Влияние температуры рабочей жидкости на объемный коэффициент полезного действия аксиально-поршневого гидронасоса

tion of expenditures for spare parts in agricultural organizations. The obtained results allow us to develop guidelines for improving the efficiency of operation and use of machinery and tractors in agricultural organizations.

Key words: exploitation, spare parts, failure distribution, average operating time, the MTW tractors.

References

1. Galiev I.G. Povyshenie effektivnosti ispol'zovaniya traktorov s uchetom uslovii ikh funktsionirovaniya (Improving the efficiency of use of tractors taking into account the conditions of their operation), Kazan', Izd-vo Kazan. un-ta, 2002, 204 p.

2. Gnusarev I.V. Puti povysheniya effektivnosti mashinno-traktornogo parka (Ways to improve the efficiency of machinery and tractors), Agrarnaya nauka - sel'skomu khozyaistvu, sb. tr., posvyashch. 90-letiyu Samarskoi GSKhA, Samara, RITs SGSKhA, 2010, pp. 173-179.

3. Goryaev N.K., Larin O.N. Potentsial vypuska na liniyu podvizhnogo sostava razlichnykh srokov ekspluatatsii (Potential for release the equipment of various periods of exploitation), Transport: nauka, tekhnika, upravlenie, 2012, No. 5, pp. 52-54.

4. Dzhabborov N.I., Dobrinov A.V., Butusov D.V. Organizatsionno-tekhnologicheskie meropriyatiya, snizhayushchie toplivno-energeticheskie zatraty pri rabote MTA (Organizational and technological measures that reduce fuel and energy costs in operation of MTA), Inzhenerno-ekologicheskie aspekty razvitiya APK Prikaspiiskogo regiona: sb. st. Mezhdunar. nauch.-prakt. konf., Kalmytsskii GU. Elista, 2008, pp. 36-41.

5. Dzhabborov N.I., Fed'kin D.S., Mikhailov M.A. Povyshenie proizvoditel'nosti i ekspluatatsionnoi nadezhnosti MTA putem vizualizatsii tekhnologicheskikh protsessov (Increase in production performance and reliability of MTA by visualization of technological processes), Molochno-khozyaistvennyi vestnik, 2014, No. 3 (15), pp. 57-62.

6. Zelenovskii A.A., Oganezov I.A., Gurgenidze I.I. Organizatsiya proizvodstva (Industrial management), posobie, pod obshch. red. A.A. Zelenovskogo, Minsk, BGATU, 2008, 202 p.

7. Ivanov V.V. Povyshenie bezotkaznosti traktorov putem optimizatsii urovnya tekhnicheskoi ekspluatatsii (Increase in reliability of tractors by optimization the level of technical exploitation), dis. ... kand. tekh. nauk, N. Novgorod, 2005, 198 p.

8. Issledovanie nadezhnosti traktorov semeistva MTZ: optimal'noe kolichestvo i dlitel'nost' nablyudenii (Research of reliability of the MTW tractors: the optimal number and time of observations), V.V. Ivanov [i dr.], Uchastie molodykh uchenykh v reshenie aktual'nykh voprosov APK Rossii, sb. st. Vseros. nauch.-prakt. konf. Penzenskoi GSKhA, Penza, RIO PGSKhA, 2016, pp. 10-12.

9. Kurochkin I.M., Dorovskikh D.V. Proizvodstvenno-tekhnicheskaya ekspluatatsiya MTP (Productional and technical exploitation of MTR), uchebnoe posobie, Tambov, Izd-vo FGBOU VPO «TGTU», 2012, 200 p.

10. Kukharev O.N., Gusev I.V. Povyshenie effektivnosti ispol'zovaniya MTP kak odno iz napravlenii ustoichivogo razvitiya sel'skoi inzhenernoi infrastruktury (Improving the efficiency of MTR use as one of the areas of sustainable development of rural engineering infrastructure), Regional'nye problemy ustoichivogo razvitiya sel'skoi mestnosti, sb. st. 6-i Vseros. nauch.-prakt. konf. Penzenskoi GSKhA, Penza, RIO PGSKhA, 2009, pp. 151-153.

11. Nadezhnost' tekhnicheskikh sistem (Reliability of technical systems), E.A. Puchin [i dr.], M., UMTs «Triada», 2005, 353 p.

