Несколько способов повышения надёжности гидросистем

[engineerandreev.livejournal.com]

Предупреждение: пост содержит в себе технические тонкости, которые могут быть совершенно неинтересны тем, кто по работе никак не связан с гидроприводом. Если вас не беспокоят специфические проблемы гидравликов, просто пролистайте ленту дальше...

Оригинал взят у engineerandreev в Несколько способов повышения надёжности гидросистем

Завалялись у меня тут материалы по работе, которыми уже очень давно хочу поделиться. Речь пойдёт, как ясно из названия, о повышении надёжности гидросистем. Всем известно, что самые надёжные гидравлические системы разрабатываются для авиации, но когда речь заходит о том, чтобы перенять часть опыта для самых обыкновенных наземных гидросистем, у конструкторов моментально встаёт перед глазами „авиационный“ ценник и включается режим непреодолимого скепсиса. Поэтому в этом посте я не буду рассказывать о системах резервирования, многоканальных приводах и способов повышения живучести гидросистемы при взрыве двигателя, а остановлюсь лишь на приёмах, которые практически не требуют дополнительных вложений, но тем не менее, могут существенно повысить надёжность всей системы.
Самые неприятные отказы в гидросистемах происходят из-за грязи. Если обрыв рукава высокого давления виден и слышен сразу, то грязь обычно приводит к загадочным явлениям, которые порой ставят в ступор не только эксплуатирующий персонал, но и самих конструкторов. В системе не поднимается давление? В системе слишком сильно поднимается давление? Система перегревается? Насос орёт? Гидравлический распределитель то работает, то не работает? Гидромотор подклинивает и дёргается? Все признаки поломки пропадают, когда приходит наладчик? Тогда это точно грязь…
Поэтому в первую очередь, конечно, речь пойдёт о том как не загадить рабочую жидкость. Начать при этом стоит с самого процесса проектирования. Очень часто в гидравлических схемах мобильной техники можно увидеть следующий эпизод:

Благие намерения заставляют конструктора устанавливать обратный клапан параллельно напорному фильтру. Логика простая: если фильтр вдруг засорится и через него не будет идти жидкость, то она пойдёт в обход через клапан, предохраняя насос от повышения давления.
Не буду утверждать, что этот вариант совсем уж не имеет права на жизнь (всё-таки, почему-то ведь его вставляют в учебники), наверное это неплохой вариант, когда не жалко места, массы и денег (например, в гидроприводе станка). В остальных случаях я бы использовал этот вариант крайне осторожно по следующим причинам:

1. Нужно всегда помнить, что при низких температурах (например, во время холодного пуска) скорее всего возникнет момент, когда вся жидкость пойдёт через обратный клапан.


2. Под запорно-регулирующий элемент (шарик, конус) может попасть монтажное загрязнение (стружка из соединения) и тогда грязь будет идти в систему на постоянной основе.

Чтобы предотвратить пункты 1 и 2, т.е. чтобы гарантировать, что обратный клапан практически никогда не будет открываться, тонкость фильтрации выбирается достаточно грубая — 25..40 мкм. Таким образом, этот фильтр уже можно считать лишь защитным, но никак не средством очистки рабочей жидкости. Другими словами, предназначен он на случай, когда насос начнёт активно изнашиваться. Теперь давайте представим что должно случиться, чтобы такой фильтр раньше регламентного срока засорился… Очевидно, что в этом случае речь идёт уже не об износе, а о процессе разрушения насоса, когда он лавинообразно начинает поставлять всё больше и больше металлической стружки, забивая фильтр. И вот, когда стружки становится настолько много, что перепад давления превышает силу поджатия пружины клапана… мы пускаем весь этот мусор в систему в обход фильтра! Последствия могут быть различными (вполне возможно, что даже ничего не заклинит, а насос просто перестанет держать давление вследствие износа), но одно можно сказать точно — после этого нужно будет обязательно менять масло и заново промывать всю гидросистему.
Простое решение для сливного фильтра выглядит так:

