Способ поддержания оптимального уровня чистоты рабочей жидкости в гидравлических системах и устройство для его осуществления
WAY OF FLUID OPTIMAL WORKING PURITY MAINTAINING IN HYDRAULIC SYSTEMS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к средствам для очистки рабочей жидкости и может быть использовано при комплексном обслуживании гидросистем и гидрооборудования в условиях повышенного загрязнения и запыленности различных промышленных производств.
Известно устройство для очистки рабочей жидкости, предназначенной для исполнительных механизмов гидравлической системы управления поворотом и/или гидравлической системы навесного устройства тракторов Кировец К-701, К-700А, К-700, К-744 (см. «Тракторы Кировец К-701, К-700А», В/О «Тракторэкспорт» СССР, Москва, стр. 69-81). Устройство для очистки содержит бак для рабочей жидкости, вход которого снабжен фильтрующим элементом, а выход соединен с всасывающим окном насоса. Нагнетающее окно насоса соединено с входом гидравлической системы, при этом выход гидравлической системы соединен с входом бака.
Однако известное устройство обладает малым ресурсом вследствие быстрого загрязнения фильтрующих элементов и недостаточной надежностью поддержания требуемого уровня чистоты рабочей жидкости.
Известна установка для отбора, очистки и выдачи рабочей жидкости при обслуживании агрегатов (см. патент на изобретение RU 2059901, МПК F15B 21/04, B01D 36/00). Установка предназначена для очистки рабочей жидкости гидравлической системы, содержащей исполнительные механизмы, бак и гидронасос, гидравлически соединенные между собой, и выполнена в виде отдельного универсального блока для временного подключения к различным гидравлическим системам. Устройство включает два бака, первый пустой для слива загрязненной рабочей жидкости из гидросистемы, второй содержит чистую рабочую жидкость для заполнения гидросистемы; блок фильтров, предназначенный для очистки рабочей жидкости при перекачке из первого бака во второй; гидрораспределители и блок управления гидрораспределителями, снабженный датчиком контроля чистоты жидкости.
Недостатками устройства являются громоздкость и сложность – схема данной конструкции включает более 10 сложнейших устройств. Кроме того, данное устройство не позволяет осуществлять постоянное поддержание оптимального уровня чистоты рабочей жидкости гидросистемы, что может привести к выходу из строя силовых органов гидросистемы при значительном загрязнении рабочей жидкости. При этом управляемый таймер - в блоке контроля чистоты жидкости.
Известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ по патенту РФ № 2554176, принятое в качестве прототипа, которое содержит исполнительный механизм, бак и гидронасос, гидравлически соединенные между собой, включает гидрораспределитель и блок управления гидрораспределителем, снабженный датчиком контроля чистоты жидкости, согласно решению устройство содержит блок дополнительной очистки, датчик  контроля чистоты жидкости установлен на выходе исполнительного механизма, гидрораспределитель  имеет вход и два выхода, причем вход гидравлически соединен с выходом исполнительного механизма, первый выход гидравлически соединен с входом в бак, второй выход гидравлически соединен с входом блока дополнительной очистки, при этом выход блока дополнительной очистки соединен с входом в бак.
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и затрудненность ее эксплуатации в зонах с повышенной задымленностью, в частности, в цехах с абразивной обработкой, в литейных и механообрабатывающих производствах и т.п., так как блок управления гидрораспределителем с датчиком  контроля чистоты жидкости  в таких условиях быстро приходит в негодность и требует повышенных трудозатрат по ремонту и поддержанию рабочего состояния.
Задачей заявляемого решения является создание способа и устройства для поддержания оптимального уровня чистоты рабочей жидкости гидравлических систем в условиях повышенной задымленности и запыленности.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении надежности поддержания требуемого уровня чистоты рабочей жидкости гидравлических систем в условиях повышенной задымленности и запыленности при упрощении конструкции устройства дополнительной очистки рабочей жидкости бака гидросистемы.
