Гидроцилиндры – это «мышцы» бульдозеров и экскаваторов: они двигают стрелы, ковши и отвалы. Их износ невозможно заметить снаружи, а традиционная диагностика фиксирует проблему лишь при серьёзной утечке масла, когда поломка уже почти случилась. Учёные Пермского Политеха совместно с коллегами из ПГАТУ разработали метод, который оценивает состояние гидроцилиндров за доли секунды с помощью одного датчика давления. Об этом сообщили в пресс-службе ПНИПУ.
Бульдозеры и экскаваторы перемещают тонны грунта, дробят скальные породы и поднимают многотонные грузы. Однако даже такая мощная техника может внезапно выйти из строя, что приводит к остановке строительных работ и убыткам для подрядчика.
Наиболее часто причиной внезапных поломок становится гидравлическая система, а особенно уязвимыми являются гидроцилиндры. Уплотнения поршня находятся внутри корпуса, и их повреждения невозможно обнаружить без разборки узла. Традиционные методы контроля выявляют проблему только при утечках около 15 миллилитров в минуту, когда техника уже практически не работает.
Для предотвращения поломок обычно проводят плановую замену уплотнений через определённые интервалы мото-часов, что приводит к неоправданным затратам и простоям. Более дорогостоящей альтернативой являются нейросетевые системы с десятками датчиков, требующие длительного обучения и высокой квалификации персонала.
Учёные из Пермского Политеха совместно с коллегами из Пермского аграрно-технологического университета разработали новый метод диагностики гидроцилиндров. Этот метод позволяет оценивать состояние уплотнений за считанные секунды без разборки узла, используя всего один датчик давления. Разработанная технология выявляет неисправности на 50% раньше по сравнению с традиционными методами.
Метод основан на использовании аппаратно-программного комплекса, включающего датчик давления, программируемое устройство и ноутбук. Механик перекрывает выход масла из гидроцилиндра и начинает подавать масло внутрь, измеряя скорость роста давления. На экране появляется график, по углу наклона которого можно определить состояние уплотнений. Вся процедура диагностики занимает менее минуты и проводится непосредственно на месте.
Если график имеет крутой наклон, это означает, что цилиндр герметичен. При более горизонтальном наклоне давление растёт медленнее, что указывает на износ уплотнений и утечку масла.
В ходе экспериментов учёные проверили гидроцилиндр с шестью различными комплектами уплотнений — от новых до сильно изношенных (с наработкой до 4000 часов). Метод зафиксировал утечки уже при 6,5 миллилитрах в минуту, что свидетельствует о практически исправном состоянии. Самые изношенные уплотнения пропускали 11,7 миллилитра в минуту. Угол повышения давления у новых уплотнений был выше, чем у старых.
Кроме того, исследователи впервые обнаружили фактор, который ранее не учитывался: гибкие резиновые шланги под нагрузкой слегка раздуваются, как воздушные шарики. Это влияет на скорость нарастания давления на 17–20%, и если этот фактор не учитывать, диагностика может давать неточные результаты.
«Мы перекрываем выход масла из гидроцилиндра — это как если бы поршень уперся в непреодолимое препятствие и не мог двигаться. Затем начинаем подавать масло внутрь и замеряем, как быстро растет давление. На экране компьютера тут же появляется график. По углу его наклона механик сразу понимает: уплотнения в порядке или их пора менять. Вся диагностика занимает меньше минуты, без разборки узлов и прямо на месте», — рассказал Константин Пугин, профессор кафедры «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ, доктор технических наук.
Новый метод обнаруживает утечки на 50% раньше, чем традиционные способы: он фиксирует проблему уже при скорости утечки 6,5 миллилитра в минуту, тогда как старые методы замечают её только при 13–15 миллилитрах. В отличие от дорогостоящих нейросетевых систем, требующих десятки датчиков, достаточно всего одного преобразователя давления. Для оснащения всех машин в строительном парке традиционные системы могут обойтись в несколько миллионов рублей, тогда как новая разработка стоит 50–100 тысяч, что в 30–50 раз дешевле.
Пермские учёные улучшают диагностику не только строительной, но и нефтедобывающей техники. Как рассказывала интернет-газета «ЖУК», учёные Пермского Политеха создали виртуальный стенд для испытаний нефтяных насосов. Подход позволяет перенести в компьютер до 90% испытаний и сэкономить десятки миллионов рублей, а точность моделирования достигает 96–97%.