12. Tabakov P.A. Povyshenie effektivnosti tekhnicheskoi ekspluatatsii traktorov "Belarus'" na osnove ikh voss-tanovleniya i modernizatsii v usloviyakh remontnogo proizvodstva (Improving the efficiency of technical exploitation of tractors "Belarus" on the basis of their restoration and modernization in the conditions of repair production): dis. ... kand. tekhn. nauk, M., 2001, 228 p.

13. Lines J.A., Murphy K. The stiffness of agricultural tractor tires, J. Terra-mech, 1999, No. 1, pp. 49-64.

14. Mancovic M. Dynamic modeling of the transmission line of an agricultural tractor, SAE Techn. Pap. Ser., 1991, pp. 1-12.

15. Svoboda P. Valuation of tangible fixed assets pursuant to the Czech accounting law and international accounting standards, Agricultural Economics. Czech., 2007, Vol. 53, pp. 446-474.

УДК 631.3: 621.225.2

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ НА ОБЪЕМНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВОГО ГИДРОНАСОСА

С. В. Пьянзов, аспирант; А. В. Столяров, канд. техн. наук, доцент; П. А. Ионов, канд. техн. наук, доцент; А. М. Земсков, канд. техн. наук, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет ул. Российская, 5, г. Саранск, Россия, 430904 E-mail: serega.pyanzov@yandex.ru

Аннотация. В настоящее время влияние температуры на работоспособность гидроагрегатов (гидронасосов и гидромоторов) недостаточно изучено. Анализ научно-технической литературы показал, что температура непосредственно влияет на коэффициент полезного действия ц"об (КПД) гидронасосов. При высоких температурах, из-за уменьшения вязкости рабочей жидкости происходит падение подачи Q, л/мин (расхода) и увеличение утечек qHym, л/мин в дре-

нажную полость. За критерий предельного состояния гидронасоса принято падение объемного КПД, который зависит от теоретической подачи гидронасоса 0'т, л/мин и суммарной объемной внутренней утечки жидкости ^я"ут, л/мин. Согласно закону Пуазейля, на утечку влияет динамическая вязкость рабочей жидкости /л, Па с, напрямую зависящая от температуры. При дросселировании рабочей жидкости температура резко увеличивается, что приводит к уменьшению вязкости и увеличению утечек. Для установления влияния температуры рабочей жидкости в гидросистемах на объемный КПД гидроагрегатов на кафедре технического сервиса машин ФГБОУ ВО «НИ МГУ им. Н.П. Огарёва» проводился комплекс экспериментальных исследований. Было проведено четыре эксперимента с гидронасосами 310.3.56, имеющими различное техническое состояние. Испытания проводились на гидравлическом стенде ИГС-01, являющегося модернизированным вариантом широко распространенного на предприятиях технического сервиса и в сервисных центрах гидростенда КИ-4815М. В результате найдено влияние температуры рабочей жидкости на величину падения объемного КПД гидронасоса и время нагрева рабочей жидкости в зависимости от зазоров в соединениях и состояния гидроагрегата. Установлено, что в гидроагрегатах, снятых с эксплуатации в результате дросселирования рабочей жидкости через увеличенные зазоры в соединениях, скорость нагрева жидкости значительно выше, чем у новых, что приводит к сокращению времени проведения стендовых испытаний. Показана необходимость модернизации системы терморегуляции стендового оборудования предприятий технического сервиса и сервисных центров сельскохозяйственной техники.

Ключевые слова: гидронасос, испытательный стенд, температура, эксперимент, объемный КПД, рабочая жидкость, терморегуляция.

Введение. Современная сельскохозяйственная, лесная, мелиоративная, строительно-дорожная техника оснащается аксиально-поршневыми гидроагрегатами (гидронасос и гидромотор). Наиболее часто в гидросистемах тракторов-манипуляторов, погрузчиков Бела-рус, ПУМ, МКСМ, используемых на животноводческих фермах для погрузки сена в рулонах и органических удобрений и в конструкциях кормо- и виноградоуборочных машин, бульдозеров и т.д., устанавливают гидронасосы серии 310.3.56, 310.3.112, работающие при давлении от 20 до 32 МПа. Температура жидкости при работе аксиально-поршневых гидронасосов, регламентированная заводом-изготовителем, варьируется в диапазонах + 50±5°С [1].