Сливные фильтры обычно дешевле и меньше по габаритам, а значит можно раскошелиться немного и поставить ещё один фильтр в „холодный“ резерв через обратный клапан. В этом случае после срабатывания индикатора загрязнённости (будь то визуальный или с электрическим выходом) можно не дёргаться, а спокойно дорабатывать до конца смены, а потом уже поменять фильтроэлемент.
Для напорного же фильтра гораздо надёжнее, как ни странно, выглядит предельно простая схема:

В этом случае можно использовать фильтр любой требуемой тонкости фильтрации (хоть 5 мкм) с индикатором загрязнённости, а на случай засорения непосредственно перед насосом ставят предохранительный клапан:

Естественно, сам предохранительный клапан должен быть прямого действия (прежде всего, из-за быстродействия), но даже в этом случае он может быть чувствителен к загрязнению. Типичная ситуация — клапан настраивается сразу после монтажа на определённое давление, а после этого в системе просто не поднимается давление. Причина — попавшая под запорно-регулирующий элемент металлическая частица, коих, понятное дело, насос поставляет (вследствие износа) в достаточно большом количестве.
Решение этой проблемы — настраивать предохранительный клапан на отдельном стенде, в котором присутствует напорный фильтр тонкой очистки. После настройки клапан нужно опломбировать, аккуратно поставить в систему и больше никогда не трогать. Срабатывать в идеале он должен крайне редко и кратковременно, и всегда это должно быть поводом для детального анализа причин экстремальных забросов давления.
В случае же переливного клапана (когда „лишняя“ жидкость сливается в бак для поддержания определённого давления), необходимо использовать следующую схему:

Дроссель усилительного каскада переливного клапана, а также сам пилотный клапан должны быть обязательно защищены фильтром тонкой очистки, здесь вариантов особо быть не может. Кроме того, при активной работе этого клапана, нужно обязательно пускать слив через теплообменник, если нет желания моментально вскипятить бак.
Возвращаясь к теме фильтров, поговорим о всасывающем фильтре насоса…

Вообще, всасывающие фильтры, судя по всему, появились в те времена, когда рабочую жидкость хранили не в закрытых баках, а в десятилитровых оцинкованных вёдрах вместе с ржавыми гвоздями и опавшими листьями. Сейчас их имеет смысл использовать в тех случаях, когда нет никакой технологической возможности сделать гарантированно чистый бак, либо проконтролировать, чтобы рабочие не лили в него что попало.
Причина — от всасывающего фильтра проблем больше, чем пользы. Любое гидравлическое сопротивление во всасывающей линии снижает кавитационный запас насоса и заставляет его истошно орать. В случае же холодного пуска при отрицательных температурах всасывающий фильтр может легко организовать сухую работу насоса с последующим свариванием трущихся узлов. В идеале насос должен всасывать жидкость прямо из бака, вообще без трубопроводов. Поэтому лучше делать как на этой схеме:

В идеале, всё что попадает в бак, должно проходить через фильтр тонкой очистки (включая дренаж насоса). Заправка и доливка жидкости должны осуществляться закрытым способом через заправочные фильтры, а заливную горловину вообще лучше убрать от греха…
Теперь, когда у нас есть идеально чистый бак, а на выходе из насоса стоит фильтр тонкой очистки, казалось бы, можно расслабиться… но нет тут-то было! Помимо загрязнений в виде продуктов износа, есть ещё монтажные загрязнения. Хоть сейчас уже и не принято гнуть трубы, забивая их песком (в авиации это вообще запрещено), а все штуцеры тщательно отмываются в керосине и чистятся ультразвуком, всё равно есть вероятность, что при стягивании соединений образуется заусенец, который спустя некоторое время (дождавшись, когда систему промоют и доведут класс чистоты рабочей жидкости до нужного уровня) отправится путешествовать по гидросистеме и заклинит какой-нибудь жизненно важный золотник. Чтобы предотвратить это, каждый чувствительный к подобным загрязнениям агрегат, необходимо защищать грубым входным фильтром (тонкость фильтрации порядка 100 мкм):

На практике это выглядит не так страшно как на схеме. Просто вокруг гильзы обворачивают достаточно грубую сетку, которая почти не создаёт гидравлического сопротивления и практически ничего не стоит. У многих производителей клапанов даже есть готовые решения на этот счёт.

