Автоматизированное моделирование диагностических комплексов шестеренных гидронасосов

УДК 681.518.5:621.22

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ДИАГНОСТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ШЕСТЕРЕННЫХ ГИДРОНАСОСОВ

Н.В. Строганова, Е.И. Пастухова

В статье описана методика автоматизированного моделирования комплексов диагностирования неисправностей шестеренных насосов. Предложены алгоритмы работы системы, позволяющей в режиме реального времени моделировать процесс диагностики привода и формировать заключение о состоянии диагностируемой гидросистемы

Ключевые слова: моделирование, алгоритм, система гидропривода, диагностический комплекс

В современных конструкциях автогрейдеров, бурильных машин, скреперов и т.д. управление рабочими органами, смазка коробки переключения передач, рулевое управление осуществляется посредством гидравлического привода.

Как правило, гидросистемы различных типов строительно-дорожных машин рассчитаны под определенный тип исполнительных механизмов, которые должны обеспечить заданные условия работы гидросистемы -скорость перемещения поршня гидроцилиндра и усилия на штоке гидроцилиндра, крутящий момент на валу гидромотора.

Нагнетание рабочей жидкости в гидросистему производят различные по конструкции насосы, разновидностью которых является шестеренный насос. Насос является составной и неотъемлемой частью всякой гидравлической системы, он преобразует механическую энергию двигателя в энергию потока рабочей жидкости. От исправности насоса зависит работоспособность всей системы привода.

Одним из путей сохранения показателей работоспособности гидроприводных систем является диагностирование. От того, насколько качественно и быстро проведены измерения и получены результаты о техническом состоянии как всей системы, так и ее элементов, зависит время простоя машины в техническом обслуживании и ремонте, затраты на ремонтные работы, эффективность эксплуатации, а также коэффициент использования машин.

В настоящее время наряду с повышением надежности систем наблюдается тенденция потери персоналом определенных навыков оты-

Строганова Надежда Васильевна - РосЗИТЛП, канд. техн. наук, ст. преподаватель, e-mail: nv_titova@mail.ru

Пастухова Елена Ивановна - РосЗИТЛП, канд. техн. наук, доцент, e-mail: epastukhova@list.ru

скания, установления причины и устранения неисправностей. Большинство диагностических задач в современной практике анализа и обработки данных о работе оборудования решается человеком - оператором, который по результату сравнения полученных измерений с заданными диапазонами измерения контролируемых параметров принимает решение о состоянии объекта или системы во время его работы, затрачивая на это определенное время.

Автоматизация процесса диагностики привода позволит облегчить обслуживание и ускорить ремонт диагностируемых систем, а также сформировать заключение о состоянии диагностируемой гидросистемы за минимально короткое время.

Предлагаемая система автоматизированного моделирования (САМ) диагностических комплексов (ДК) шестеренных насосов (ШН) оказывает влияние на всю организацию оценки технического состояния привода и его элементов. Преимущество системы в том, что она позволяет моделировать процесс диагностики пользователю, не обладающему специальными знаниями в области программирования и моделирования сложных динамических систем.

Работа системы осуществляется в соответствии с алгоритмом, представленном на рис. 1. Функциональная схема САМ представлена на рис. 2.

Первый этап работы системы предполагает построение модели структурной схемы гидросистемы.

В качестве программы моделирования предлагается использовать систему автоматизации математических расчетов МайаЪ Я2007Л.

Приложение МайаЪ БтиНпк позволяет моделировать различные динамические системы, в том числе и гидравлические. БтиИпк представляет собой графическую среду, в которой при помощи блоков из библиотек моделируются проектируемые системы [1].

Разработанная при помощи БтиНпк библиотека компонентов позволяет использовать типовые элементы для построения моделей динамических систем, сокращая затраты времени на моделирование [2].

Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными

Вывод рекомендаций по дальнейшей эксплуатации гидроагрегатов

I

Конец

Рис. 1 Алгоритм САМ диагностических комплексов гидронасосов

Следующим основным этапом работы САМ является определение количества и местоположения датчиков. Алгоритм подбора оптимального датчика в зависимости от диапазона измерения, точности, способа взаимодействия с рабочей средой и типа выходного сигнала представлен на рис. 3. Работа алгоритма инициализируется через интерфейс окна, представленного на рис. 4. Задание параметров диагностики происходит при помощи специальных флажков окна «Diagnosticheskie_parametry», представленного на рис. 5. При нажатии кнопки «Схема», на экран выводится схема размещения датчиков в зависимости от выбранных параметров.

