ở Việt Nam.
Hiện nay hệ thống thủy lực ủược sử dụng rất rộng rói trong cỏc ngành cụng nghiệp ở Việt Nam. Nhu cầu về cỏc dịch vụ chăm súc, sửa chữa, bảo dưỡng hệ thống thủy lực là rất lớn. Tuy nhiờn tỡnh hỡnh sử dụng, chăm súc, bảo dưỡng, sửa chữa cỏc mỏy thủy lực ở nước ta vẫn cũn nhiều hạn chế. Chủ yếu cụng tỏc chăm súc bảo dưỡng và sửa chữa ủều ủược thực hiện một cỏch nhỏ lẻ, cụng tỏc này mới chỉ dừng lại ở chỗ hỏng ủõu sửa ủấy. Việc thỏo lắp sửa chữa chủ yếu là thủ cụng do vậy năng suất chưa cao, chất lượng sửa chữa thấp. Tuy nhiờn hệ thống truyền ủộng thủy lực là hệ thống truyền ủộng tiờn tiến hiện ủại nờn việc sửa chỉ do một số thợ sửa chữa lành nghề ủảm nhận nhưng mới chỉ dừng lại ở mức dựng kinh nghiệm ủể chẩn ủoỏn và sửa chữa bằng cỏch loại trừ cỏc hiện tượng hư hỏng do ủú hiệu quả sửa chữa rất thấp
vừa tốn thời gian và cú khi gõy hỏng húc cả cụm mỏy. Chưa cú hỡnh thức chăm súc, bảo dưỡng sửa chữa cú quy mụ lớn, hiện ủại.
Hầu hết cỏc loại mỏy xõy dựng tự hành trang bị hệ thống thủy lực ủang ủược sử dụng ở nước ta chủ yếu ủược sản xuất và lắp rỏp ủược nhập khẩu vào nước ta như Nhật Bản, Hàn Quốc, í, Mỹ, Trung Quốc, Nga, ðức, Thụy ðiển ... mà trong nước chưa chế tạo và sản suất ủược. Do ủú việc chăm súc, bảo dưỡng, chẩn ủoỏn và sửa chữa nhỏ ủa số toàn do cỏc cụng ty nhập thiết bị ủại diện cho hóng sản xuất ủược chuyển giao cụng nghệ chịu trỏch nhiệm bảo dưỡng, bảo hành, sửa chữa. Cỏc hỏng húc, sửa chữa lớn thường do cỏc chuyờn gia nước ngoài của hóng sang sửa chữa, bảo dưỡng và thay thế cỏc cụm chi tiết.
Vỡ vậy khi cỏc thiết bị thủy lực bị hỏng húc việc sửa chữa là rất tốn kộm cú khi một cụm mỏy cú giỏ thành gần bằng một mỏy mới, và thời gian dừng mỏy chờ sửa chữa lõu, phụ tựng, thiết bị thay thế khụng chủ ủộng ủược do chủng loại ủa dạng nờn ảnh hưởng ủến chất lượng sửa chữa, ủến tiến ủộ thi cụng cụng trỡnh dẫn ủến gõy thiệt hại lớn về kinh tế.
1.5.2. Tỡnh hỡnh nghiờn cứu về chẩn ủoỏn hệ thống thủy lực trong
và ngoài nước.
Trước tỡnh hỡnh chất lượng bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống thủy lực ở trong nước thấp kộm và lạc hậu việc nghiờn cứu chẩn ủoỏn hệ thống thủy lực ở nước ta chưa ủược ủề cao, chưa ủược ủầu tư và nghiờn cứu ủỏp ứng nhu cầu của cụng việc.
Hiện nay ở nước ta một số cụng ty, hóng sửa chữa cú nhập một số cỏc linh kiện, thiết bị phục vụ cho cụng tỏc chẩn ủoỏn thủy lực như cỏc loại cảm biến ủo lưu lượng, cảm biến ủo ỏp suất, cảm biến ủo nhiệt ủộ, cảm biến ủo tần số quay, cảm biến ủo nhiệt ủộ ... hoặc cỏc thiết bị chẩn ủoỏn của Liờn Xụ (cũ), Mỹ
... Tuy nhiờn ủú cũng chỉ là một số cỏc cụng ty, hóng xuất nhập khẩu thiết bị chứ khụng ủược phổ biến rộng rói với cỏc cỏn bộ kỹ thuật, cỏc nhà khoa học.
