ПРОМЫШЛЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Эксплуатация гидравлических систем спецтехники


Стабильная работа гидросистем машин и спецтехники зависит от ряда факторов, на которые следует обращать внимание при эксплуатации техники. Оператору следует плавно управлять машиной, избегать резких включений рычагов, исключать по возможности ударов рабочих органов.

При правильном управлении машиной и своевременном полновесном техническом обслуживании можно избежать неожиданного выхода из строя многих ее компонентов. Некоторые возникающие поломки являются случайными. Застраховаться от них оператору машины весьма сложно.

Обычно в таких случаях отказы гидросистемы появляются в результате установки на машине дефектных гидрокомпонентов. Но выходы из строя гидросистем по этим непрогнозируемым причинам весьма малы и составляют в среднем от 2 до 5%.

В остальных же случаях оператор гидравлической машины и технический персонал ее обслуживания в состоянии предотвратить поломки гидрокомпонентов или по крайней мере прогнозировать время выхода из строя тех или иных составных частей гидропривода.

Так, в результате настройки клапанов на завышенную величину давления компоненты гидросистемы испытывают перегрузки и срок их службы заметно сокращается или возникают механические поломки, например, изгиб штоков гидроцилиндров.

Изгиб штоков – характерная и часто встречающаяся поломка, происходящая из-за чрезмерного закручивания регулировочного винта предохранительного клапана. Но вместе с тем отказы по причине превышения давления в общей статистике составляют 5-6%. В 10-12% причиной отказов гидросистем являются аэрация и кавитация рабочей жидкости.

Аэрация – это чрезмерное насыщение рабочей жидкости воздухом. В эксплуатационных условиях аэрация возникает в случаях попадания воздуха в гидросистему из окружающей среды в результате разгерметизации трубопроводов или отдельных гидрокомпонентов, особенно во всасывающей магистрали.

Часто воздух поступает в гидросистему через изношенные уплотнения штоков гидроцилиндров, а также валов насосов и гидромоторов. Кавитация – это выделение из рабочей жидкости пузырьков воздуха из-за недопустимо высокой скорости ее движения.

Кавитация часто появляется в результате засорений всасывающего фильтра и всасывающего трубопровода, деформации труб и соединений и т.п. Многочисленными исследованиями работы гидравлических систем установлено, что более 80% их выхода из строя в период эксплуатации происходит в результате повышенного загрязнения рабочей жидкости.

Наличие в рабочей жидкости чрезмерного количества твердых частиц недопустимых размеров – это главный фактор поломок гидросистем машин. Поэтому максимальное внимание следует концентрировать на поддержании требуемой чистоты рабочей жидкости.

В этой связи актуальным становится термин «управление загрязнением рабочей жидкости». Он определяет совокупность различных работ по обеспечению требуемой чистоты гидравлических масел. Первый этап таких работ – проверка чистоты рабочей жидкости в гидросистеме машины.

Чрезвычайно важно для определения уровня чистоты рабочей жидкости применять эффективные системы измерений ее загрязненности, которые позволяют установить геометрические размеры твердых частиц и их количество в фиксированном объеме гидравлического масла.

Тестирование рабочей жидкости обязательно должно проводиться после ввода машины в эксплуатацию и замены на ней какого-либо гидрокомпонента. После первого теста следующий можно выполнять через месяц, и если замен компонентов и доливки гидравлического масла не проводилось, то его достаточно проводить раз в 3 месяца.

Когда уровень чистоты рабочей жидкости поддерживается на требуемом уровне, износ гидрокомпонентов будет минимальным, и это обстоятельство позволяет продлить интервал между тестированием. Традиционным методом является взятие пробы рабочей жидкости в стеклянную емкость.

Стекло – химически нейтральный материал. Оно не вступает в реакцию с составляющими компонентами рабочей жидкости, легко отмывается от загрязнений. Возможно применение и пластиковых емкостей, но при условии, что их материал химически нейтрален к гидравлическим маслам.

Пробу следует брать из сливной линии гидросистемы перед фильтром, поскольку в этой гидромагистрали она наиболее загрязнена. 100 миллилитров (100 г) рабочей жидкости следует пропустить через специальную бумагу с высокой степенью фильтрации (не грубее 5 мкм).