Поставленная задача решается тем, что способ поддержания оптимального уровня чистоты рабочей жидкости в гидравлических системах характеризуется регулированием периода очистки жидкости и периода остановки процесса очистки. При этом периоды очистки  и периоды остановки очистки жидкости задают по предварительному мониторингу времени загрязнения жидкости в баке гидросистемы следующим образом: к баку работающей гидросистемы подсоединяют датчик чистоты жидкости и блок дополнительной очистки; с помощью датчика чистоты ведут постоянный контроль чистоты жидкости в баке гидросистемы; в момент достижения предельно допустимого загрязнения жидкости производят дополнительную очистку жидкости, одновременно измеряя время дополнительной очистки; после достижения оптимального уровня чистоты рабочей жидкости отмечают время достижения данного уровня чистоты и прекращают очистку; затем в момент достижения жидкостью уровня допустимого загрязнения отмечают время достижения данного уровня загрязнения. После этого устанавливают с помощью  программируемого реле времени циклограмму работы блока дополнительной очистки в режиме «работа – пауза» в соответствии с установленными в результате предварительного мониторинга временными показателями периода очистки и периода загрязнения.
паузы
работы
паузы
загрязнения
работы
очистки
Устройство для осуществления способа поддержания оптимального уровня чистоты рабочей жидкости в гидравлических системах содержит подключенный к баку гидросистемы блок дополнительной очистки, содержащий фильтрующее устройство, насос, блок управления насосом,  при этом в блок управления насосом встроено  программируемое реле времени, выполненное с возможностью регулирования непрерывного автоматического повторения циклов работы блока дополнительной очистки и настроенное на смену периодов цикла работы по следующей формуле: Т= t + t, где Т – время цикла работы, t ≤ t, а t ≥  1,2 t.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежом, на котором представлена  схема гидравлического и электрического блока дополнительной очистки рабочей жидкости. Позициями на чертеже обозначены:
1 – гидронасос гидравлической системы,
2 – исполнительные механизмы гидравлической системы,
3 – бак гидравлической системы,
4 – фильтровальное устройство блока дополнительной очистки,
5 – программируемое реле времени в блоке управления насосом 6 блока дополнительной очистки,
6 – насос блока дополнительной очистки.
Заявляемые способ и устройство позволяют достигать оптимального уровня чистоты жидкости гидросистем с использованием максимально простого оборудования, не требующего  какого-либо дополнительного обслуживания, кроме общетехнических требований, и не требующего постоянного контроля чистоты жидкости непосредственно в процессе очистки.
Заявляемый способ предусматривает регулирование периода очистки жидкости и периода остановки процесса очистки, при этом периоды очистки  и периоды остановки очистки жидкости задают по предварительному мониторингу времени загрязнения жидкости в баке гидросистемы с помощью средств автоматического контроля чистоты. Большое значение имеет то, что заявляемый способ предполагает  мониторинг времени загрязнения не одной, а целого ряда гидравлических систем, на которые будет установлен дополнительный прибор – блок  очистки и при этом – посредством одного устройства мониторинга времени загрязнения вместо установки устройства мониторинга на каждую гидросистему. В качестве такового устройства предварительного мониторинга можно использовать устройство контроля чистоты жидкости, изготовленное по патенту РФ № 2554176. Предварительный мониторинг осуществляют, измеряя изменение времени загрязнения гидросистемы от состояния «чистой» жидкости до допустимой степени загрязнения:  к баку работающей гидросистемы подключают датчик устройства контроля чистоты жидкости и блок дополнительной очистки;  далее с помощью устройства контроля чистоты жидкости ведут постоянный контроль чистоты жидкости в баке гидросистемы;  и в момент достижения предельно допустимого загрязнения жидкости включают блок дополнительной очистки, одновременно включая секундомер для измерения времени работы блока дополнительной очистки;  после достижения оптимального уровня чистоты рабочей жидкости отмечают на секундомере время достижения данного уровня чистоты и отключают блок дополнительной очистки;  после прекращения работы блока дополнительной очистки включают секундомер  для определения времени загрязнения рабочей жидкости и  в момент достижения жидкостью уровня допустимого загрязнения отмечают на секундомере время загрязнения рабочей жидкости в период отключения блока дополнительной очистки.