Do vậy việc nghiờn cứu chẩn ủoỏn hệ thống thủy lực trờn cỏc mỏy sử dụng truyền ủộng thủy lực núi chung mỏy xõy dựng tự hành núi riờng là rất cần thiết. Muốn làm ủược ủiều ủú chỳng ta cần phải mở cỏc lớp ủào tạo về chẩn ủoỏn thủy lực, cần phải ủầu tư mua sắm cỏc dụng cụ, thiết bị phục vụ cho cụng tỏc chẩn ủoỏn. ðồng thời phải thường xuyờn ủào tạo, bồi dưỡng ủội ngũ cỏn bộ kỹ thuật, cụng nhõn kỹ thuật tiếp cận và nắm ủược cụng nghệ hiện ủại và tiờn tiến trờn thế giới. Mở rộng hỡnh thức liờn doanh, liờn kết với cỏc doanh nghiệp trong và ngoài nước ủể cú cơ hội, ủiều kiện hội nhập cựng phỏt triển
1.6. Nhiệm vụ và mục ủớch nghiờn cứu
Mục ủớch: Nghiờn cứu chẩn ủoỏn trạng thỏi kỹ thuật của hệ thống thủy lực làm cơ sở khoa học cho cụng tỏc bảo trỡ, sửa chữa cỏc mỏy xõy dựng tự hành.
Nhiệm vụ:
- Nguyờn cứu cơ sở lý thuyết chẩn ủoỏn kỹ thuật và ủộ tin cậy mỏy - Nghiờn cứu kỹ thuật chẩn ủoỏn hệ thống thủy lực.
- Xõy dựng mụ hỡnh chẩn ủoỏn, quan hệ giữa dấu hiệu chẩn ủoỏn với trạng thỏi kỹ thuật của cỏc phần tử thủy lực bằng phương phỏp mụ phỏng.
CHƯƠNG 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ðOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC.
2.1. Cỏc khỏi niệm chung
Dạng hư hỏng thường gặp nhất trong hệ thống thủy lực là hao mũn. Với cỏc nguyờn nhõn chớnh là mài mũn cỏc bề mặt tiếp xỳc, mỏi, gỉ hoặc là do húa già. Dưới cỏc ủiều kiện làm việc xỏc ủịnh sẽ dẫn ủến làm thay ủổi tớnh chất hao mũn theo thời gian do hoạt ủộng quỏ tải. Vật liệu và ủiều kiện sử dụng sẽ quyết ủịnh tớnh chất và loại hao mũn. Trong hệ thống thủy lực cỏc bơm, ủộng cơ cú tớnh chất hư hỏng ủặc trưng là hao mũn. Cú thể biểu diễn phõn loại và ủiều kiện hư hỏng của cỏc phần tử của hệ thống theo hỡnh 2.1.
Hỡnh 2.1. Loại hư hỏng trong hệ thống thủy lực
ðể ủỏnh giỏ trạng thỏi kỹ thuật cần phõn biệt 2 quan ủiểm: - Phõn tớch cỏc số liệu hư hỏng
- Phõn tớch quỏ trỡnh hư hỏng theo thời gian
Trường hợp thứ nhất ớt ủược người sử dụng quan tõm ủến bởi người ta chỉ cần cỏc biểu hiện cụ thể của một ủối tượng riờng biệt và cỏc giỏ trị trung bỡnh khụng phự hợp. Ngược lại cỏc nhà sản xuất cỏc phần tử thủy lực lại rất
Hư hỏng
Quỏ tải Hao mũn
quan tõm ủến cỏc số liệu hư hỏng ủể cú cỏi nhỡn tổng thể về tớnh chất hư hỏng của cỏc nhúm cấu trỳc ( hỡnh 2.2).
Hỡnh 2.2. Tớnh chất hư hỏng của ủối tượng
Cơ sở ủể ủỏnh giỏ số liệu hư hỏng dựa trờn phương phỏp thống kờ toỏn học cú thể tham khảo bảng phõn loại hư hỏng và cỏc thụng số ủặc trưng của ủộ tin cậy dưới ủõy.