Однако в условиях реальной эксплуатации температура зачастую превосходит значение в +55°С, что напрямую сказывается не только на производительности гидронасоса, но и на ресурсе гидросистемы в целом, снижая величину объемного КПД гидроагрегатов.

Таким образом, исходя из обзора литературы, целью работы стало исследование влияния температуры рабочей жидкости на объемный КПД аксиально-поршневых гидронасосов.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: установление связи между зазорами в соединениях и температурой рабочей жидкости; определение скорости нагревания рабочей жидкости в зависимости от степени износа рабочих поверхностей

деталей; влияние скорости роста температуры рабочей жидкости на объемный КПД.

Методика. При оценке технического состояния гидронасосов за критерий предельного состояния заводами-изготовителями [1-7] принято падение объемного коэффициента полезного действия (КПД), который определяется выражением:

Л б =

Он -Ъан

г^т ^ у

ут

Он

т

где О'щ, - теоретическая подача гидронасоса, л/мин; ^Чнут, - суммарная объемная внутренняя утечка жидкости в гидронасосе при номинальных режимах работы, л/мин.

Из выражения 1 видно, что на падение объемного КПД гидронасоса будет оказывать влияние суммарная внутренняя утечка рабочей жидкости в его соединениях. Согласно закону Пуа-зейля, суммарные утечки для эксцентричных кольцевых зазоров поршневых пар гидронасосов определяются исходя из выражения [8]:

а =

1 ут

ж-й-АР•г3

1 + 3 е2 |, м3/с

1ут 12 • Ь где г - кольцевой зазор, м; ё - средний диаметр кольцевого зазора, м; Ь - длина рабочего органа (поршня), м; ц - динамическая вязкость рабочей жидкости, Па с; е - эксцентриситет уплотнения, м; АР - перепад давления в парах, Па.

Анализируя выражение 2, можно сделать вывод, что с увеличением зазоров г в соединениях гидронасоса будет происходить увеличе-

ние суммарных утечек за счет дросселирования рабочей жидкости в дренажную полость агрегата. Можно предположить, что дросселирование рабочей жидкости приводит к резкому повышению ее температуры и, как следствие, - к снижению вязкости. Для подтверждения влияния вышеизложенных факторов на работоспособность гидроагрегатов был проведен анализ научно-технической литературы авторов, занимающихся исследованиями по определению влияния температуры рабочей жидкости на КПД объемных гидроагрегатов [9-12]. Установлено, что температура непосредственно влияет на работоспособность и надежность гидронасосов, при высоких температурах происходит падение давления и подачи в гидронасосах из-за уменьшения вязкости масла, повышаются утечки, и происходит падение величины объемного КПД гидропривода.

В работах [8, 15, 16] показано, что наибольшее влияние на падение объемного КПД гидронасоса оказывает увеличение зазо-

ров в прецизионных соединениях гидронасосов (блок цилиндров - распределитель, блок цилиндров - поршень). Однако степень влияния зазоров рабочих поверхностей деталей и соединений на величину объемного КПД гидронасоса, скорость роста температуры и вязкость рабочей жидкости недостаточно исследована. Поэтому необходимо проведение собственных экспериментальных исследований влияния температуры рабочей жидкости на объемный КПД аксиально-поршневых гидронасосов техники сельскохозяйственного назначения в зависимости от состояния гидроагрегата. Исследования проводились на кафедре технического сервиса машин ФГБОУ ВО «НИ МГУ им. Н.П. Огарёва» на испытательном стенде ИГС-01, являющегося модернизированным вариантом широко распространенного на предприятиях технического сервиса и в сервисных центрах гидростенда КИ-4815М. Гидравлическая схема стенда представлена на рис. 1 [13, 14].

Рис. 1. Гидравлическая схема стенда ИГС-01: ВН1 - запорный кран, ВН2, ВН3 - краны трехходовые, Б - гидробак, МО - система охлаждения масла, Т - термометр, К01...К06 - клапаны обратные, Н1 - гидронасос для подпитки системы управления, Н2 -испытываемый гидроагрегат, М1, М2 - манометры, КП1, КП2 - предохранительные клапана, КПЗ - клапан перепускной, Д1, Д2 - дроссели, ДТ - датчик тахометра, ТЭ - тахометр, Рб, Рм - расходомеры, Ф -фильтр, Ц - центрифуга.

