СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГИДРОПРИВОДА

Полезная модель относится к области технической диагностики и может быть использована для автоматизированного определения технического состояния гидроприводов любого назначения, в том числе грузоподъемных машин.
Известно устройство - дроссель-расходомер, которое является простейшим механическим гидротестером для диагностики гидропривода статопараметрическим методом.
Устройство содержит полый корпус с двумя соединительными патрубками: входным радиальным, выходным торцевым и отводом для подключения манометра. Внутри корпуса неподвижно и герметично установлена гильза с цилиндрической сквозной расточкой и с радиальным отводом в виде сквозного дифференциального канала, который выполнен в форме дросселирующей щели, заканчивающейся отверстием. Внешний контур канала сопряжен с радиальным патрубком корпуса. В гильзе установлен плунжер в качестве дросселирующего устройства, который опирается на опорную гайку и вращается с помощью рукоятки, закрепленной на одной стороне, на внешней цилиндрической поверхности которой нанесена шкала расхода жидкости. При вращении рукоятки торец плунжера вначале перекрывает отверстие в гильзе, а потом постепенно уменьшает сечение щели, что приводит к увеличению давления расхода жидкости, регистрируемого манометром. Для этого торец плунжера выполнен в виде винтовой спирали с постоянным шагом, которая перекрывает щелевое отверстие, изменяя сечение дросселирующей щели. Расход определяется по формуле при давлении 10 МПа. Плунжер с помощью рукоятки совершает один полный оборот (см. кн. И.В.Новиков, В.О.Хижняк Техническое обслуживание и ремонт грузоподъемных машин с гидравлическим приводом. М. Стройиздат, стр.53…54).
Однако в известном устройстве не обеспечивается возможность автоматизированного контроля технического состояния гидропривода машины, в связи с отсутствием технических средств автоматизированного подключения к диагностируемой подсистеме и средств автоматизированного измерения параметров потока.
Наиболее близким к заявленному изобретению является система диагностирования гидропривода [АС СССР №1721325].
Система диагностирования гидропривода содержит гидротестер, включающий нагружающее устройство, датчики давления, расхода, температуры, частоты вращения вала насоса, устройство полнопоточного отбора жидкости (трехходовой крановый распределитель) и электронный блок управления и обработки данных. При этом устройство полнопоточного отбора жидкости (трехходовой крановый распределитель) установлен за насосом, первый и второй выходы которого соединены соответственно с насосом и диагностируемыми системами гидропривода. Третий выход подключен к гидротестеру и далее к гидробаку. Система по прототипу имеет в качестве датчика частоты вращения вала насоса - тахометр, а датчик расхода выполнен с турбинным преобразователем. Блок обработки данных может быть выполнен в виде запоминающего устройства, преобразователей сигналов, клавиатуры управления, трех интерфейсов ввода микропроцессора интерфейса вывода и блока индикации. При этом вход первого интерфейса ввода связан с выходом запоминающего устройства, вход второго - через преобразователи с выходами датчиков гидротестера, выход третьего - с клавиатурой управления. Выходы интерфейсов ввода соединены с выходами микропроцессора, а выходы последнего подключены к блоку индикации через интерфейс вывода.
Однако в известном устройстве не обеспечивается автоматическое переключение трехходового кранового распределителя при диагностике гидропривода, а использование тахометрического датчика оборотов требует в период диагностирования сверления отверстия в картере маховика и создания в диагностируемых машинах специальных приспособлений для их крепления и соединения между собой проводной связью. Нагружающее устройство требует постоянного внешнего воздействия на механический клапан управления и имитации нагрузки для изменения давления, что создает трудоемкость диагностирования, а применение датчика расхода с турбинным преобразователем увеличивает стоимость устройства.
Задача полезной модели - автоматизация процесса технической диагностики (ТД), упрощение конструкции устройства, снижение трудоемкости и увеличение быстродействия диагностирования.
Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в использовании в качестве нагружающего устройства и одновременно датчика расхода - дроссельной шайбы определенного сечения, регистрации частоты вращения вала насоса по импульсам давления в канале гидротестера, в возможности электроуправляемого программного переключения и фиксации кранового распределителя в трех рабочих позициях и способности системы проводить техническую диагностику дистанционно.
