Метод контроля параметров гидравлического привода при наличии нерастворенной газовой фазы в рабочей жидкости

Гидравлический привод в технических системах на сегодняшний день находит широкое применение благодаря его высокой удельной мощности и универсальности. Дальнейшее развитие систем гидравлического привода становится невозможным без его постоянного совершенствования на основе современных технических решений.
Контроль параметров гидравлического привода (номинальное давление,
расход жидкости и т.д. в соответствии с ГОСТ Р 52543-2006), зависящих от качества рабочих жидкостей, является одним из путей совершенствования гидравлических систем. На сегодняшний день в научно-технической литературе рассматриваются два варианта повышения качества рабочих жидкостей:
– разработка новых жидкостей, позволяющих удовлетворить предъявляемые требования к гидросистеме;
– разработка присадок и методов обработки применяемых рабочих жидкостей, таких как дегазация.
Контроль параметров необходим для уменьшения вероятности возникновения в гидравлическом приводе мгновенного или быстропротекающего процесса, непредусмотренного алгоритмом его работы. К событиям такого рода можно отнести активное газовыделение в насосах, гидродвигателях, элементах направляющей и регулирующей гидроаппаратуры. Нерастворённый газ в рабочей жидкости отрицательно влияет на рабочие параметры гидравлического привода:
– плавность хода исполнительных механизмов; – точность позиционирования рабочих органов; – запас устойчивости систем управления;
– подачу и КПД насоса и т. д.
Наличие нерастворённой газовой фазы в рабочей жидкости ускоряет
6
медленно протекающие процессы, такие как «старение» масла, интенсивный
износ пар трения, снижает срок службы рабочей жидкости и ресурс гидропривода в целом.
Таким образом контроль параметров гидравлического привода при наличии нерастворённой газовой фазы в рабочей жидкости представляет научный и практический интерес и, следовательно, является актуальным.
Степень разработанности темы исследования.
Существенный вклад в изучение особенности контроля параметров гидропривода внесли Д.Н. Попов, Н.С. Гамынин, Н.Ф. Метлюк, Б.Л. Коробочкин, Т.М. Башта и другие. Значительная часть этих работ посвящена теоретическим исследованиям. Дальнейшее развитие методов контроля параметров гидравлического привода требует исследования особенностей влияния ранее не учитываемых факторов, таких как нерастворённый газ, с разработкой экспериментальных методов и способов интерпретации их результатов.
Объект исследования – гидравлический привод и его параметры
Предмет исследования – контроль параметров гидравлического привода при наличии нерастворенного газа в рабочей жидкости.
Соответствие специальности.
Работа выполнена в соответствии с пунктами направления исследований 1, 4 и 6 паспорта специальности 2.2.8. «Методы и приборы контроля и диагностики материалов, изделий, веществ и природной среды».
Цель и задачи.
Цель диссертационной работы заключается в обеспечении работоспособности гидравлического привода путём контроля его параметров при наличии нерастворенного газа в рабочей жидкости.

7
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
1. Создать метод и алгоритм контроля параметров гидропривода, позволяющие определить область допустимой концентрации нерастворенного газа в рабочей жидкости.
2. Разработать математическую модель расчёта параметров гидравлического привода при наличии нерастворенного газа в рабочей жидкости.
3. Разработать конструкцию установки для проведения экспериментальных исследований влияния нерастворенного газа в рабочей жидкости на параметры гидравлического привода.
4. Предложить и обосновать методику контроля и диагностирования гидравлического оборудования с применением предложенной установки.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
1. Создан новый метод контроля параметров гидропривода, позволяющий определить область допустимой концентрации нерастворенного газа в рабочей жидкости.
2.Разработана новая математическая модель для расчёта параметров гидравлического привода при наличии нерастворенного газа в рабочей жидкости, учитывающая нелинейную зависимость модуля объёмной упругости жидкости от изменения давления в гидросистеме.
3. Предложена новая методика технического контроля и диагностирования параметров гидравлического оборудования с применением сконструированной и защищённой авторским патентом (авторский патент No 196575) установки.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Предложенный метод контроля может быть использован при проектировании гидравлических систем в качестве получения эталонных статических и динамических характеристик при проведении приемно- сдаточных испытаний гидравлического привода, а также при глубокой модернизации гидравлического привода самоходных машин, станочного

8
гидропривода и т. д.
Результаты работы могут быть использованы при проектировании и
эксплуатации машин и агрегатов, что позволит обеспечивать стабильные характеристики и повысить эффективность работы гидропривода, а параметры, зависящие от газосодержания в рабочей жидкости, перевести в разряд управляемых факторов.
Методология и методы исследования.
При выполнении работы использовались основные положения гидравлики, теплофизики, механики жидкости и газа, применялись стандартные и специально разработанные средства контроля и испытания для обработки данных использовались программное средство Mathcad, специальное программное обеспечение CMWIN.
Положения, выносимые на защиту:
1. Предложенный в работе метод контроля параметров гидравлического привода в отличие от существующих позволяет определить с точностью до 3% допустимую концентрацию нерастворенного газа в рабочей жидкости.
2. Разработанная математическая модель расчёта параметров гидравлического привода учитывает нелинейную зависимость модуля объёмной упругости жидкости при давлении жидкости до 15 МПа и, тем самым, позволяет обосновать взаимосвязь параметров гидравлического привода и метода их контроля.
3.Методика контроля и диагностирования с применением установки авторской конструкции позволяет определять влияние нерастворенного газа на параметры элементов в гидравлической системе.
Степень достоверности и апробация результатов.
Результаты работы подтверждаются экспериментально и теоретически, научные положения аргументированы, выводы подтверждены

9
экспериментальными исследованиями, сопоставимы с результатами других
авторов, математическая обработка результатов проводилась с использованием сертифицированных приборов и программ.
Основные научные положения и результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались на научных семинарах кафедры “Технологические машины и оборудование” ПИ СФУ, научных семинарах кафедры “Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов” ИНиГ СФУ; Международной конференции «Прикладная физика, информационные технологии и инжиниринг», Красноярск, 2019 г.; II Международной конференции «Передовые технологии в аэрокосмической отрасли, машиностроении и автоматизации» 2019 г., г. Красноярск; Международной конференции «Метрологическое обеспечение инновационных технологий» Санкт-Петербург, 2020г. ; Международной конференции – «Прикладная физика, информационные технологии и инжиниринг», Красноярск, 2021 г.. Метод контроля был опробован и внедрён на предприятиях, что подтверждено актами внедрения:
– Северная геологоразведочная экспедиция – филиал ОАО «Красноярскгеология»;
– ООО «Сибирский завод экологической техники».
Также результаты исследования внедрены в учебный процесс кафедры «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» Института нефти и газа «Сибирского федерального университета».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 научных работ, включая 3 работы в изданиях, входящих в перечень ВАК, 15 работ в МБД Scopus и Web of Science, получено 4 патента.
Личный вклад автора.
Автором разработан новый универсальный метод контроля параметров гидравлического привода при наличии нерастворённой газовой фазы в рабочей

10
жидкости. Предложен метод математического моделирования для оценки
влияния нерастворенного газа в рабочей жидкости на параметры гидропривода. Разработаны рекомендации по определению области допустимой концентрации нерастворенного газа в рабочей жидкости. Для подтверждения результатов исследований разработана и сконструирована установка, предложена методика проведения эксперимента.
Объем и структура диссертации.
Диссертация содержит 154 страницы машинописного текста, 28 рисунков, 15 таблиц. Состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, списка использованных источников, приложений.