В соответствии с установленными на секундомере временными показателями периода очистки и периода загрязнения настраивают программируемое реле времени блока дополнительной очистки и подключают его к конкретному баку гидросистемы. С помощью программируемого реле времени устанавливают циклограмму работы блока дополнительной очистки в режиме «работа – пауза», в соответствии с которой осуществляют очистку, поддерживая оптимальный уровень чистоты рабочей жидкости в баке гидросистемы.
Таким образом, заявляемый способ предусматривает поддержание оптимального уровня чистоты  рабочей жидкости по циклограмме, установленной на основании предварительно установленного времени загрязнения и времени достижения оптимального уровня чистоты жидкости. При этом заявляемый способ исключает необходимость постоянного контролирования уровня чистоты жидкости в процессе очистки  посредством специальных приборов (датчиков) контроля чистоты жидкости, необходимость использования устройств управления гидроочистителем по сигналу от приборов контроля.  Конкретные временные показатели периода загрязнения и периода очистки жидкости в определенном баке гидросистемы, установленные в результате предварительного мониторинга, позволяют упростить и устройство для осуществления упомянутого способа.
Устройство поддержания оптимального уровня чистоты рабочей жидкости в гидравлических системах содержит подключенный к баку гидросистемы блок дополнительной очистки с фильтрующим устройством, насосом, блоком управления насоса. В блок управления насоса встроено  программируемое устройство задания – реле  времени, выполненное с возможностью регулирования непрерывного автоматического повторения циклов работы блока дополнительной очистки.  При этом программируемое реле времени настроено на определенные временные интервалы отдельных стадий внутри каждого цикла работы блока дополнительной очистки и на их смену по следующей формуле:
паузы
работы
Т= t + t,
где Т – время отдельного цикла работы блока дополнительной очистки,
паузы
t– период паузы в работе блока дополнительной очистки,
работы
t– период очистки рабочей жидкости в  блоке дополнительной очистки и достижения оптимального уровня чистоты жидкости,
паузы
загрязнения
работы
очистки
при этом период паузы (t) ≤ времени загрязнения (t), а период очистки (t) ≥ 1,2 времени очистки жидкости (t), то есть примерно на 20% превышает время очистки жидкости, достаточное для достижения оптимального уровня ее чистоты.
загрязнения
очистки
При этом конкретные временные параметры  t и t определены экспериментально после предварительного мониторинга времени загрязнения рабочей жидкости гидравлического устройства и времени достижения ею оптимального уровня чистоты в результате очистки.
В качестве устройства задания времени работы и остановки блока дополнительной очистки  используют, например, многофункциональное программируемое реле времени со входом управления  PCS-517 (производства «F&F» «Евроавтоматика»).
В качестве фильтрующего элемента  блока дополнительной очистки жидкости  может быть использован любой очиститель, соответствующий ГОСТу 26070-83 «Фильтры и сепараторы для жидкостей». Если используется фильтровальная установка, то она должна соответствовать ГОСТу P 50553-93 «Промышленная чистота. Фильтры и фильтроэлементы. Общие технические требования». Для эффективного и удобного использования применяемые очистители или фильтровальные установки должны очищать рабочие жидкости не хуже 7 класса чистоты по нормам ГОСТа 17216 и быть приспособлены для встраивания в автоматические системы подачи и очистки жидкости.
Наиболее оптимальным вариантом исполнения блока дополнительной очистки являются центробежные очистители типа СОГ (например, по патенту РФ на ПМ №57149).