Bảng 2.1. Loại hư hỏng và dạng phõn bố toỏn học
Loại hư hỏng Hàm phõn bố
Mài mũn Phõn bố chuẩn, phõn bố Weibull Gỉ Phõn bố chuẩn
Mỏi Phõn bố chuẩn logarit, phõn bố Weibull Hư hỏng ngẫu nhiờn Phõn bố hàm mũ
Hư hỏng sớm Phõn bố chuẩn logarit
Hư hỏng hỗn hợp Phõn bố chuẩn, phõn bố Weibull, phõn bố hàm mũ
Hư hỏng sớm Hmuư hộỏn ng S t Hư hỏng ngẫu nhiờn M ứ c ủ ộ h ư h ỏ ng Thời gian sử dụng
Bảng 2.2 Cỏc quan hệ cơ bản ủể xỏc ủịnh cỏc thụng sốủộ tin cậy
Thụng số Lý thuyết Thực nghiệm
Mật ủộ phõn bố thời ủiểm hư hỏng
Xỏc suất qua khỏi
Xỏc suất hư hỏng ðộ hư hỏng
Thời gian trung bỡnh ủến hư hỏng ủầu tiờn
Trong ủú: No – số phần tử hỏng
N(t) – số cỏc phần tử ủến thời ủiểm hư hỏng n – số phần tử quan sỏt
n(t) – số phần tử quan sỏt ủến thời ủiểm t
Hỡnh 2.3. Quan hệ của cỏc thụng sốủặc trưng với thời gian sử dụng R(t) f(t) α(t) t R(t) f(t) α (t)
ðối với người sử dụng truyền ủộng thủy lực, ủiều quan tõm nhất là nhận biết ủược trạng thỏi hư hỏng của cỏc nhúm cấu trỳc cơ bản. Quỏ trỡnh thường ủược mụ tả bằng một ủường cong phụ thuộc thời gian ( hỡnh 2.4). Tăng hao mũn do mài mũn trong cỏc nhúm cấu trỳc thủy lực chuyển ủộng quay thường thể hiện qua lưu lượng dầu lọt phụ thuộc chế ủộ làm việc ( hỡnh 2.5).
Hình 2.4. Quan hệ hao mòn theo thời gian
Hình2.5. Các yếu tố ảnh h−ởng đến l−u l−ợng lọt dầu
ðể ủỏnh giỏ nhúm cấu trỳc thủy lực cú nhiều cặp bề mặt mài mũn, thuận lợi nhất là lựa chọn cỏc cặp lắp ghộp ủặc trưng, tiờu biểu nhất cho việc sử dụng cú hiệu quả của nhúm cấu trỳc ủú. Thụng số ủặc trưng cơ bản ủối với nhúm cấu trỳc thủy lực là hiệu suất thể tớch. Nếu ở ủõy sử dụng giỏ trị ủo tuyệt ủối thỡ việc biểu diễn kết quả chỉ cú thể quy dẫn và so sỏnh ủược khi tiến hành ủo trong cựng một ủiều kiện hoạt ủộng ( ỏp xuất, tần số quay, ủộ nhớt dầu ). Do cỏc yờu cầu trờn chỉ cú thể giữ ủược trong phũng thớ nghiệm nờn người ta ủưa ra một khỏi niệm gọi là trạng thỏi hư hỏng S, là tỉ lệ giữa lưu lượng lọt dũng ngoài của nhúm cấu trỳc mới và ủó bị mài mũn. Thụng số khụng thứ nguyờn S biểu diễn trạng thỏi kỹ thuật của ủối tượng khụng phụ thuộc vào chế ủộ làm việc của nú. Nếu coi trạng thỏi hư hỏng là hàm số của
t Hao mòn Thời gian sử dụng Nguy cơ h− hỏng Chạy rà Sử dụng bình th−ờng Nhiệt độ dầu n=const p=const T Mài mòn L−u l−ợng lọt QL Đd mài mòn
thời gian sử dụng thỡ cú thể biểu diễn quỏ trỡnh hư hỏng là quỏ trỡnh thay ủổi trạng thỏi ( hỡnh 2.6).
Trạng thỏi giới hạn là giỏ trị ủược xỏc ủịnh theo quan ủiểm kỹ thuật ( giới hạn hao mũn ) hoặc quan ủiểm kinh tế ( tăng chi phớ năng lượng, tăng chi phớ hoạt ủộng, khả năng sửa chữa ... ) của người sử dụng.
Từ giỏ trị trước khi ủạt ủến trạng thỏi giới hạn cú thể dự bỏo tuổi thọ cũn lại của ủối tượng chẩn ủoỏn.
Trạng thỏi hư hỏng ủược xỏc ủịnh theo cụng thức:
(2.1)
Trong ủú: QL1 – Lưu lượng lọt của nhúm cấu trỳc mới tại chế ủộ làm việc xỏc ủịnh;
QLX: - lưu lượng lọt của nhúm cấu trỳc ủó mũn tại chế ủộ làm việc xỏc ủịnh.
Từ kết quả nhận ủược cú thể ủưa ra cỏc biện phỏp cần thiết ủể làm tăng ủộ tin cậy và tối ưu húa cụng tỏc bảo trỡ hệ thống thủy lực.