В качестве объекта исследований выбран наиболее распространенный в гидросистемах сельскохозяйственной техники аксиально-поршневой гидронасос 310.3.56. Исследовалось влияние температуры рабочей жидкости на объемный КПД гидронасоса в зависимости от технологических и предельных параметров: площади износа в соединении распределитель - блок цилиндров в диапазоне 0 - 34,33 %, зазора в поршневой паре 45 - 136 мкм, суммар-

ного люфта между поршнем - шатуном - валом 0,25 - 2,0 мм. [15]. Температура рабочей жидкости варьировалась в диапазонах +40.. ,+60°С, с кратковременным повышением до +80±5 °С. В качестве рабочей жидкости использовалось масло МГЕ-46В ТУ 38.001347-2000.

Экспериментальные исследования проводились в три этапа:

1) Установление связи между температурой рабочей жидкости и номинальной подачей (объемным КПД) гидронасоса при технологических и предельно допустимых зазорах в соединениях.

2) Установление взаимосвязи утечки рабочей жидкости в дренажную полость от минимальных и максимальных зазоров в соединениях гидронасоса при различных значениях температуры. Определение параметра, оказывающего наибольшее влияние на величину объемного КПД гидронасоса при увеличении температуры рабочей жидкости.

3) Установление связи между состоянием ресурсолимитирующих соединений гидронасоса и скоростью нагревания рабочей жидкости при номинальных условиях работы.

Результаты. Для определения объемного КПД исследуемого гидронасоса измерялись подача и утечки рабочей жидкости в дренажную полость при давлении Р=0 МПа и при нормативном давлении Р=20 МПа. Величину объемного КПД определяли расчетным путем. Результаты первого этапа исследований представлены в таблицах 1, 2.

Результаты экспериментальных исследований гидронасоса при температуре рабочей жидкости +50±5 °С

Таблица 1

Факторы Подача при 0 МПа, (л/мин) Подача при 20 МПа, (л/мин) Утечки в дренаж (0/2( МПа) Частота вращения вала, об/мш КПД

Зазор в поршневой паре, мкм Площадь износа между распределителем - блоком цилиндров, % Люфт между поршнем - шатуном - валом, мм

45 0 0,25 83 82 0,5/1,5 1500 0,976

45 0 2,0 79 76 3,0/6,5 1500 0,905

45 34,33 0,25 77 57 1,5/5,5 1500 0,679

136 0 0,25 78 50 2,5/23 1500 0,595

136 0 2,0 77 47,5 3,3/25,5 1500 0,565

45 34,33 2,0 65 31 3,7/16 1500 0,369

136 34,33 0,25 61 14 10,2/50,5 1500 0,167

136 34,33 2,0 57 6 18,0/45 1500 0,071

Таблица 2

Результаты экспериментальных исследований гидронасоса _при температуре рабочей жидкости +80±5°С_

Факторы Подача при 0 МПа, (л/мин) Подача при 20 МПа, (л/мин) Утечки в дренаж (0/20 МПа) Частота вращения вала, об/мин КПД

Зазор в оршневой паре, мкм Площадь износа между распределителем -блоком цилиндров Люфт между поршнем - шатуном - валом

45 0 0,25 83 81 0,9/2,6 1500 0,964

45 0 2,0 78 73 3,5/9 1500 0,869

45 34,33 0,25 74 53,3 2,8/5,5 1500 0,635

136 0 0,25 76 34 4,5/37 1500 0,405

136 0 2,0 75 32,5 5,0/35,5 1500 0,387

45 34,33 2,0 63 24,5 6,5/16,5 1500 0,292

136 34,33 0,25 58 10,5 16,5/47,3 1500 0,125

136 34,33 2,0 54 0,2 16,0/42,5 1500 0,002

Анализируя таблицы, можно сделать вывод о влиянии температуры на объемный КПД гидронасоса: у нового насоса повышение температуры вызывает снижение величины объемного КПД на 1,2%, у гидронасоса с предельными износами величина объемного КПД снижается на 6,9%. При сравнении значений падения КПД при различных значениях исследуемых параметров видно, что наибольшее влияние температура оказывает на зазор между поршнем и блоком (кольцевой зазор): падение КПД составляет 31,9% (КПД при +50±5°С - 0,595, а при +80±5°С - 0,405).

