник установленный плотно и с возможностью вращения внутри гильзы, при этом гильза и золотник образуют дросселирующее устройство, снабженное с одного торца рукояткой с нанесенной шкалой, а с другого торца выполненное полым с винтовой спиралью на выходе, и имеющие упорную гайку для гильзы и золотника.
Прибор КИ-1097-1 позволяет измерять расход рабочей жидкости при давлении в гидролинии до 10 МПа. При этом давление измеряется с помощью манометра и его предельное значение достигается за счет поворота золотника. Золотник имеет спиралевидную форму, и предназначен для уменьшения или увеличения проходного сечения щели. Величина (угол) поворота рукоятки определяет величину расхода рабочей жидкости по шкале прибора (табл.1).
Таблица 1
Углы поворота золотника прибора при измерении расходов рабочей жидкости
Углы поворота золотника, град
Положения шкалы прибора относительно стрелки указателя
107
закр - 10
21
10-20
20
20-30
19
30-40
19
40-50
17
50-60
19
60-70
15
70-80
21
80-90
58
90 - откр
151
10-90
316
откр-закр
Основными недостатками прибора КИ-1097-1 являются:
1. Значительная погрешность при измерении расхода рабочей жидкости, которая может составлять от 5,5 до 50% (цена деления шкалы составляет 5 л/мин, минимально измеряемая величина расхода 10 л/мин, максимально измеряемая - 90 л/мин). Такие погрешности не приемлемы при измерениях особенно малых расходов рабочей жидкости. При измерении утечек рабочей жидкости в гидрораспределителях прибор аналог не позволяет измерять их величину менеt 10л/мин. Так при диагностировании гидрораспределителей ДСМ на базе промышленных тракторов Т-25А1, Т-25А2, Т-25А3, Т-16М возникает необходимость измерять утечки в пределах от 2 до 3 л/мин [Бельских В.И. Справочник по техническому обслуживанию и диагностированию тракторов: справочник. М., 1986. С.371-372].
2. Значительные погрешности при измерении величины давления (цена деления шкалы манометра составляет 0,5 МПа). Такие погрешности приводят к дополнительной ошибке при оценке технического состояния и настройке предохранительных клапанов в гидроприводе СДКМ.
3. Низкая точность настройки дросселирующего устройства при измерении параметров (величин давления Р и расхода Q).
4. Отсутствие датчика и указателя температуры рабочей жидкости на приборе приводит к значительным погрешностям измеряемых показаний, а при установке дополнительного устройства для измерения температуры рабочей жидкости в гидролинию, повышается трудоемкость процесса диагностирования.
5. Надежность измерений требует большой трудоемкости диагностирования. Время одного измерения, без учета подготовительных и заключительных операций, может составить от 0,5 до 1 мин. С целью повышения надежности измерений их число должно быть три и более.
Задачей полезной модели является совершенствование дроссельного расходомера, позволяющего измерять более точно значения величин расхода и давления рабочей жидкости в гидроприводе строительно-дорожных, коммунальных машин с учетом расширения диапазона измеряемых параметров, а также уменьшения трудоемкости диагностирования и соответственно снижения влияния вредных факторов на оператора-диагноста - повышение экологичности диагностического процесса.
Повышение точности предлагаемого прибора по сравнению с прибором КИ-1097-1 достигается за счет уменьшения скорости поворота золотника, перекрывающего дроссельное отверстие, через которое протекает рабочая жидкость. Снижение скорости (повышение плавности) поворота золотника предлагается обеспечить за счет введения в конструкцию прибора планетарного механизма передачи вращения от рукояти прибора к золотнику. Точность снимаемых показаний расхода рабочей жидкости предлагается повысить за счет исключения лимба со шкалой и стрелки указателя и введения в конструкцию прибора потенциометрического датчика, движок которого взаимодействует с механизмом передачи вращения от рукоятки к золотнику за счет конической передачи.
Введение в конструкцию прибора-аналога вместо манометра, датчика давления позволит повысить точность измерения величины давления.
Дополнительно предлагается установить на вход прибора муфту, с встроенным в нее датчиком температуры, что позволит отказаться от использования датчиков температуры, которые требуется дополнительно монтировать в гидролинию. Для машин, которые имеют датчик и указатель температуры рабочей жидкости (указатель на щитке приборов), возникают неудобства в его использовании, а во многих случаях и невозможность его применения, в связи с тем, что температура рабочей жидкости может измеряться в элементах гидролинии и существенно отличаться от температуры рабочей жидкости на входе в прибор на величину от 2 до 5°C. Это приводит к дополнительной погрешности, поэтому введение датчика температуры рабочей жидкости на входе в прибор позволит снизить трудоемкость процесса диагностирования, за счет устранения дополнительных операций по установке датчика температуры, и обеспечит удобство измерения показаний. Компактное его размещение обеспечит уменьшение погрешности при измерениях.
Измеряемые значения параметров при диагностировании гидроприводов в виде электрических величин могут передаваться в электронный блок регистрации параметров (ЭБРП), который обеспечит повторные измерения и обработку результатов с получением среднего значения измеренных параметров, разброса их значений, минимального и максимального значений, и что в свою очередь повысит достоверность диагностирования.
