Новый метод диагностики гидравлических систем грузовых машин

Самосвалы применяются на строительных площадках, в ходе дорожно-ремонтных работ, на предприятиях горнодобывающей промышленности и в карьерах. У таких грузовых автомобилей есть бортовая платформа для погрузочно-разгрузочных работ. Основной элемент этой системы – гидроцилиндр подъема кузова. Важно вовремя проводить его диагностику, чтобы избежать аварий и простоев. Ученые ПНИПУ разработали собственный аппаратно-диагностический комплекс для определения технического состояния гидроцилиндра. Метод выявляет не только текущее состояние, но и срок службы гидравлической системы, что существенно отличает его от мировых аналогов. Теперь механики могут проводить диагностику на месте, не перегоняя самосвалы на ремонтную базу. Это позволяет сократить затраты на обслуживание рабочей техники.

Исследование опубликовано в Сборнике научных трудов по материалам 82 научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ за 2024 год.

Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Грузоподъемность, например, самосвала КАМАЗ достигает 20-25 тонн. Такая нагрузка на гидравлические приводы требует высоких показателей безопасности и долговечности. Важно оценивать их состояние при регулярном использовании. Практика показывает, что траты на техобслуживание грузовых автомобилей за время срока их службы могут быть в несколько раз больше, чем их первоначальная стоимость. Повысить надежность и уменьшить расходы на внезапный ремонт можно с помощью диагностики гидравлической системы.

Гидроцилиндры – это объемные гидродвигатели, которые нужны для преобразования энергии жидкости в механическую, чтобы поднимать грузы на определенную высоту и наклонять их для разгрузки. В таких элементах есть подвижное звено – шток (стержень, закрепленный в поршне) или корпус (гильза) цилиндра. Гидроцилиндры работают на специальной жидкости, которая под давлением поступает в полость цилиндра и приводит в действие поршень и шток. Шток выполняет возвратно-поступательные движения для передачи толкающего или втягивающего действия. При подъеме кузова гидроцилиндр наклоняет его до нужного угла с помощью привода клапана, а затем останавливает. Рабочая жидкость сливается в бак через клапан, и кузов начинает опускаться. Все это происходит циклично.

В качестве диагностических показателей этой сложной системы сейчас используются давление, расход и температуру рабочей жидкости. Их изменение говорит о состоянии гидросистемы в моменте. Но эти показатели не дают оценить остаточный ресурс и узнать, как долго еще прослужит гидроцилиндр.

Ученые ПНИПУ разработали свой метод диагностики. Он заключается в использовании эффекта «гидроподпора». На элементы гидроцилиндра создается нагрузка, а затем анализируется отклик на нее. Он выражается в том, как быстро растет давление в напорной магистрали. Пермские политехники предположили, что состояние элементов гидроцилиндра будет влиять на скорость увеличения давления при резком изменении нагрузки. Это происходит из-за перетока рабочей жидкости из поршневой полости в штоковую и обратно за счет инерции.

Метод ученых ПНИПУ удобен тем, что диагностику грузовой машины прямо на месте может провести не только специалист, но и механик. Используя датчик давления, он подключает преобразователь сигнала и ноутбук к гидросистеме. Компьютерная программа анализирует сигнал, переводит его в цифровой и в результате выдает график зависимости давления от времени. Так возможно быстро оценить техническое состояние (степень износа) гидроцилиндра, не перемещая рабочие автомобили на ремонтную базу.

Срок службы системы зависит от изношенности уплотнений в гидроцилиндре. Со временем они изнашиваются и начинают пропускать рабочую жидкость из зоны высокого давления в зону низкого. Метод позволяет оценить, насколько быстро происходит нарастание рабочего давления. Представьте себе дырявое ведро. Вы наполните его потоком воды, но на это потребуется больше времени.

– С помощью этого способа мы определяем износ внутренней поверхности гильзы гидроцилиндра. При использовании она может испытывать разные нагрузки, передаваемые поршнем. Это происходит, потому что во время работы поршень, например, не использует всю длину гильзы. В зависимости от выполняемой работы он совершает большее количество рабочих циклов в средней части или в конце хода – так возникают разные участки износа внутренней поверхности. Наш метод это фиксирует. Останавливая поршень в разных зонах, мы получаем качественную и количественную оценку степени износа гильзы. Кроме того, у зоны износа можно определить размеры и узнать, насколько быстро она увеличивается, – объясняет профессор кафедры автомобилей и технологических машин  ПНИПУ Константин Пугин.

Ученые Пермского Политеха разработали метод, который позволяет определить состояние и остаточный ресурс гидроцилиндров путем получения графиков зависимости давления от времени. Такой способ оценивает состояние техники даже во время ее работы, что существенно сокращает вероятность внезапного выхода из строя гидроситемы, а также уменьшает расходы на обслуживание и ремонт машин на базах.