Таким образом, с увеличением числа параметров с верхним уровнем варьирования величина объемного КПД исследуемого гидронасоса снижалась, это обусловлено увеличением зазоров и, как следствие, - возникновением утечек рабочей жидкости в дренажную полость агрегата.

Результаты второго этапа исследований представлены в таблице 3. Анализ таблицы 3 показал, что у нового гидронасоса (при технологических значениях параметров) с ростом температуры утечки рабочей жидкости в дренажную полость увеличиваются на 1,2 л/мин,

у гидронасоса с предельными параметрами - личных параметрах и температурах рабочей на 12 л/мин. На рисунке 2 представлены зна- жидкости. чения объемного КПД гидронасоса при раз-

Таблица 3

Взаимосвязь утечки рабочей жидкости в дренажную полость от минимальных и максимальных зазоров в соединениях при различных значениях температуры

Фактор Значение Утечки в дренаж, л/мин Давление на выходе, Р, МПа Частота вращения, п, об/мин Подача, Q, л/мин КПД

г, °С г, °С г, °С

40 50 60 40 50 60 40 50 60

Зазор в поршневой паре, мкм 45 0,8 1,5 2,0 20 1500 83 82 81 0,988 0,976 0,968

136 18 26 30 56 49 44 0,666 0,583 0,523

Люфт между поршнем-шатуном-валом, мм 0,25 0,8 1,5 2,0 83 82 81 0,988 0,976 0,968

2,0 1,5 1,8 2,5 81,5 80,5 79 0,969 0,958 0,940

Площадь износа между распределителем и блоком, % 0 0,8 1,5 2,0 83 82 81 0,988 0,976 0,968

34,3 4,5 5 6,5 78 77 75 0,702 0,678 0,643

Полученные результаты позволяют проследить величину падения КПД в зависимости от роста температуры рабочей жидкости: при увеличении зазора в поршневой паре - с 0,666 до 0,523 (т.е. на 21,5%), при увеличении люфта между поршнем-шатуном-валом - с 0,969 до 0,94 (т.е. на 2,99%) и при увеличении площади износа между распределителем и бло-

ком - с 0,702 до 0,643 (т.е. на 8,4%). Таким образом, с увеличением температуры рабочей жидкости наибольшее влияние на величину падения объемного КПД гидронасоса оказывает зазор между поршнем и блоком, на втором месте по влиянию стоит площадь износа между распределителем и блоком.

Рис. 2. Значения объемного КПД гидронасоса при различных параметрах и температурах рабочей жидкости

Результаты третьего этапа исследований позволили определить скорость нагревания рабочей жидкости в зависимости от степени износа рабочих поверхностей гидронасоса (табл. 4).

Анализ таблицы 4 показал, что скорость роста температуры рабочей жидкости у изношенных гидронасосов при работе на минимальных нагрузках (при Р=6 МПа) выше на

26,5 %, а при работе под нагрузкой (при Р=20 МПа) скорость роста температуры выше на 92,9 %. Установлено предельное время испытания гидроагрегатов с параметрами, близкими к предельным, при существующей системе терморегуляции стенда оно составляет 1,75 минуты.

Таблица 4

Время нагревания рабочей жидкости с 45 до 55 °С в зависимости от степени износа рабочих поверхностей гидронасоса_

Степень износа гидронасоса Давление на выходе Р, МПа Время повышения температуры на 10 °С, сек. Скорость нагрева рабочей жидкости, °С/мин

Изношенный 6 880 0,68

20 105 5,71

Новый 6 695 0,86

20 203 2,96

Проведенные исследования показали, что для оценки технического состояния бывших в эксплуатации аксиально-поршневыми гидроагрегатов (гидронасосов и гидромоторов) необходимо модернизировать систему терморегуляции стендового оборудования, снабдив ее элементами для поддержания температуры рабочей жидкости в диапазонах, установленных заводами-изготовителями.

Выводы. 1. Подтверждено предположение, что за счет дросселирования рабочей жидкости с увеличением зазоров в прецизионных соединениях рост температуры происходит интенсивнее, утечки становятся больше, а величина объемного КПД гидронасоса снижается.

