способ испытания на герметичность гидроцилиндров

Формула изобретения

Способ испытания гидроцилиндров путем создания перепада давлений контролируемой среды, в качестве которой используется воздух, и определения утечек воздуха через уплотнители, отличающийся тем, что перепад давлений создается в результате перемещения штока испытуемого гидроцилиндра, а величина утечек определяется измерением давления контролируемой среды в полости низкого давления, объема контролируемой среды, вытесненной движущимся поршнем из полости высокого давления, и объема контролируемой среды, поступившей в полость низкого давления при неподвижном штоке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оценке технического состояния гидроцилиндров и может использоваться при установлении степени негерметичности их уплотнительных узлов в процессе испытания.

Для принятия решения о техническом состоянии гидроцилиндров необходимо провести точное техническое диагностирование, с указанием, при необходимости, места, вида и причин возникновения дефектов. Следствием износа поверхностей трения гидроцилиндра является возникновение негерметичности его уплотнительных узлов, приводящей к снижению объемного коэффициента полезного действия и потерям дорогостоящей рабочее жидкости. Поэтому процесс диагностирования гидроцилиндра в большинстве случаев можно рассматривать как задачу определения характеристик негерметичности.

Большинство известных способов испытания герметичности уплотнительных узлов основано на контроле утечек рабочей или контролируемой среды. При этом довольно хорошо известен способ испытания герметичности уплотнительных узлов и определения количества утечек рабочей жидкости (см. ГОСТ 18464-87. Гидроцилиндры. Правила приемки и методы испытаний).

К основным недостаткам известных способов можно отнести низкую достоверность и точность, субъективность оценки состояния уплотнительных узлов, применение дорогостоящей рабочей жидкости (для каждого типа гидроцилиндра рекомендуемая марка жидкости), неподвижность штока, наличие высокомощной насосной станции, энергоемкость, низкая безопасность, низкая экологичность из-за утечек рабочей жидкости, неэкономичность. Кроме того, в известных способах не могут быть учтены многие факторы эксплуатации, влияющие на величину утечек, например, различное состояние уплотнительного узла при подвижном или неподвижном штоке или поршне гидроцилиндра.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по техническому решению является способ контроля герметичности уплотнителей пневмоцилиндров путем продувки полостей цилиндра и определения количества утечек воздуха через уплотнительные узлы (см. Wang Gu Qong. Method to diagnose pneumatic cylindrs, Hydraulics and Pheumetics, 1993, January. P.R.China).

Известный способ, принятый за прототип, имеет ряд достоинств перед аналогом, а именно то что в качестве контролируемой среды применяется воздух, следовательно, исключается применение дорогостоящей рабочей жидкости, снижается энергоемкость данного способа за cчет отсутствия высокомощной гидронасосной станции, но этот способ имеет ряд недостатков, а именно низкую достоверность и точность, наличие компрессорной станции, низкую безопасность. Так как испытание проводится при неподвижном штоке и поршне, то указанный выше способ - прототип не учитывает то, что неравномерно изношенные уплотнители, которые дают в движении большую утечку, в статическом положении, как правило, утечек не имеют, что является его основным недостатком.

Это объясняется эффектом "захлопывания" манжетных уплотнителей, особенно при высоких давлениях рабочей жидкости (см. Ереcко С.П. Исследование влияния нагрузочного режима одноковшовых экскаваторов на надежность гидроцилиндра рабочего оборудования и их уплотнительных узлов. Дисс. на соиск. уч. ст. к. т.н. - Л.: ЛИСИ, 1982. - 360 с.).

В связи с этим принятие решения о техническом состоянии уплотнительного узла при использовании способа - прототипа затруднительно.

Целью изобретения является обеспечение достоверности диагноза путем повышения точности оценки утечки.

Указанная цель достигается тем, что создается перепад давлений контролируемой среды, в качестве которой используется воздух, и определяются утечки через уплотнители. Перепад давления через уплотнители создается в результате перемещения штока, и измеряются давление контролируемой среды в полости низкого давления, объем контролируемой среды, вытесненной из полости высокого давления и объем контролируемой среды, поступившей в полость низкого давления при неподвижном штоке. Шток перемещается с помощью тягового устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 изображена схема устройства при испытании поршневого уплотнителя, на фиг. 3 изображена схема устройства при испытании поршневого и штокового уплотнителя.

Устройство (фиг. 1) для диагностирования уплотнительных узлов гидроцилиндров, реализующее заявляемый способ, состоит из вентилей 1-4, мановакуумметров 5, 6, газовых расходомеров 7, 8, соединительных магистралей 9, 10 и выпускного 11 и впускного 12 патрубков.

Способ диагностирования штоковых и поршневых уплотнительных узлов осуществляется в десять этапов.

Первый этап: присоединение диагностического устройства к испытываемому цилиндру (фиг. 2).

Второй этап: вентиль 2 открыт; вентили 1, 3, 4 закрыты; шток тяговым приспособлением выдвигается на длину Z_iсо скоростью Z"₁, по окончании движения измеряются - давление воздуха P_5i в поршневой полости (мановакуумметр 5) и объем газа V_7i, вытесненного из штоковой полости в атмосферу через патрубок 11 (расходомер 7).

Третий этап: вентиль 3 открыт; вентили 1, 2, 4 закрыты; шток неподвижен; измеряются - падение давления газа в поршневой полости за произвольное время t_i до значения давления P_5j (мановакуумметр 5) и объем воздуха V_8i, поступившего из атмосферы через патрубок 12 в штоковую полость за время t_i (расходомер 8).