В оставшемся на фильтровальной бумаге масляном пятне с помощью микроскопа и оптико-электронного счетчика твердых частиц необходимо определить их размер и количество. Это наиболее простой измерительный процесс. Он содержит свои преимущества и недостатки.

К положительным факторам относится возможность определения природы загрязнений рабочей жидкости и предположение мест износа гидрокомпонентов. Затраты на реализацию этого метода измерения загрязнений наиболее низкие по сравнению с альтернативными. К недостаткам относится следующее. Взятие одной пробы рабочей жидкости не всегда позволяет точно определить уровень ее загрязненности.

Для получения достоверного результата необходимо брать несколько проб с определенным интервалом во времени или в нескольких характерных точках гидросистемы. Результаты подсчета количества твердых частиц различных размеров следует обрабатывать с применением математических формул из теории вероятности и планирования экспериментов.

Для выполнения полного цикла измерительного процесса и точности обработки полученных данных необходим опытный персонал. Взятие проб рабочей жидкости и обработка результатов являются длительным по времени процессом.

Современные методы позволяют определять степень чистоты рабочей жидкости в период работы машины, т.е. в режиме on-line. Для этого в определенных точках гидросистемы устанавливаются специальные датчики, а в удобном месте – компьютерное устройство.

Эта система приборов способна автоматически быстро с высокой точностью подсчитывать количество и размеры загрязняющих частиц, сравнивать их с контрольными значениями чистоты рабочей жидкости и результаты показывать на дисплее. Данные измерений хранятся в памяти компьютера.

Распечатка значений может производиться и на бумажные носители информации. Компьютерное устройство способно анализировать показатели загрязненности рабочей жидкости и из отдельной емкости взятой пробы. На рисунке 1 показана такая система приборов для выполнения упомянутых измерений.

Рис.1. Система приборов для определения чистоты рабочей жидкости для гидросистемы в режиме on-line

Развитие систем постоянного контроля загрязнений привело к созданию «умных» фильтров. Как только уровень загрязнений гидравлического масла становится ниже контрольных значений, фильтр автоматически закрывается и поток рабочей жидкости направляется непосредственно в гидробак.

В этом случае увеличивается грязеемкость фильтров и, соответственно, возрастают интервалы их замены, что способствует сохранению чистоты гидросистемы, дольше сохраняются эксплуатационные характеристики рабочей жидкости.

Исследования, проведенные в течение многих лет, позволили выявить на практике допустимый уровень загрязнений рабочей жидкости, связанный с чувствительностью используемых компонентов гидропривода в конструкции конкретных машин.

Методика подсчета и значения контрольных цифр, характеризующие степень чистоты рабочей жидкости, установлены в международном стандарте ISO 4406. Ответственные производители гидравлической техники, к которым относятся многие известные бренды, в документации выпускаемых машин указывают требуемые значения чистоты рабочей жидкости по этим стандартам.

Однако ряд производителей показатели чистоты гидросистемы устанавливают в соответствии с национальными стандартами, но они всегда аналогичны ISO 4406. Если проверка чистоты рабочей жидкости зафиксировала увеличение уровня ее загрязненности, тогда необходимо предпринять шаги, чтобы определить места попадания твердых частиц в гидросистему.

Существует широко распространенное мнение, что использование фильтров с повышенным уровнем грязеемкости и более тонкой фильтрацией способствует высокой степени очистки рабочей жидкости.

Это, конечно, справедливо, но решающее значение имеет умение управлять величиной загрязнений. Управление загрязнениями выражается в комплексе операций по нахождению всех мест, через которые твердые частицы попадают в гидросистему, и устранение этих причин.

В первую очередь необходимо провести анализ и найти ответы на следующие вопросы:

– Проводились ли недавно ремонтные работы по замене гидрокомпонентов, рукавов высокого давления (РВД) и т.п.?

– Заливался ли недавно гидробак, фильтровалась ли при этом рабочая жидкость?

– Менялся ли недавно воздушный сапун на гидробаке или фильтроэлементы в гидросистеме?

– В хорошем ли состоянии штоки и уплотнения гидроцилиндров?

– В хорошем ли состоянии валы и уплотнения насоса и гидромоторов?

– В хорошем ли состоянии соединения трубопроводов между собой и гидрокомпонентами, нет ли на них масляных запотеваний?

Очевидно, что доступность к таким местам на машине играет существенную роль. Именно при нарушении регламента проведения упомянутых работ и состояния компонентов машины загрязнения попадают в гидросистему.