2. С увеличением температуры рабочей жидкости наибольшее влияние на величину падения объемного КПД гидронасоса оказывает зазор между поршнем и блоком (падение КПД составляет 21,5 %), на втором месте по влиянию стоит площадь износа между рас-

пределителем и блоком (падение КПД составляет 8,4 %), на третьем - люфт между поршнем-шатуном-валом (падение 2,99 %).

3. Время испытания гидроагрегатов с параметрами, близкими к предельным, составляет 1,75 минуты. Для повышения достоверности оценки технического состояния гидроагрегатов, бывших в эксплуатации, необходимо модернизировать систему терморегуляции стендового оборудования предприятий технического сервиса и сервисных центров.

Публикация подготовлена при финансовой поддержке Минобрнауки России (госзадание, направление: развитие компетенций, проект № 11.3416.2017/4.6) «Разработка технологий и средств повышения долговечности деталей, узлов, агрегатов машин и оборудования путем создания наноструктуриро-ванных покрытий источниками концентрированной энергии».

Литература

1. ОАО «Пневмостроймашина» каталог гидравлического оборудования. Екатеринбург, 2017. 52 с.

2. Technical information аxial piston pumps series 90. Sauer-Danfoss Company. Germany, 2016, March. 91 p.

3. Technical information аxial piston motors series 90. Sauer-Danfoss Company. Germany, 2016, September. 44 p.

4. Eaton heavy duty hydrostatic transmissions. Models 33 through 76. Eaton Corporation. USA, 1997, June. 32 p.

5. Axial piston fixed motor A2FM series 6. Bosch Rexroth Group. Germany, 2012, June. 46 p.

6. Axial piston variable pump A4VTG series 33. Bosch Rexroth Group. Germany, 2012, August. 20 p.

7. Linde Hydraulics [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL: www.linde-hydraulics.com (дата обращения: 03.09.18).

8. Земсков А.М. Технология повышения долговечности объемного гидропривода: на примере ГСТ-112: дис. ... канд. техн. наук. Саранск, 2014. 295 с.

9. Рылякин Е.Г., Волошин А.И. Эксплуатационные исследования гидропривода, оснащенного системой терморегулирования рабочей жидкости // Научный журнал Молодой ученый. 2015. №2. С. 192-195.

10. Маслов Р. Физические свойства гидравлических масел и их влияние на эксплуатационные характеристики [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL: http://www.expert-oil.com/articles/articles 67.html (дата обращения: 07.09.18).

11. Тимохов Р. С. Влияние температуры рабочей жидкости на потери давления в гидравлической системе лесных машин [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=16585 (дата обращения: 13.09.18).

12. Литовка С.В. Влияние температуры рабочей жидкости на выходные параметры объемных гидроприводов трансмиссий лесозаготовительных машин [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL: http://khntusg.com.ua/files/sbornik/vestnik 123/10.pdf (дата обращения: 18.09.18).

13. Устройство оценки технического состояния гидростатической трансмиссии: пат. 74328 Рос. Федерация. №2008106421/22; заявл. 19.02.08; опубл. 27.06.08, Бюл. № 18. 4 с.

14. Устройство оценки технического состояния объемных гидроприводов: пат. 135744 Рос. Федерация. № 2013127461/06; заявл. 17.06.13; опубл. 20.12.13, Бюл. № 35. 4 с.

15. Столяров А.В. Повышение межремонтного ресурса аксиально-поршневого гидронасоса с наклонным блоком восстановлением и упрочнением изношенных поверхностей деталей: дис. ... канд. тех. наук. Саранск, 2009. 201 с.

16. Галин Д.А. Оценка работоспособности и повышение долговечности объемного гидропривода ГСТ-90: дис. . канд. тех. наук. Саранск, 2009. 224 с.