Четвертый этап: вентили 2, 4 открыты: вентили 1,3 закрыты; шток тяговым приспособлением втягивается в крайнее положение (фиг. 3).

Пятый этап: вентиль 1 открыт, вентили 2, 3, 4 закрыты; шток тяговым приспособлением вдвигается в корпус на длину Z_j со скоростью Z"_j, по окончании движения измеряются - давление воздуха P_6i в штоковой полости (мановакуумметр 6) и объем газа V_7j, вытесненного из поршневой полости в атмосферу через патрубок 11 (расходомер 7).

Шестой этап: вентиль 4 открыт, вентили 1, 2, 3 закрыты; шток неподвижен; измеряются - падение давления воздуха в штоковой полости за время t_i до значения давления P_6j (мановакуумметр 6) и объем газа V_8j, поступившего из атмосферы через патрубок 12 в поршневую полость за время t_i (расходомер 8).

Седьмой этап: количественно оценивается объем газа, пропущенный поршневыми уплотнителями, расположенными со стороны штоковой полости цилиндра, по формуле



расположенными со стороны поршневой полости цилиндра, по формуле



в динамическом режиме при движении штока, а также в статическом режиме при неподвижном штоке теми же уплотнителями соответственно по формулам:



Восьмой этап: количественно оценивается объем газа, пропущенный штоковыми уплотнителями в динамическом режиме по формуле:



в статическом режиме по формуле:



где P₀ - атмосферное давление, МПа;

V₀₁ - невытесняемый объем поршневой полости, м³;

V₀₂ - невытесняемый объем штоковой полости, м³;

P_5i, P_5j, P_6i, P_6j V_7i, P_7j, V_8i, V_8j - измеряемые на 1-6 этапах диагностирования параметры.

Девятый этап: количественно оцениваются удельные объемные и массовые утечки воздуха через диагностируемые уплотнители. Удельная объемная утечка газа в динамическом режиме составляет: для поршневых уплотнителей, расположенных со стороны токовой полости цилиндра, по формуле:



для поршневых уплотнителей, расположенных со стороны поршневой полости цилиндра, по формуле:



для штоковых уплотнителей по формуле



Удельная объемная утечка газа в статическом режиме составляет: для поршневых уплотнителей, расположенных со стороны штоковой полости, по формуле:



для поршневых уплотнителей, расположенных со стороны поршневой полости, по формуле:



для штоковых уплотнителей по формуле:



Однако установление эквивалента сравнения удельных объемных утечек газа и жидкости через одинаковые микрозазоры при диагностировании гидроцилиндров всегда вызывают затруднения. Массовые удельные утечки различаются значительно меньше (см. Кондаков Л.А., Голубев А.И., Овандер В.Б. и др. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник, М.: Машиностроение, 1986. -484 с). Удельная массовая утечка газа в динамическом режиме составляет: для поршневых уплотнителей, расположенных со стороны штоковой полости, по формуле:



для поршневых уплотнителей, расположенных со стороны поршневой полости, по формуле:



для штоковых уплотнителей по формуле:



Удельная массовая утечка газа в статическом режиме составляет: для поршневых уплотнителей, расположенных со стороны штоковой полости:



для поршневых уплотнителей, расположенных со стороны поршневой полости, по формуле:



для штоковых уплотнителей по формуле:



где - плотность воздуха, кг/м³.

Десятый этап: удельные утечки воздуха сопоставляют с экспериментально полученной зависимость утечек воздуха и конкретной рабочей жидкости, на основании чего ставится диагноз о состоянии уплотнителей цилиндра и их соответствии требованиям стандартов. Кроме того, резкие изменения показаний мановакуумметров 7, 8 при движении штока указывают на наличие повреждений уплотняемой поверхности штока и корпуса цилиндра. Например, царапины, вмятины, задиры. Соотнесение показаний мановакуумметров 7, 8 с длиной хода штока позволяет локализовать эти повреждения без разработки цилиндра и своевременно отправить его в ремонт.

Остается добавить, что для проведения испытания необходимо выдержать следующие условия:

- соотношение ходов поршня для цилиндра с односторонним штоком при его выдвижении Z_i при его выдвижении Z_j равно

Z_i= Z_j^-1, [м]

- соотношение скоростей движения штока в том и другом случае равно



где - параметр цилиндра, рассчитываемый по формуле:

= D²₁(D²₁-D²₂)^-1,

где D₁ - диаметр поршня;

D₂ - диаметр штока.

При этом скорость выбирается из условия, что давление в полостях цилиндра не превышает 0,09-0,1 МПа, при котором возможны "захлопывания" уплотнителя. Перемещение Z_j выбирается произвольно в зависимости от интересующего участка уплотняемой поверхности.

Преимущества заявляемого способа испытаний уплотнительных узлов гидроцилиндров по сравнению с прототипом заключается в следующем.

Предлагаемый способ обеспечивает высокую точность из-за незначительной зависимости вязкости воздуха от температуры и его высокой проницаемости, достоверность диагноза: динамический для цилиндров, работающих циклически, и статический для цилиндров поддержки, возможность локализации повреждений уплотняемых поверхностей, низкая потребляемая мощность, так как перепад давлений создается движением штока и перекрытием полости, и не требуется высокое испытательное давление, безопасность, простота конструкции и управления, отсутствие потерь рабочей гидрожидкости, экологичность, экономичность.