Конечно, всё, что написано выше — вопросы дискуссионные. Уверен, найдётся много инженеров, которые скажут, что всю жизнь лили отработку в бак экскаватора и всё нормально работало (а если и ломалось, то быстро чинилось). Конечно, далеко не всегда с наземной техникой имеет смысл заморачиваться так же как и с самолётом, но с другой стороны, когда речь идёт лишь о том, чтобы по-другому соединить агрегаты, повышая в несколько раз надёжность, почему бы это не сделать?)

Comments

[boud.livejournal.com]

Так всё по делу. Перепуск особо плюсую. Один раз не щакрылась толком такая штука - люди много проблем на ровном месте получили, уже и клапана меняли и рабочее тело, а поднять давление никак...

Отдельно отмечу подогрев масла, который всё же желательно иметь. По опыту новогодних мапафонов, после них оборудование часто приходится уговаривать запуститься, практически. Буквально сегодня звонили ребята - чтобы не прихватило систему, всю декаду гоняли по трубам жижу, грея штатной 15кВт грелкой, как раз на такой случай (я подумал о них при проектировании), чтобы всё грелось - перевели трехходовые в ручной режим, т.к. целевая 25, а грелка больше 14 пл морозам этим дать не может. Спустя декаду всё норм, но один трехходовой в авто режим не встаёт никак. Трубы ду80, руками особо не покрутишь... Пришлось, в общем, обесточивать контур - после включения всё завелось. Чудеса, да и только.

[engineerandreev.livejournal.com]

Подогрев — отдельная большая тема. Там делают и небольшой бачок с электроподогревателем для пуска насоса на подогретой жидкости и термоклапаны, которые открываются при низких температурах, чтобы прокачать насосом холодную жидкость.
Хорошо, когда можно всю систему прогреть перед пуском, но обычно достаточно сначала пустить насос без нагрузки по кратчайшему пути к баку, прогреть насосом бак, а уже потом прокачивать тёплое масло по всей системе...

[ermiak.livejournal.com]

Напомнили (http://ermiak.livejournal.com/350459.html)

[alex-bordachev.livejournal.com]

Очень интересно и полезно, спасибо!
К гидравлике напрямую отношения не имею, но принципы эти, насколько я понимаю, применимы и автомобильной технике (гидроусилитель руля, система смазки двигателя, АКПП), и в кондиционировании.
Только в АКПП всасывающий фильтр обязательно надо ставить: в поддон сыпется весь мусор - куски фрикционов и тд. Да и в движке тоже. А в остальном всё так же...

[engineerandreev.livejournal.com]

Да, в случае, когда нужно работать на жидкости из картера коробки или двигателя, вариантов не так-то много — нужно ставить фильтр грубой очистки. И что характерно, как раз недавно к нам обращались конструкторы насосов для систем смазки, у которых насос отказывался выходить из нуля при низких температурах... И как обычно всё крутится возле фильтра и грязи (насос ведёт себя по-разному после перебоки и чистки).
Ну и кстати, для АКПП вроде бы уже стараются делать систему, которая работает на своём масле. Хотя, я не уверен на 100%, что в сериях уже так делают...

[mtyukanov.livejournal.com]

Ну, там все относительно просто -- мусор стальной, так что фильтр магнитный, мощные магниты сейчас недороги. Оседает на нем красиво, да.

[22sobaki.livejournal.com]

>предохраняя насос от повышения давления

Чем плохо для насоса повышение давления?

[rutinin.livejournal.com]

качать тяжелее)

[general-drozd.livejournal.com]

Если насос не предусматривает работы "со скольжением", то есть работы при нулевом потоке перекачиваемого тела, то это чревато выходом из строя привода насоса.
Что уже по моей части - сработает тепловое реле двигателя или датчики перегрева статора. В худшем случае двигатель перегреется и в обмотке будет короткое замыкание вследствие деградации изоляции.

Автору:
1.
(http://ic.pics.livejournal.com/engineerandreev/74054154/53317/53317_300.png)

Почему бы вот тут не поставить клапан после фильтра? Это бы исключило даже теоретически попадание в него какого либо объекта и исключило незакрывание.