THE INFLUENCE OF ACTUATING FLUID TEMPERATURE

ON THE VOLUME EFFICIENCY OF AXIAL-PISTON HYDRAULIC PUMP

S. V. Pianzov, Post-Graduate Student

A. V. Stolyarov, Cand. Tech. Sci., Associate Professor

P. A. Ionov, Cand. Tech. Sci., Associate Professor

A. M Zemskov, Cand. Tech. Sci.

Ogarev Mordovia State National Research University,

5, Rossiyskaya St., Saransk, 430904, Russia

E-mail: serega.pyanzov@yandex.ru

ABSTRACT

At the present time, the influence of temperature on operational condition of hydraulic units (hydraulic pumps and hydraulic motors) is insufficiently studied. Analysis of scientific and technical literature showed that the temperature directly affects the energy conversion efficiency q"o6 of hydraulic pumps. At a high temperature, the flow rate Q decreases and the leakage q"ym, l/min into drain cavity increases due to viscosity reduction in actuating fluid. Volume efficiency drop that depends on theoretical supply of hydraulic pump Q"m, l/min and the total volume of internal leakage of fluid Yjtym, l/min is taken as a criterion of limiting state of hydraulic pump. According to the Poiseuille's law, dynamic viscosity of actuating fluid x, Pa-s that directly depends on temperature affects leakage. When throttling the actuating fluid, temperature increases sharply that leads to a decrease in viscosity and an increase in leakage. Set of experimental research was carried out at the Department of Technical Machinery Service of the Ogarev Mordovia State National Research University to determine the influence of actuating fluid temperature in hydraulic systems on volume efficiency of hydraulic units. Four experiments were conducted on hydraulic pumps (model 310.3.56) with different technical conditions. The tests were carried out on hydraulic bench IGS-01 being an upgrade version of hydraulic bench KI-4815M that is widely spread on technical service enterprises and service centers. As a result of research, the influence of actuating fluid temperature on the volume efficiency drop of hydraulic pump and heating-up time for actuating fluid depending on joint gaps and state of hydraulic unit was determined. It is established that heating-up time for actuating fluid in hydraulic units that were taken out of service as a result of throttling the actuating fluid through increased joint gaps is much higher than in new ones. This leads to decrease in time spent for the tests. It is shown that thermal control system of test-bench equipment should be upgraded in technical service enterprises and service centers of agricultural machinery.

Key words: hydraulic pump, test bench, temperature, experiment, volume efficiency, actuating fluid, thermal control.

References

1. OAO «Pnevmostrojmashina» katalog gidravlicheskogo oborudovaniya (The OAO "Pnevmostrojmashina" hydraulic equipment catalogue), Ekaterinburg, 2017, 52 p.

2. Technical information axial piston pumps series 90, Sauer-Danfoss Company, Germany, 2016, March, 91 p.

3. Technical information axial piston motors series 90, Sauer-Danfoss Company, Germany, 2016, September, 44 p.

4. Eaton heavy duty hydrostatic transmissions. Models 33 through 76, Eaton Corporation,USA, 1997, June, 32 p.

5. Axial piston fixed motor A2FM series 6, Bosch Rexroth Group, Germany, 2012, June. 46 p.

6. Axial piston variable pump A4VTG series 33. Bosch Rexroth Group, Germany, 2012, August, 20 p.

7. Linde Hydraulics [Electronic resource], Access mode: URL: www.linde-hydraulics.com, date of appeal: 03.09.18.

8. Zemskov A.M. Tekhnologiya povysheniya dolgovechnosti ob"emnogo gidroprivoda (na primere GST-112), (Technology to increase the durability of the volume hydraulic drive), dis. ... kand. tekhn. nauk, Saransk, 2014, 295 p.

9. Ruljakin E.G., Voloshin A. I. Ekspluatacionnye issledovaniya gidroprivoda, osnashchennogo sistemoj termoreguli-rovaniya rabochej zhidkosti (Performance study of hydraulic drive equipped with temperature control system the working fluid), nauchnyj zhurnal Molodoj uchenyj, 2015, No. 2, pp. 192-195.

10. Masalov R. Fizicheskie svojstva gidravlicheskih masel i ih vliyanie na ekspluatacionnye harakteristiki (The physical properties of hydraulic oils and their effect on performance), Elektronnyj resurs, Rezhim dostupa: URL: http://www.expert-oil.com/articles/articles 67.html (data obrashcheniya: 07.09.18).

11. Timohov R.S. Vliyanie temperatury rabochej zhidkosti na poteri davleniya v gidravlicheskoj sisteme lesnyh mashin (Influence of fluid temperature on the pressure losses in the hydraulic system of forest machines), Elektronnyj resurs, Rezhim dostupa: URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=16585 (data obrashcheniya: 13.09.18).