Для решения поставленной задачи система автоматизированного контроля технического состояния гидропривода, как и прототип, содержит гидротестер, включающий датчики давления, расхода жидкости, частоты вращения вала насоса, температуры и нагружающее устройство, электронный блок управления и обработки данных с которым соединены выходы датчиков гидротестера, трехходовой крановый распределитель, установленный на выходе насоса, первый и второй выходы которого соединены соответственно с насосом и диагностируемыми системами гидропривода, а третий выход подключен к гидротестеру. В отличие от прототипа заявляемая система дополнительно содержит компьютер, который через интерфейс соединен с электронным блоком управления и обработки данных или связан с последним посредством радиомоста. Заявляемая система дополнительно содержит двигатель, который соединен с электронным блоком управления и обработки данных и через редуктор - с трехходовым крановым распределителем, выполненным с возможностью переключения и фиксации золотника в трех рабочих положениях согласно заданной программе управления от электронного блока. Помимо этого в качестве нагружающего устройства и одновременно датчика расхода жидкости использована дроссельная шайба постоянного сечения, а в качестве датчика частоты вращения вала насоса - пьезодатчик давления с преобразователем импульсов давления в частоту вращения вала.
В качестве электронного блока управления и обработки данных может быть использован стандартный прибор типа Ла-5 с опцией Wi-Fi, разработанный ЗАО «Руднев-Шиляев», г.Москва. Двигатель может быть электрическим или гидравлическим, или пневматическим.
Нагружающее устройство в виде дроссельной шайбы с отверстием, согласованным с величиной расхода применяемой на диагностируемой машине насосной станции, позволяет одновременно создавать нагрузку на испытуемые гидроагрегаты и регистрировать проходящий через калиброванное отверстие расход по перепаду давления, что упрощает конструкцию системы нагружения и привода контроля расхода и позволяет автоматизировать процесс технической диагностики гидропривода. Использование в качестве датчика частоты вращения пьезодатчика давления с преобразователем импульсов давления обеспечивает возможность измерения частоты вращения вала гидронасоса по импульсам без дополнительного монтажа в гидропривод специальных преобразователей частоты вращения относительно вращающихся частей двигателя, что упрощает конструкцию системы автоматизированного контроля, снижает трудоемкость технической диагностики.
Возможности электроуправляемого программного переключения и фиксации золотника в трех рабочих позициях, например посредством электрического мотор-редуктора, позволяет автоматизировать процесс выполнения технической диагностики всех подсистем гидропривода.
Наличие в электронном блоке управления и обработки данных радиомоста позволяет дистанционно проводить обмен данных между персональным компьютером (ПК) и системой, считывать данные, управлять процессом и т.д., что снижает трудоемкость и одновременно повышает точность диагностирования.
В уровне техники не обнаружено систем контроля технического состояния гидропривода, которые имели бы ту же совокупность существенных признаков, что и заявляемая полезная модель. Это подтверждает наличие новизны заявляемой системы.
На фиг.1 показана структурная схема устройства автоматизированного контроля технического состояния гидроприводов в исходном положении золотника трехходового кранового распределителя.
н
0
На фиг.2 показаны зависимости, позволяющие определить техническое состояние насоса и подсистем гидропривода, где Р - давление в напорной линии, η - объемный кпд гидросистемы, n - частота вращения вала насоса.
На фиг.3 показана структурная схема устройства автоматизированного контроля технического состояния гидроприводов при диагностике насоса.
На фиг.4 показана структурная схема устройства автоматизированного контроля технического состояния гидроприводов при диагностике подсистем гидропривода.
Система (фиг.1) содержит гидротестер 1, включающий датчики температуры 2, частоты вращения вала насоса 3, давления 4, дроссельную шайбу постоянного сечения 5, трехходовой крановый распределитель 6, который через редуктор 7 соединен с двигателем 8, электронный блок управления и обработки данных 9, который через интерфейс и радиомост связан с компьютером 10. Целесообразно в качестве электронного блока управления и обработки данных использовать стандартный прибор, типа Ла-5 с опцией Wi-Fi, разработанный ЗАО «Руднев-Шиляев» г.Москва.