Hình 2.6. Quá trình thay đổi trạng thái S
t
A-Trạng thái giới hạn
2.2. Cỏc phương phỏp chẩn ủoỏn
Khi chẩn ủoỏn cỏc hệ thống thủy lực cú thể sử dụng cỏc thụng số sau Hệ số cung cấp của bơm thủy lực, hiệu suất thể tớch của ủộng cơ thủy lực và xy lanh thủy lực, trị số tương ủối của ỏp xuất xung, cỏc thụng số của quỏ trỡnh quỏ ủộ trong cỏc hệ thống thủy lực, thớ dụ thời gian xỏc lập ỏp xuất (ms), cỏc thụng số dao ủộng õm thanh (dB), Mức ồn trong phần phổ siờu õm (dB), loại thuần nhất của mụi chất ( ủộ phõn tỏn thành phần ).
CÁC PHƯƠNG PHÁP NHẬN BIẾT HƯ HỎNG
Trờn hỡnh 2-7 biểu diễn phõn loại phương phỏp chẩn ủoỏn cỏc hệ thống thủy lực trờn ụtụ mỏy kộo và mỏy múc xõy dựng, làm ủường.
Tớnh hiệu quả của cỏc phương phỏp phụ thuộc vào phương phỏp ủặt tải của hệ thống thủy lực trong thời gian chẩn ủoỏn và cũng ủược ủỏnh giỏ bằng mức ủộ cần thiết phải thỏo hệ thống thủy lực ủể lắp ủặt cỏc cảm biến, do ủú dấu hiệu này ủược lấy ủể phõn loại.
Tớnh hiệu quả của cỏc phương phỏp phụ thuộc vào phương phỏp ủặt tải của hệ thống thủy lực trong thời gian chẩn ủoỏn và cũng ủược ủỏnh giỏ bằng mức ủộ cần thiết phải thỏo hệ thống thủy lực ủể lắp ủặt cỏc cảm biến, do ủú dấu hiệu này ủược lấy ủể phõn loại.
2.2.1. Phương phỏp cỏc thụng số tĩnh học
Phương phỏp này dựa trờn cơ sở cỏc thụng số về dũng mụi chất ủược tiết lưu ( thớ dụ lượng cung cấp Qo , Qn ) tương ứng với hai giỏ trị của ỏp suất po và pn ( trong ủú po và pn là cỏc giỏ trị ỏp suất cực ủại và cực tiểu ) tại tần số quay khụng ủổi của trục bơm và nhiệt ủộ mụi chất khụng ủổi.
Trờn hỡnh 2.8a biểu diễn bằng ủồ thị phương phỏp xỏc ủịnh cỏc thụng số chẩn ủoỏn – hệ số cung cấp KQ của bơm thủy lực khụng ủiều chỉnh ủược bằng phương phỏp cỏc thụng số tĩnh học.
a b c
a : bơm khụng ủiều chỉnh; b : khi ủặt tải lờn một nhỏnh của bơm hai nhỏnh ủiều chỉnh ủược; c :Khi ủặt tải lờn cả hai nhỏnh của bơm hai nhỏnh ủiều chỉnh ủược
1 – ủường cong ủiều chỉnh của bơm chẩn ủoỏn; 2 – ủường cong ủiều chỉnh của bơm mới; 3 – ủường cong ủiều chỉnh lý thuyết của bơm mới; 4,5,6 – cỏc ủiểm ủo cụng suất trờn cỏc ủường cong ủiều chỉnh ; po – ỏp suất cực tiểu cú thể ; pn – ỏp suất danh nghĩa ; p’o – ỏp suất cực tiểu cú thể của một nhỏnh bơm ; p’n – giỏ trị trờn của ỏp suất trong một nhỏnh khi ủo lượng cung cấp Q ; Qo – lượng cung cấp trong một nhỏnh bơm tại ỏp suất cực tiểu cú thể p’o ; Qn – lượng cung cấp tại ỏp suất danh nghĩa pn ; QnH – lượng cung cấp của một nhỏnh bơm mới ở ỏp suất ∑pn ; Q4,Q5,Q6 – lượng cung cấp của bơm chẩn ủoỏn tại cỏc ủiểm 4,5,6
Do sức cản trong hệ thống thủy lực nờn trong hệ thống cú ỏp suất cực tiểu cú thể po, khi ủú ủo ủược lượng cung cấp Qo. ỏp suất Po cú thể bằng 5- 20% ỏp suất danh nghĩa pn .Nếu loại bỏ sai số hệ thống khi xỏc ủịnh KQ cú thể ủược tớnh theo cụng thức:
KQ = Qn ( pn – po) / ( Qopn – Qnpo ) (2.2) Nếu tần số quay của trục bơm khi ủo thay ủổi cú thể tớnh theo tỷ lệ: Q = Qinn / ni (2.3)
Trong ủú Qi – lượng cung cấp khi ủo ; nn – tần số quay danh nghĩa của trục bơm; ni- tần số quay của trục bơm khi ủo lượng cung cấp.
