Повышение надежности гидравлических систем строительных машин методом технического диагностирования. Соискание ученой степени кандидата технических наук Нгуен Чонг Минь.

В данной статье мы представим выдержки из автореферата на соискание ученой степени кандидата технических наук Нгуен Чонг Минь по специальности 05.05.04. – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины.

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» на кафедре «Производство и ремонт автомобилей и дорожных машин».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Зорин Владимир Александрович

ФГБОУ BO «Московский государственный технический автомобильно-дорожный университет (МАДИ)»,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность темы исследования:

Современное строительство характеризуется все возрастающим объемом строительных работ, выполняемых механизированными способами, что требует постоянного увеличения численности строительной техники. Строительные машины все чаще оснащаются передовыми и современными видами технологического оборудования. Большое значение в развитии и повышении эффективности сложных процессов механизации и автоматизации в строительстве имеет правильное управление и эксплуатация строительных машин. В процессе эксплуатации строительных машин случаются непредвиденные отказы, которые не только снижают производительность труда, но и приводят к экономическим потерям. Поэтому возрастает потребность в повышении надежности строительных машин, оснащении их оборудованием, позволяющим оперативно реагировать на изменения технического состояния машин и повышать эффективность их использования. Особенно важной эта задача становится применительно к строительной технике, используемой в тропических климатических условиях Республики Вьетнам.

Гидравлический привод рабочего оборудования является наиболее популярным в строительной технике. Гидравлическая система привода рабочего оборудования является замкнутой системой, в которой очень сложно определить степень и место повреждения, по статистике время на диагностические испытания составляет до 40% от общего времени ремонта. Время простоя машин в ремонте оказывает значительное влияние на эффективность использования строительной техники, производственный план и ход строительства.

В период эксплуатации техническое состояние машины в целом и гидросистем, в частности, ухудшается, вызывая снижение производительности и качества функционирования, снижение мощности, повышение температуры рабочей жидкости, повышение уровня шума при работе машины. Основная причина, приводящая к вышеуказанному явлению – это утрата работоспособности рабочими жидкостями и смазочными материалами в условиях тропического климата, вследствие этого повышенный износ конструктивных элементов, приводящий к увеличению зазоров между рабочими поверхностями деталей гидропривода. Эти повреждения могут быть выявлены посредством технического осмотра и диагностирования гидравлической системы.

В зависимости от устройства и места передачи диагностической информации различают бортовое, лабораторное (c применением стационарных диагностических стендов) и дистанционное диагностирование. Современные средства связи и передачи данных позволяют использовать дистанционные диагностические системы для оценки технического состояния машин не менее эффективно, чем традиционные стационарные диагностические системы.

Диагностирование позволяет контролировать техническое состояние строительных машин в процессе эксплуатации, что является важным методом определения надежности и оценки рисков строительных машин. Поэтому использование диагностирования, особенно дистанционного диагностирования строительных машин, является необходимой и перспективной задачи повышения надежности строительных машин в современную цифровую эпоху.

Цель диссертационной работы – повышение долговечности и безотказности строительных машин за счёт своевременного выявления и предупреждения отказов гидравлических систем на основе оперативной диагностической информации о техническом состоянии элементов гидропривода.

Основные задачи исследования, в соответствии с целью, состояли в следующем:

1. Анализ особенностей эксплуатации гидрофицированных машин и методов обеспечения надежности гидроприводов при техническом обслуживании и ремонте строительных машин в тропических условиях эксплуатации Вьетнама.
2. Разработка метода дистанционного диагностирования технического состояния гидромоторов строительных машин.
3. Разработка метода дистанционного диагностирования

состояния гидроцилиндров строительных машин.

1. Разработка математической модели повышения надёжности строительных машин на основе информации, полученной с помощью системы дистанционного диагностирования
2. Разработка алгоритма дистанционного диагностирования гидросистемы строительных машин
3. Оценка экономической эффективности использования методов дистанционного диагностирования для определения технического состояния элементов гидропривода строительных машин.

Объект исследования – элементы гидропривода строительных машин: гидромоторы и гидроцилиндры.

Предметом исследования является метод дистанционного диагностирования технического состояния гидросистем строительных машин.

Методология и методы исследования: математическое моделирование процессов, происходящих в гидроприводе, использование статистических данных для разработки математических моделей оценки технического состояния гидросистем строительных машин, аппарат теории надёжности, теории вероятности, имитационного математического моделирования.

Проведены теоретические и экспериментальные исследования в ФГБОУ ВО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» (на кафедре «Производство и ремонт автомобилей и дорожных машин») и в компании “Техцентр гидравлика”, в период с 2019 по 2022 г. Результаты исследования были внедрены на предприятиях Вьетнама: ООО JCT ВЬЕТНАМ, АО «Оборудование имени Куанг Аня» в 2022 году.

Научная новизна работы заключается в разработке:

• 1. Математической модели изменения технического состояния гидроцилиндров строительных машин.
• 2. Математической модели изменения технического состояния гидромоторов строительных машин.
• 3. Алгоритмов дистанционного диагностирования гидросистем строительных машин.
• 4. Математической модели повышения надёжности строительных машин на основе информации, полученной с помощью системы дистанционного диагностирования.

Теоретической и практической значимостью диссертационной работы являются:

1. Имитационная модель изменения технического состояния гидромоторов строительных машин
2. Имитационная модель изменения технического состояния гидроцилиндров строительных машин
3. Модель дистанционного диагностирования технического состоЯния гидросистемы строительной машины
4. Математическая модель повышения надёжности машин на основе информации, полученной с помощью системы дистанционного диагностирования.