Предварительно в контроллер электронного блока управления и обработки данных системы заносится информация, например, в виде графической зависимости (фиг.2), связывающие варьируемые параметры объемного кпд в диапазоне 0,5-0,95, частоты вращения вала насоса в диапазоне 500-1500 об/мин, площади сечения дроссельной шайбы и давления в напорной линии, которое определяется по формуле:
др
3
где Q - расход через дроссельную шайбу, дм/с;
др
2
S - площадь сечения дроссельной шайбы, мм;
µ - коэффициент расхода (0,65-0,7);
3
ρ - плотность рабочей жидкости (850-950 кг/м);
ΔP - перепад давления на дроссельной шайбе, Па
др
В системе перепад давления на дроссельной шайбе ΔP:
др
где ΔР - перепад давления на дросселе;
н
P - давление в напорной линии;
сл
P - давление в сливной линии.
сл
сл
др
н
н
Из-за малости значений Р им можно пренебречь Р≈0, поэтому ΔР≈P, тогда давление в напорной линии Р можно определить выражением:
где ρ - плотность рабочей жидкости;
др
Q - расход через дроссель.
др
н
Расход рабочей жидкости через дроссель Q при диагностике насоса определяется расходом насоса Q.
Известно, что
-1
где n - частота вращения вала насоса, с;
II
3
q - рабочий объем насоса, см;
o
η - объемный кпд насоса;
Расчет и построение графических зависимостей производится в электронном блоке управления и обработки данных автоматически.
Выше рассмотрен вариант диагностики гидропривода по наиболее информативному критерию объемного кпд. В качестве критериев диагностирования технического состояния могут быть приняты иные параметры, например: амплитуда и частота пульсации давления, скорость изменения давления при включении операционных циклов и др. Согласно выбранного иного критерия оценки технического состояния гидропривода программа в электронном блоке управления и обработки данных может изменена.
Система работает следующим образом. Корпус трехходового кранового распределителя первым входом 12 соединяют с насосом 11. Второй выход 13 соединяют с диагностируемой гидросистемой, а третий выход 15 подключают к гидротестеру 1, который соединяется с гидробаком 6. Датчики 2, 3, 4 гидротестера 1 подключают к электронному блоку управления, который соединяют линией управления с двигателем 8 мотор-редуктора 7.
В исходном положении золотника (фиг.1) рабочая жидкость свободно приходит через корпус и золотник по сквозному каналу и далее в гидросистему, не нарушая функционирование гидропривода.
Включение кранового распределителя в каждую рабочую позицию возможно только при отключенном приводе насоса.
По команде оператора через ПК золотник трехходового кранового распределителя 6 посредством двигателя 8 и редуктора 7 включается и фиксируется в первом рабочем положении (фиг.3). Поток рабочей жидкости от насоса направляется в измерительную систему с нагружающим устройством. Устанавливается зависимость расхода от нагрузки (давления) на разных частотах вращения двигателя и сопоставляется с эталонными значениями.
После анализа параметров контроллер дает информацию на ПК о техническом состоянии насоса и его остаточном ресурсе.
Предварительно для диагностики подсистем гидропривода каждый гидродвигатель подсистемы (гидроцилиндр, гидромотор) переводится в упорный или стопорный режимы. Золотник трехходового кранового распределителя при помощи мотор-редуктора 8, 7 включается и фиксируется во втором рабочем положении (фиг.4). Нагружающее устройство с измерительной системой подключается к напорной магистрали по Т-схеме.
дв
Изменением оборотов двигателя n создается давление на нагружающем устройстве, при котором повторяется алгоритм испытания насосного агрегата. По результатам сопоставления данных о состоянии насоса и поверяемой подсистемы контроллер дает заключение о ее техническом состоянии, которое отображается на мониторе компьютера 10 или передается диспетчеру по радиомосту.