2. Вы написали статью с довольно точно ограниченным предметом. Вот давайте сравним количество комментаторов статьи по делу и статьи "я впрыгнул в г....но". А потом сделаем выводы.

[engineerandreev.livejournal.com]

Резкие забросы давления плохи тем, что могут разрушить насос (даст клина, например). Хотя чаще просто лопается рукав высокого давления нагнетательной линии с характерным хлопком и насос за несколько секунд опорожняет весь бак)
Ну а постоянная работа при повышенном давлении (на которое насос не рассчитан) приведёт к перегреву и снижению ресурса.

[sam-buddy.livejournal.com]

Наиболее рациональной лично мне показалась идея пропуска при запуске в холодном режиме некоторого количества подогретой жидкости.

[Виталий (from livejournal.com)]

Перепускной клапан ставят что бы бумагу из фильтра не вырвало холодным маслом(на машинах, что под моторное масло, что в гидраче). Гуовны меньшее зло чем такое. Весь вопрос в размере фильтра. Песок - плунжеры сцаца начнут, а бумага все на свете забъет.
ЗЫ вспоминая нашу недавнюю дискуссию я таки нашел от куда такая разница в цифрах по В737 original
http://igor-piterskiy.livejournal.com/18209.html?thread=776993#t776993

[engineerandreev.livejournal.com]

Так не надо бумагой фильтровать линию нагнетания, есть же стекловолокно)

[general-drozd.livejournal.com]

Те кто лил отработку в бак экскаватора, вероятно, не обращают внимания на люфты от 11мм на соединениях стрелы и разбитые петли на штоке и корпусе цилиндров. Видел я такой ужас. На нём работать невозможно.

[lazy-flyer.livejournal.com]

Те кто лил отработку в бак экскаватора

Тот понял смысл жизни :)))

[e-pipe.livejournal.com]

Спасибо, узнал много полезного.

[fixik-papus.livejournal.com]

Причина, по которой втыкают байпас с обратным клапаном к фильтру - банальна.
Чтобы не выдавить фильтрующий элемент холодным вязким маслом.
Разумеется, лучше бы сперва подогреть масло, но...

У нас есть одна машина, где масло в картере гидравлики перед запуском греется.
Так вот, ТЭН слабенький, и когда холодно - оно подогревается, а пока не нагреется - ничего не включается, хоть ты тресни.
А потом сперва насос гоняет масло по короткому кругу мимо гидроприводов, и снова греется....
Все это может занимать несколько часов.
Обойти невозможно никак.
Представляете "веселье", когда машину выключили, и забыли заранее включить?

Насчет стружки: нереально рулит (не только в гидравлике) простейшая, но гениальная штуковина: пробка с магнитиком и прозрачным окошечком напротив него, позволяющим смотреть на магнитик без вскрытия пробки.
Главное - не забывать периодически посматривать туда.

[general-drozd.livejournal.com]

Я могу показаться излишне резким, но по-моему

> Обойти невозможно никак.
> Представляете "веселье", когда машину выключили, и забыли заранее включить?

это правильно, "выход аварийной ПЛ в море допускается только в случае ядерного нападения" а если дать возможность дергать так просто , то можно и не ставить нагрев.
Ответственный за машину в таком случае "-25" и потом начинает думать.

[engineerandreev.livejournal.com]

Современные фильтроэлементы со стекловолокном для напорных фильтров держат и по 10 и по 20 бар перепад при тонкости фильтрации 5 мкм.

Несколько часов на прогрев — это, конечно, мощно... Система наверное на низкое давление? Если иметь хотя бы 160 бар, можно любой бак довольно быстро вскипятить, даже того не желая)

По поводу стружки, я бы предпочёл всё же смотреть на индикатор фильтра, чем на стружку в баке (если речьЮ конечно, не о системе смазки).

[maiklkoenig.livejournal.com]

Ох и помел я секаса с этим перепуском. На старой мясорубке колесо выгрузки фарша полностью не поднималось из чаши. Прикинули что насос не выдает давление. Что только не делали. А немцы сделали в насосе этот перепуск встроенный. Короче. Пружина клапана просела и он открывался на меньшем давлегии и не выдавал мощность.