Управление загрязнениями можно условно разделить на 4 пункта, которые тезисно формулируются следующим образом:

Активное техобслуживание:

– определение ситуации, при которой процесс идет нештатно (например, экскаватор работает штатно, но подъем стрелы затруднен);

– определение источника причины нештатного процесса (корпус гидроцилиндра стрелы нагрелся больше остальных);

– нахождение дефекта и его устранение (износ уплотнений поршня, следует их заменить).

Профилактическое техническое обслуживание:

– проведение планового полновесного технического обслуживания (при проведении техобслуживания устраняются выявленные дефекты, в т.ч. незначительные);

– установление возможного источника причины нештатного процесса и его устранение (например, обнаружен задир на штоке гидроцилиндра ковша экскаватора – задир штока через некоторое время приведет к локальному износу уплотнения, что вызовет отказ гидроцилиндра; гидроцилиндр следует срочно заменить);

– нельзя придерживаться противоположной философии: «Если не сломалось – не исправлять».

Прогноз:

– прогнозирование ситуации, при которой процесс может пойти нештатно (например, экскаватор работает на уборке строительного мусора: возможны повреждения штоков гидроцилиндров; обрывы РВД, связанные с воздействием кусков железобетона, металлической арматуры и т.п.);

– проведение диагностики гидросистемы (например, при диагностике выявлены повышенные внутренние утечки насоса – его следует заменить).

Профилактическое техобслуживание:

– исключение поломки каждого гидрокомпонента (например, если на резиновом покрытии гибких трубопроводов замечены трещины, вздутия и т.п. – следует немедленно заменить РВД);

– исключение потенциальной причины любой поломки (лучше это делать на стадии проектирования) (например, если РВД трутся друг о друга или о металлоконструкцию машины, их необходимо переустановить, возможно, надеть защитные чехлы);

– основательное испытание гидросистемы, непрерывное ее улучшение.

При возникновении дефектов в гидросистеме машины стоимость ее простоя или потери производительности, сроки поставки запасных частей плюс неприятная встреча с заказчиком могут проявиться значительными суммами и потерей клиента, который всегда имеет возможность обратиться к конкурентам.

Ключевой смысл в этом утверждении – надежность. Можно ли гарантировать надежность гидросистем и свести время простоев машины к минимуму? Практика говорит – да. Однако следует понимать возможности и поведение каждого компонента в гидросистеме. Все гидрокомпоненты имеют ограниченный срок службы, но ресурс некоторых из них зависит от характера работы других.

Несомненно, насос является самым главным (не считая гидравлического масла) и часто дорогим компонентом. В непредвиденных обстоятельствах поставщик запасных частей может доставить его за довольно длительное время.

Поэтому периодическая проверка работы насоса становится важным фактором. Вместе с тем существует сильная вера, что использование встроенного в гидросистему машины диагностического оборудования является дорогой роскошью.

Но в современном мире это не тот аспект, на котором следует экономить. Подобная экономия может обернуться большими потерями. В настоящее время существует много различных моделей аналоговых и цифровых гидравлических тестеров, измеряющих расход, давление и температуру рабочей жидкости.

Они выполняются в переносном исполнении, но могут стационарно устанавливаться в удобных местах машины и соединяться в стратегических точках рабочих и сливных гидролиний. На рисунке 2 в качестве примера показан гидравлический тестер, установленный в гидросистему.



Рис.2. Гидравлический тестер, установленный в гидросистему

В новом насосе объемный КПД наиболее высокий. При регулярной проверке расхода гидронасоса, заданного давления и температуры рабочей жидкости следует записывать эти показания.

Сравнение изменений параметров за время работы гидросистемы дает возможность оценить увеличение утечек в результате износа качающего узла, сделать оценку даты ожидаемого выхода из строя и спланировать мероприятия по замене насоса, исключив длительные простои машины.

На рисунке 3 показаны различные типы диагностических приборов и способы их установки в гидросистему при снятии рабочих характеристик гидронасоса.



Рис.3. Типы диагностических приборов и способы их установки в гидросистему при снятии рабочих характеристик насоса

Подобные измерения следует проводить и для других компонентов гидросистемы – гидромоторов, распределителей, клапанов, гидроцилиндров. Только внимательный технический уход за машиной позволит ей работать долго, надежно и эффективно.