Технические науки/ 3. Отраслевое машиностроение

К.т.н. Гурьянов Г.А., Васильева О.Ю.

Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д Серикбаева, Республика Казахстан

Загрязненность рабочей жидкости и ее влияние на долговечность гидроагрегатов СДМ

Загрязненность рабочей жидкости оказывает большое влияние на техническое состояние гидроагрегатов машин. В гидросистемах СДМ используются рабочие жидкости в основном по 13-му классу чистоты (ГОСТ 17216-71), то есть, содержание в них механических примесей, определяемое по стандартной методике (ГОСТ 6370-59), не должно превышать 0,005% по весу.

С целью определения фактического содержания механических примесей в рабочей жидкости из гидросистем строительных машин были взяты и проанализированы пробы жидкости. Исследования проб показали, что загрязненность масла в среднем в 10…30 раз превышает допустимые нормы и находится в пределах 0,05…0,15% по весу. Кроме механических примесей в пробах жидкости обнаружено большое содержание воды - 0,3% по объему.

Механические загрязнения, выделенные из проб рабочей жидкости, были обработаны и рассмотрены под микроскопом. В результате установлено, что в рабочей жидкости присутствуют частицы размером от 5 до 200 мкм, причем больше всего содержится частиц размером 10…30 мкм, наиболее опасных для пар трения. Велико также содержание мелких частиц размером 5…10 мкм и менее, что объясняется длительной работой масла без замены, а присутствие в рабочей жидкости частиц размером 30…100 мкм, как и то, что в жидкости, отработавшей не более половины срока службы, наблюдается повышенное содержание механических примесей – 0,02…0,06% по весу, свидетельствует о невысокой эффективности работы очистителей, установленных на машинах. Некоторые результаты анализа рабочей жидкости для гидросистем экскаваторов, представлены в таблице 1.

Таблица 1

Марка машины (предприятие)	Марка рабочей жидкости	Время службы жидкости без замены	Место взятия пробы рабочей жидкости	Количество загрязнений			Количество частиц, в % к их общему числу
				в усл. ед.^*	в % по объему	в % по весу	5-10 мкм	10-20 мкм	20-30 мкм	30-50 мкм	>50 мкм
ЭО-3322 (МО-104)	ВМГ-15	2 мес.	Гидробак	16,38	0,0437	0,0819	26	31	27	9	7
ЭО-4121 (УМС-1)	ВМГЗ +ВМГ-15+И-20	1 год	Гидробак	7,08	0,0205	0,0354	17	30	22	18	13
ЭО-5225 (УМС-1)	ВМГ-10 + И-20	1 год	Гидробак	6,24	0,0180	0,0312	27	19	24	10	20
ЭО-3322 (ИУС)	ВМГ-10 + диз. масло	11 мес.	Сливная магистраль	20,28	0,0568	0,1014	15	41	20	8	16
*Условные единицы – отношение действительного содержания в жидкости механических примесей, в процентах по весу к содержанию в жидкости механических примесей по 13-му классу чистоты по ГОСТ 17216-71.

Качественная оценка загрязнений в гидросистемах СДМ показывает, что больше всего в примесях содержится частиц атмосферной пыли и металла. Это свидетельствует о повышенном абразивном износе пар трения гидроагрегатов вследствие попадания в зазоры частиц атмосферной пыли. Также наблюдается большое количество органических примесей, что объясняется разложением масла вследствие его продолжительной работы без замены. Частицы резины попадают в гидросистему при разложении и износе уплотнений и шлангов трубопроводов. Также в рабочей жидкости присутствуют частицы краски, дерева, пластмасс и др. Их присутствие носит случайный характер. Диаграмма компонентов механических загрязнений рабочей жидкости гидропривода СДМ показана на рисунке 1.

Чтобы выяснить влияние загрязненности рабочей жидкости на надежность работы гидроагрегатов, был проведен анализ статистических данных по 153 отказам элементов гидросистемы.

Изучение средней наработки основных элементов гидросистемы с начала эксплуатации или от предыдущего ремонта до появления неисправности показало, что наработка гидроагрегатов ниже гарантированного срока безотказной работы в 2…4 раза. На рисунке 2 представлена гистограмма средней наработки основных элементов гидросистемы. Анализ отказов основных элементов гидросистемы приведен на рисунке 3. Число отказов гидросистемы к общему числу отказов машин составляет более половины и равно 57,4%, причем наибольшее количество приходится на гидроцилиндры и гидронасосы.

Более точная оценка надежности была произведена для гидронасосов с использованием теории вероятности. По данным расчетов построены гистограммы и кривые эмпирического и теоретического распределения отказов гидронасосов (рисунок 4). Как видно из графиков, плотность вероятности безотказной работы насосов подчиняется гамма - распределению.

Проверка соответствия теоретического и экспериментального распределений показала, что в данном случае справедлив закон с параметрами a=2,1 и l=2,19. Тогда плотность распределения вероятности безотказной работы гидронасосов будет:

Гамма – распределение потока отказов может наблюдаться у механических систем при интенсивном изнашивании в узлах трения, что приводит к износным отказам. Действительно, наиболее характерными причинами выхода из строя гидронасосов являются: снижение объемного к.п.д., давление в напорной магистрали ниже номинального, разрушение качающего узла вследствие чрезмерного изнашивания и заклинивания, негерметичность и др.

Также были проанализированы отказы гидроцилиндров. Плотность вероятности времени между отказами для гидроцилиндров имеет экспоненциальную зависимость, которая объясняется тем, что для гидроцилиндров в большей степени характерно появление внезапных отказов: разрушение уплотнений, разрыв проушины штока, течь масла и т.д.

На основании проведенного анализа можно заключить, что основные агрегаты гидропривода СДМ не обеспечивают надежности и долговечности работы, отвечающей современным требованиям. При этом одной из основных причин преждевременного выхода из строя гидроагрегатов является повышенная загрязненность рабочей жидкости.

Таким образом, анализ причин появления неисправностей гидроагрегатов СДМ подтверждает необходимость самой тщательной очистки рабочей жидкости в процессе эксплуатации машин.