Снижение трудоемкости диагностирования, влияния вредных факторов на оператора-диагноста, а следовательно повышение экологичности диагностического процесса, достигается за счет сокращения времени измерений параметров рабочей жидкости.
Полезная модель поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг.1 приведен вид общий дроссель-расходомера, на фиг.2 приведена кинематическая схема механизма передачи вращения от рукояти к золотнику и от золотника к оси движка потенциометра, на фиг.3 структурная схема электронного блока регистрации параметров.
Предлагаемая конструкция дроссель-расходомера (фиг.1) состоит из корпуса 1, входного 2 и выходного 3 патрубков, гильзы 4, фиксирующего винта 5, золотника 6, рукоятки 7, эпициклической шестерни 8, сателлитов 9, солнечной шестерни 10, водила (конической шестерни) 11, конической шестерни 12, потенциометрического датчика 13, датчика давления 14, муфты 15, датчика температуры 16.
Внутри корпуса 1 размещена гильза 4, которая фиксируется винтом 5, и содержащая сквозной дифференциальный канал в виде щели. Площадь дроссельного отверстия в процессе диагностирования перекрывается золотником 6, при передачи вращения от рукоятки 7. Передача вращения от рукоятки к золотнику осуществляется посредством планетарной передачи (фиг.1, 2), состоящей из эпициклической шестерни 8, заторможенной относительно корпуса 1, которая входит в зацепление с сателлитами 9. При повороте рукоятки 1 вращение передается на солнечную шестерню 10, которая передает вращение на сателлиты 9. Сателлиты 9 соединяются с конической шестерней 11, которая одновременно выполняет функции водила, и передают вращение на золотник 6 и коническую передачу. Коническая шестерня 12, передает вращение на ось движка потенциометрического датчика 13, сигнал от которого подается в ЭБРП (фиг.3), который состоит из стандартных элементов: микропроцессора (МП), клавиатуры (К), измерительного многоканального устройства (ИМУ), центрального управляющего устройства (ЦУУ), источника питания (ИП), цифрового табло (ЦТ).
Для измерения давления в гидролинии, предлагаемый прибор содержит датчик давления 14.
Для измерения температуры рабочей жидкости на входной штуцер 2 крепится муфта 15, в которую вмонтирован датчик температуры 16.
д
И
и
Для измерения расхода рабочей жидкости производится ее прогрев до температуры 45°C (50°C), которая регистрируется с помощью датчика температуры 16. При температуре рабочей жидкости ниже 45°C (50°C) ЭБРП измеряемые параметры не регистрирует. При достижении требуемой температуры оператор-диагност вращает рукоятку 7, которая через планетарный механизм передает вращение на золотник 6. Уменьшение площади дроссельного отверстия приводит к увеличению давления рабочей жидкости внутри прибора. Вращение рукоятки производят до тех пор, пока давление внутри прибора не достигнет своего предельного значения. При достижении указанного значения давления, оператор-диагност фиксирует значение расхода рабочей жидкости на ЦТ ЭБРП. При невозможности достижения максимального давления в гидролинии и отклонения частоты вращения коленчатого вала силовой установки от номинального значения, ЭБРП реализует алгоритм расчета расхода рабочей жидкости по ниже приведенным зависимостям и отображает результаты расчета регистрируемых и измеренных параметров (Q, Р, n) [Е.С.Локшин, С.Ф.Головин, В.М.Коншин, А.В.Рубайлов. Эксплуатация и техническое обслуживание дорожных машин, автомобилей и тракторов: учебник. М., 2002. - 464 с.].
д
и
и
н
и
где Q - действительное значение расхода рабочей жидкости, л/мин; Q - измеренное значение расхода, л/мин; P - измеренное давление рабочей жидкости, МПа; n - номинальная частота вращения коленчатого вала ДВС, об/мин; n - измеренная частота вращения коленчатого вала ДВС, об/мин.
д
и
и
Для обеспечения достоверности при многократных измерениях значений Q, P, n ЭБРП может выдавать средние действительные значения перечисленных параметров.
д
Отличиями предлагаемой конструкции прибора от прибора-аналога является изменение конструкции механизма передачи вращения от рукоятки к исполнительным и измерительным элементам прибора, за счет введения в конструкцию, планетарного механизма, позволяющего более плавно изменять проходное сечение дроссельного отверстия, за счет уменьшения скорости поворота золотника с учетом передаточного отношения. Введение в конструкцию прибора-аналога потенциометрического датчика, угол поворота движка которого, с учетом передаточного отношения от золотника к оси движка, повышает чувствительность измеряемого параметра Q, то есть повышает точность измерений расхода рабочей жидкости в гидроприводе. Вместо манометра, предлагается установить датчик давления, что позволит повысить точность измерения величины давления и точность расчета величины расхода рабочей жидкости, соответственно (формулы (1), (2)). Дополнительно предлагается установить на вход прибора датчик температуры, что позволит снизить трудоемкость выполнения диагностирования за счет повышения удобства снятия показаний, точность снимаемых измерений, в связи с влиянием температуры на величину снимаемых показаний. Предлагаемые изменения конструкции прибора-аналога, внедрение новых элементов позволяют повысить точность и достоверность, а также повысить удобство при снятии показаний, экологичность диагностического процесса, снизить трудоемкость диагностического процесса и количество расходуемого топлива при испытаниях.