[fixik-papus.livejournal.com]

Вот как влияет узкотехнический вопрос о замерзании гидравлики на простую-повседневную жизнь

Это - мусорка у меня во дворе сегодня.
Мусор не вывозят уже пятый день.

Почему? А потому что у нас ныне -30 на улице. И эти гребаные Камазы с оборудованием Коммаш - ЗАМЕРЗЛИ. Один раз приехали - так гидравлика вообще не работает, что-то там пытались лопатами покидать - бестолку.
А вот Маны с Целлером - почему-то не замерзали никогда....
Вопрос: где -30 зимой в порядке вещей? В Германии или в России?
Тогда почему российские машины замерзают, а немецкие - нет?

[ardelfi.livejournal.com]

Пользуясь случаем хочется узнать от гидравлика: какие организации способны разрабатывать гидропривод с щелочными металлами в качестве рабочей жидкости? (NaK-77 и подобное)

[engineerandreev.livejournal.com]

Боюсь, что я с таким не сталкивался, наверняка сказать не смогу.

[mtyukanov.livejournal.com]

Всасывающий фильтр будет вести себя нормально при двухступенчатой системе -- сначала насос низкого давления, штатно способный работать вхолостую, потом уже рабочий, который включается только после достижения рабочего давления на входе. Тогда всасывающий фильтр можно делать и тонким. С индикацией засорения, конечно.

Для топлива и воды так часто и делают, но ничто не мешает это сделать и в закрытых системах, особенно, если у контура низкого давления и так есть какое-нибудь применение.

[Виталий (from livejournal.com)]

Кстати Дядь, раз шаришь в гидравлике. Можно ликбез почему на машинах воют гидрачи? Там лопастной(пластинчатый) насос, ничто не вечно изнашивается.
Но бывает меняешь насос - не помогает.
В напорном рукаве вроде как дроссель(ну шайба с мелко дыркой), есть мысли зачем?
Вой это я так понимаю броски давления, на руле "зуд" чувстветься, но если ты разбираешься можно немного теории? Честно пытался гуглить ничего путевого не нашел.
У себя менял и рулевую рейку и насос(правда на китайский) - не помогает, воет. Если залить вместо гидрашки моторное масло - перестает, оно же гуще.
Если не сложно просвети в теории, плиз :)

[engineerandreev.livejournal.com]

Конечно, любые дистанционные диагнозы - гадание на кофейной гуще, но я попробую)

Первопричиной может быть неравномерность подачи насоса (частота порядка сотен Гц, зависит от частоты вращения и числа лопастей). Обычно эти пульсации давления демпфируются в системе, но могут и найти отклик в системе, если попадут в резонанс с чем-то.
Резонировать могут рукава и трубки. Чтобы проверить это, нужно сравнить длину рукавов и трубок с четвертью длины волны (длина волны - скорость звука разделить на частоту пульсаций в Герцах). Скорость звука в нагнетательной линии варьируется примерно от 400 м/с для рукава до 1400 м/с для стальной трубки. Частоту можно записать на микрофон и разложить в ряд Фурье в какой-нибудь программке.
Если получится так, что в какую-нибудь трубку или рукав укладывается кратное число четверть длины волны, можно грешить на резонанс в него/ней. Бороться можно либо изобретая какой-нибудь четвертьволновой гаситель пульсаций, либо попытаться найти место для гидроаккумулятора, но я бы начал с того, что попробовал заменить рукав на чуть более длинный или короткий, попытавшись сместить резонансную частоту немного.

Ещё проблема может быть из-за люфта в обратной связи. Это может быть не обязательно рейка, а, например, то место, где стыкуется золотник. Иногда и пары соток люфта достаточно, чтобы появились автоколебания.

Ну ещё может предохранительный клапан орать. У него обязательно должен быть какой-то демпфер, возможно он истёрся.

По поводу дросселя, не думаю, что он для гашения пульсаций. Скорее просто для уменьшения коэффициента усиления прямой цепи. Возможно, без него золотник пришлось бы делать слишком мелким, что нетехнологично.