12. Litovka S.V. Vliyanie temperatury rabochej zhidkosti na vyhodnye parametry ob"emnyh gidroprivodov transmissij lesozagotovitel'nyh mashin (Influence of fluid temperature on the output parameters of volume hydraulic drives transmissions forest machines), Elektronnyj resurs, Rezhim dostupa: URL: http://khntusg.com.ua/files/sbornik/vestnik 123/10.pdf (data obrashcheniya: 18.09.18).

13. Ustrojstvo ocenki tekhnicheskogo sostoyaniya gidrostaticheskoj transmissii (The device for assessing the technical condition of the hydrostatic transmission), pat. 74328 Ros. Federaciya. No. 2008106421/22. zayavl. 19.02.08, opubl. 27.06.08, Byul. No. 18, 4 p.

14. Ustrojstvo ocenki tekhnicheskogo sostoyaniya ob"emnyh gidroprivodov (Device for evaluating the technical condition of volumetric hydraulic drives), pat. 135744 Ros. Federaciya, No. 2013127461/06, zayavl. 17.06.13, opubl. 20.12.13, Byul. No. 35, 4 p.

15. Stolyarov A.V. Povyshenie mezhremontnogo resursa aksial'no-porshnevogo gidronasosa s naklonnym blokom vosstanovleniem i uprochneniem iznoshennyh poverhnostej detalej (Increased overhaul period axial piston pumps with adjustable cradle restoration and hardening of the worn out surfaces of details), dis. ... kand. tekhn. nauk, Saransk, 2009, 201 p.

16. Galin D.A. Ocenka rabotosposobnosti i povyshenie dolgovechnosti ob"emnogo gidroprivoda GST-90 (Assessment of efficiency and increase of durability of the volume hydraulic drive), dis. ... kand. tekhn. nauk, Saransk, 2007, 224 p.

УДК 629.3.083.4:621.43

ОЦЕНКА УСЛОВИЙ РАБОТЫ СОПРЯЖЕНИЯ ОТВЕРСТИЕ -РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ВАЛ ДВИГАТЕЛЯ Д-260

Н. В. Раков, канд. техн. наук, доцент, E-mail: nikolaymgu@yandex.ru А. В. Смольянов, канд. техн. наук, доцент, E-mail: ffenix2004@rambler.ru

Национальный исследовательский Мордовский государственный университет, ул. Российская, 5, г. Саранск, Россия, 430904

Аннотация. Исследования проведены на производственном участке лаборатории «Технологии и средств создания покрытий с заданными служебными свойствами» института механики и энергетики Мордовского государственного университета. Одной из частых проблем современного машиностроения является износ деталей двигателя в парах трения скольжения. В процессе работы детали пар трения нагреваются и расширяются, зазоры между ними уменьшаются и заполняются продуктами износа, в результате происходит заклинивание. Причинами такой неисправности являются трещины, деформации, линейные износы по внутренней и наружной поверхностям, потеря посадки (натяга) втулок в корпусных деталях, эллипсности, возникновение конусности. Все выше перечисленные дефекты встречаются в сопряжении отверстие - распределительный вал блока цилиндров двигателя. Вероятность появления данных дефектов на блоках двигателя Д-260 составляет около 30 %. В статье рассматриваются основные условия потери работоспособности сопряжения отверстие - распределительный вал блока цилиндров дизельного двигателя Д-260. Исследовались двигатели, блоки которых имели такие дефекты, как проворачивание втулки распределительного вала в блоке, задиры и износы на внутренней поверхности втулки и отверстий в блоке под шейки распределительного вала. Исследования показали, что максимальная величина износов отверстий в опорах и втулках под распределительный вал блока цилиндров двигателя Д-260 составляет 0,71 мм при среднем значении 0,28 мм. Получены результаты статистической обработки наработки двигателя Д-260 по предельному состоянию отверстий под шейки распределительного вала при коэффициенте вариации равным 0,305: минимальная - 3100 моточасов, максимальная - 9800 моточасов, средняя - 6108 моточасов. Проверка данных проводилась по критерию Шапиро-Уилка.

Ключевые слова: блок цилиндров, распределительный вал, наработка, износ, система смазки, втулка, опора.