Việc chuẩn ủoỏn bơm hai nhỏnh ủiều chỉnh ủược cú thể ủược thực hiện bằng hai phương phỏp. Tương ứng với phương phỏp thứ nhất ( hỡnh 2.8b ) việc giảm lượng cung cấp nhỏnh bơm chẩn ủoỏn tại ấp suất ∑p = p’ + p’’ ( trong ủú p’ và p’’ là ỏp suất trong nhỏnh thứ nhất và nhỏnh thứ hai ) ủược thực hiện bằng ngoại suy khi ủo lượng cungcấp Q’ tại ỏp suất p’ . ỏp suất p’ cần phải thấp hơn 5-10% so với ỏp suất tương ứng khi bộ ủiều chỉnh cụng suất bơm bắt ủầu làm việc. Khi ủú hệ số cung cấp sẽ là :
K Q = Qn ∑pn / ( Q.p ) (2.4)
ðể thực hiện phương phỏp chẩn ủoỏn thứ hai cả hai nhỏnh bơm ủược tiết lưu một cỏch ủồng bộ , ủảm bảo sự làm việc của bộ ủiều chỉnh cụng suất tổng trong tất cả cỏc khoảng ủiều chỉnh. Khi ủú ủược lượng cung cấp Q’n hệ số cung cấp bơm sẽ là:
KQ = 0,96 Qn / QnH (2.5) Trong ủú QnH – lượng cung cấp của một nhỏnh bơm mới chưa mũn tại sỏp suất ∑pn ( hỡnh 2.8c )
Hình 2.9. Sơ đồ mắc bộ thiết bị để chẩn đoán hệ thống thuỷ lực. a. Sơ đồ mắc nối tiếp; b. Sơ đồ mạch rẽ; c. Sơ đồ chẩn đoán hộp phân phối;
b. d. Sơ đồ chẩn đoán xy lanh lực; e. Sơ đồ T.
1- Bơm thuỷ lực; 2- Van an toàn; 3- Bộ thiết bị; 4- Hộp phân phối; 5- Xy lanh lực; 6- Thùng dầu; 7- Đầu nối đặt trong hệ thống thuỷ lực
Kiểm tra và ủiều chỉnh bộ ủiều chỉnh bằng cỏch so sỏnh trờn 3 ủiểm của ủường ủặc tớnh cụng suất dẫn ủộng hoặc cụng suất thủy lực. Giỏ trị cụng suất, ủo ủược trờn cỏc ủiểm này cần phải sai lệch khụng lớn hơn 3%.
Việc ủo trong chẩn ủoỏn cỏc hệ thống thủy lực bằng phương phỏp cỏc thụng số tĩnh học ủược thực hiện nhờ cỏc thiết bị ủo lưu lượng, manomet, termomet và bộ tiết lưu ủiều chỉnh ủược.
Khi chẩn ủoỏn bơm thủy lực thường ứng dụng sơ ủồ mắc nối tiếp ( hỡnh 2.9a ). Bộ thiết bị ủược mắc giữa bơm và van hành trỡnh ( trờn hộp phõn phối), ủầu tiờn xỏc ủịnh ỏp suất tỏc ủộng của van an toàn và nếu cần thiết sẽ ủiều chỉnh.
Nếu do sức cản bổ sung mà trong mạch ủầu ra khụng ủạt ủược ủủ ỏp suất dầu ( p < 0,05 – 0,2 pn ), người ta sử dụng sơ ủồ mạch rẽ ( hỡnh 2.9b ), nối ủầu ra của thiết bị trực tiếp trở về thựng.
ðể chẩn ủoỏn hộp phõn phối bộ thiết bị ủo ủược mắc ủến ủầu ra của nhỏnh chẩn ủoỏn trờn hộp phõn phối. ( Hỡnh 2.9c ). Trờn ủầu ra của nhỏnh hộp phõn phối bắt ủầu ủo lượng cung cấp Q0p tại ỏp suất cực tiểu po, sau ủú là Qpn
tại ỏp suất danh nghĩa pn. Hao tổn lưu lượng ( giỏ trị danh nghĩa cho trong cỏc