Средствами визуальной среды MATLAB GUIDE разработан программный модуль, позволяющий автоматически передавать данные о значениях параметров математической модели. Диагностические данные, полученные в результате испытания системы, вносятся оператором в специально предназначенные поля ввода. Модуль диагностики, в соответствии с алгоритмом анализа, автоматически формирует заключение о техническом состоянии диагностируемого объекта.

Для реализации модуля сравнения полученных измерений с заданными диапазонами изменения контролируемых параметров разработан алгоритм определения технического состояния шестеренных насосов, представленный на рис. 6.

Окно моделирования гидросистемы с учетом места расположения датчиков показано на рис. 7.

Задание численных значений параметров моделирования и диагностических данных осуществляется в интерактивном режиме, окно ввода представлено на рис. 8.

Библиотека

гидросхем

Рис. 2. Функциональная схема САМ диагностических комплексов шестеренных гидронасосов

Рис. 3. Алгоритм выбора датчика

Способ взаимодействия с рабочей средой

Тип выходного сигнала Диапазон измерения Точность

Определить марку

бесконтактн.. V

анало го в ый V

0...25 V

1.6 V

ДМ-93

ОК

Рис. 4.Интерфейс окна определения числа и места расположения

средств измерения

0іа§по5іісМе5кіе_рагате1гу

Марка датчика

Задайте параметры диагностики 0 Подача

0 Давление на входе О Давление на выходе Марка датчика

0 Температура на входе Марка датчика

Марка датчика

0 Температура на выходе Марка датчика 0 КПД объемный

Схема

Отчет по датчикам

ОК

Рис. 5. Определение марки датчика давления

Уменьшение вязкости масла вследствие его нагрева

Не отрегулирован предохранительный клапан

Насос пригоден для эксплуатации

Корпус насоса не заполнен маслом или слишком низкая частота вращения

Загрязнение масла гидросистемы

Повре-

жден

ротор

Недостаточное количество рабочей жидкости в баке

Подсос воздуха во всасывающей гидролинии или нарушение герметичности насоса

Износ трущихся по-верхнос-тей, увеличение зазоров между торцами шестерни и прилегающими пластинами.

Несоответствие направлен ий вращения насоса и привода

Износ уплотнений, засорение всасывающего трубопровода или засорение демпфера переливного клапана

Рис. 6. Алгоритм анализа параметров моделирования и диагностических данных

Представленная САМ позволяет моделировать диагностические комплексы, не требуя от пользователя глубоких знаний в области компьютерного моделирования технических систем.

Интерфейс САМ делает весьма легким процесс исследования технического состояния объекта.

Применение САМ при решении диагностических задач позволяет:

- моделировать процесс диагностики: формировать гидросхему, определять место расположения и типы датчиков;

- качественно и быстро формировать заключение о техническом состоянии, как всей системы, так и ее отдельных агрегатов;

- сократить время простоя машины при техническом обслуживании и ремонте;

- сократить затраты на техническое обслуживание;

- увеличить эффективность эксплуатации, а также коэффициент использования машин.

Внедрение САМ диагностических комплексов гидронасосов в практику диагностирования гидроприводов решает проблему обслуживания усложняющихся систем в условиях нехватки

квалифицированного персонала.

Литература

1. Hunt, Brian R Matlab R2007 с нуля! [пер. с англ.] / Brian R. Hunt, Ronald L.Lipsman, Jonathan M.Rosenberg. -М.: Лучшие книги, 2008. - 352 с.

2. Титова Н.В. Разработка математической модели шестеренного гидронасоса как элемента системы автоматизированного проектирования диагностических комплексов // Сборник научных трудов / Иртышский филиал ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» (в г. Омске) - Омск, 2008. -Вып. 6. - С. 160-163.

заключения.

Филиал ГОУ ВПО «Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности» г. Омск

AUTOMATICAL MODELIGN OF HYDROPUMP COMPLEXES

N.V. Stroganova, E.I. Pastukhova

This article contains description of method of Automatical modelign of disrepair of hydropumps. Working algorithms of the system, allowing to modelign the process of diagnostic of drive and to form a resolution of the condition of hydrosystem by comparing experimental datas with design parameters in real-time are offered

Рис. 7. Окно моделирования гидросистемы

Рис. 8. Окно ввода численных значений параметров моделирования и диагностических данных

Алгоритм анализа параметров моделирования и диагностических параметров, положенный в основу работы программного модуля, позволяет избежать решения, чаще всего принимаемого оператором интуитивно, что несомненно отразится на достоверности

Key words: modeling, algorithm, hydrodrive systems, design, diagnostical complex