Положения, выносимые на защиту:

• 1. Диагностическая модель оценки состояния гидромоторов и гидроцилиндров, предоставляющая диагностическую информацию на основе изменений давления рабочей жидкости с учётом температуры по мере увеличения износа элементов гидропривода
• 2. Система дистанционного диагностирования гидравлических систем строительных машин
• 3. Математические модели оценки технического состояния элементов гидросистем строительных машин
• 4. Алгоритм дистанционного диагностирования гидросистемы строительных машин

5. Методика оценки остаточного ресурса по результатам дистанционной оценки (мониторинга) технического состояния элементов гидропривода строительных машин.

• 1. Диагностическая модель оценки состояния гидромоторов и гидроцилиндров, предоставляющая диагностическую информацию на основе изменений давления рабочей жидкости с учётом температуры по мере увеличения износа элементов гидропривода
• 2. Система дистанционного диагностирования гидравлических систем строительных машин
• 3. Математические модели оценки технического состояния элементов гидросистем строительных машин
• 4. Алгоритм дистанционного диагностирования гидросистемы строительных машин
• 5. Методика оценки остаточного ресурса по результатам дистанционной оценки (мониторинга) технического состояния элементов гидропривода строительных машин.

Степень достоверности и апробация работы:

Положения, выводы и научные рекомендации подтверждаются результатами теоретических и экспериментальных исследований гидравлических систем строительных машин, проведённых в соответствии требованиями математического анализа, теории планирования экспериментов, статистического анализа достоверности и точности полученных экспериментальных данных.

Основное содержание работы было доложено и обсуждено на следующих конференциях и семинарах:

• 78, 79, 80-ой международных научно-методических и исследовательских конференциях МАДИ, Россия, г. Москва.

Международной научно-технической конференции «Энерго-ресурсосберегающие технологии и оборудование в дорожной и строительной отраслях», Россия, г. Белгород, БГТУ им. В.Г. Шухова.

• International Scientific Conference « 2021 intelligent technologies and electronic devices in vehicle and road transport complex», Russia, Moscow.
• II Международной конференции «Наука и техника в дорожной отрасли» с участием молодых ученых, Россия, г. Москва, МАДИ.

Публикации:

По теме диссертационной работы опубликовано 10 научных работ, из них 3 статьи опубликовано в изданиях, входящих в «Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук и доктора наук», 2 работы опубликованы в изданиях, входящих в базу цитирований Scopus, 3 публикаций в прочих изданиях, авторских свидетельств – 2. В печатных работах подробно изложено содержание всех основных разделов диссертации, выводы и результаты работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении раскрывается актуальность темы, цель и задачи исследования, научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы.

В первой главе анализируется обзор литературы по теме исследования.

Проведен анализ общих проблем управления надежностью строительных машин, рассмотрены факторы, снижающие надежность строительных машин, основные направления повышения надежности строительных машин, проанализированы условия эксплуатации строительных машин во Вьетнаме и определен объект исследования диссертации.

Проанализированы условия работы гидросистем строительных машин и их влияние на надежность строительных машин. Проанализированы методы обеспечения надежности гидросистемы при техническом обслуживании и ремонте, тем самым дано два основных направления повышения надежности гидросистемы строительных машин:

• Повышение надежности гидроэлементов при проектировании и производстве.
• Повышение надежности в процессе эксплуатации строительных машин (использование методов диагностирования и оборудования, мониторинг рабочего состояния гидросистем, прогнозирование остаточных ресурсов и прогнозирование повреждений).

Изменение технической жесткости климата Sk и параметра потока отказов Wк строительных машин (например экскаватора) в климатических зонах Вьетнама и Москвы показано на рис.1.

Рисунок 1 – График значений технической жесткости климата и параметра потока отказов строительных машин в климате Вьетнама и Москвы

Из графика мы видим, что параметры потока отказов строительных машин (например экскаваторов), работающих в странах с тропическим климатом (Вьетнам) выше, чем у строительных машин, работающих в странах с умеренным климатом (г. Москва) (в 1,01÷1,61 раза). Поэтому показатели надежности строительных машин (ресурс), работающих в условиях тропического климата, также будут в 1,5 раза ниже, чем у строительных машин, работающих в странах с умеренным климатом (г. Москва). Строительные машины, работающие в тропическом климате (высокая температура, сильное солнечное излучение) повышают температуру рабочей жидкости, поэтому рабочая жидкость быстро теряет работоспособность, скорость старения резиновых уплотнений, резиновых труб увеличивается, сокращается срок службы гидравлических элементов. С повышением температуры окружающей среды вязкость рабочей жидкости уменьшается, увеличивается трение между поверхностями трения, что приводит к увеличению зазоров трибосопряжений, снижению мощности и производительности гидросистемы. Очевидно, что повышение надёжности именно гидропривода техники оказывает существенное влияние на эффективность эксплуатации строительных машин.

Статистический анализ результатов оценки риска элементов гидропривода одноковшовых экскаваторов показывает, что гидроцилиндры и гидромоторы имеют самый высокий индекс риска (рис.2). Таким образом, именно гидроцилиндры и гидромоторы оказывают наибольшее влияние на надежность гидросистемы строительных машин. Они являются объектом исследования в данной диссертации.