Устройство работает следующим образом. Бак гидросистемы постоянно соединен с блоком дополнительной очистки. Жидкость проходит через блок дополнительной очистки после включения насоса. Насос начинает работу по перекачке жидкости после поступления сигнала от блока управления насоса. Блок управления насоса с программируемым реле времени, настроенным на непрерывное повторение циклов «работа-пауза»-«работа-пауза» и т.д., начинает работу после включения гидросистемы в работу.  Программируемое реле времени  настроено на конкретные временные интервалы работы и регулирует смену периода работы и периода остановки блока дополнительной очистки  по следующей циклограмме: время работы (очистки жидкости) – время паузы (остановки процесса очистки) – время работы (возобновление очистки) - время паузы (остановки процесса очистки) и т.д. цикл за циклом.
При этом временные интервалы цикла работы блока дополнительной очистки соответствуют следующим показателям времени:
- от момента допустимого загрязнения рабочей жидкости до момента достижения оптимального уровня чистоты рабочей жидкости (время работы - очистки жидкости);
- от момента достижения оптимального уровня чистоты рабочей жидкости до момента допустимого ухудшения уровня чистоты рабочей жидкости и ее загрязнения (время паузы – время загрязнения рабочей жидкости). Тем самым осуществляется цикл работы, который затем автоматически повторяется: и от момента допустимого ухудшения уровня чистоты рабочей жидкости начинается следующий цикл работы - до момента возвращения к оптимальному уровню чистоты рабочей жидкости (время работы – очистки жидкости) – и вновь наступлением времени паузы.
Таким образом, программируемое реле времени обеспечивает циклический характер работы блока дополнительной очистки и автоматическую смену отдельных стадий (очистка-пауза) каждого цикла без дополнительной проверки уровня чистоты рабочей жидкости.
Конкретные временные показатели периодов цикла работы определены экспериментально на основании предварительного мониторинга времени загрязнения рабочей жидкости в гидравлическом устройстве, на которое предполагается установить блок дополнительной очистки.
Заявителем проведена апробация заявленного решения в цехе обработки (зачистки) крупных литейных деталей на одном из крупнейших предприятий РФ в гидросистеме с баком гидросистемы объемом 100 литров. При этом использован прибор контроля  чистоты жидкости ИЧЖ-01, изготавливаемый ООО «НИЦ «Теас-МО», Саратов с 2010 г. по патентам РФ на изобретения №2328723 «Способ определения концентрации механических загрязнений в жидких и газообразных средах и устройство для его реализации» от 10 июля 2008 г. и № 2359250 «Способ контроля чистоты жидкости» от 20 июня 2009 г.
Например, в результате проведенных исследований и экспериментов  выявлено, что при заправке в гидравлическую систему зачистных машин жидкости, очищенной до 8 класса чистоты, через 15 минут после окончания  работы блока дополнительной очистки уровень загрязнения жидкости, по замерам вышеупомянутого прибора, поднялся до 12 класса чистоты по нормам ГОСТа 17216, что является предельно допустимым для данных гидросистем зачистных машин. Очиститель жидкости типа СОГ-913 по своим паспортным характеристикам очищает 100 литров жидкости загрязненной от 12 класса чистоты до 8 класса чистоты за 30 минут.
Т.е. по результатам мониторинга следовало настроить временные интервалы программируемого реле времени для очистителя СОГ-913 на автоматический цикл 30 минут работы, пауза 15 минут, затем возобновление цикла: 30 минут работы и вновь 15 минут пауза и т.д.
Наиболее оптимальным  в данном производстве оказалась настройка очистителя на цикл: 40 минут работы – 15 минут паузы – 40  минут работы.
В процессе испытаний осуществлялся постоянный  замер чистоты жидкости. Уровень загрязнения рабочей  жидкости в гидросистеме зачистных машин при работе очистителя с участием программируемого реле времени  не превышал 12 класс чистоты. При наличии программируемого реле времени, настроенного на циклограмму «время работы – время паузы»  и регулирующего работу блока дополнительной очистки, такого постоянного замера чистоты жидкости не требуется.