25 сентября 2016г.
Серьезную проблему представляет собой загрязнение масла гидросистемы трактора. Загрязнение может являться в различных формах частицы пыли, воды, окисления и продуктов коррозии, износа металлических частиц. Наиболее опасными примесями являются частицы металла, которые играют значительную роль в отказе гидравлической системы, например, при заедании регулирующего клапана, изношенного уплотняющего элемента. Удаление этих металлических частиц, которые в большинстве случаев имеют ярко выраженные ферромагнитные свойства, представляет собой серьезную проблему. В статье представлена гидравлическая система трактора, в которой удаление магнитных частиц осуществляется с помощью магнитного фильтра. В данной работе рассматривается использование магнитного фильтра во всасывающей стороне гидравлической системы трактора.
Российская Федерация имеет развитый сельскохозяйственный комплекс и экспортирует свою продукцию во множество стран мира. Современное сельское хозяйство невозможно представить без применения современной техники, как в процессе выращивания, так и в процессе переработки сырья. Одним из наиболее важных и широко распространённых устройств является трактор в различных модификациях. Безотказная работа каждой системы трактора является целью многих исследований и чем сложнее и мощнее становится оборудование, тем большему вниманию требуется уделять данному вопросу.
Гидравлическая система является одной из важнейших систем трактора для сельскохозяйственных работ. Трансмиссионное масло, применяемое в качестве гидравлической жидкости в тракторах, используется для системы трансмиссии с шестернями, подшипниками и другими компонентами. Основными причинами для замены масла является наличие большого количества взвешенных веществ (металлическая пыль, сажа, частицы абразивных материалов), расслаивание и загнивание [1].
Для эффективной работы гидравлической системы и трансмиссионной системы трактора с минимальными отказами, важно удалять эти изношенные частицы из гидравлического или трансмиссионного масла. Когда система новая, она работает эффективно с меньшим количеством сбоев, но после некоторого периода работы начинается износ компонентов и появление частиц износа в смеси с маслом, следовательно, эффективность системы снижается, появляется большее число отказов. Загрязняющие вещества могут появляться в различных формах, таких как частицы износа, пыли, воды, продуктов коррозии и т.д.
Общая гидравлическая система трактора (как показано на рис. 2) состоит из следующих элементов: картер, насос, система управления (дистрибьютор), поршневой узел, фильтры (всасывающий фильтр, фильтр давления, обратный фильтр), клапан (регулирующий клапан, предохранительный клапан), трубы [2]. В этой гидравлической системе загрязненная жидкость проходит через всасывающий, обеспечивающий давление, и сливной фильтра, некоторые примеси удаляют с помощью этих фильтров, а частицы металла, образующиеся во время износа, не могут быть извлечены этими фильтрами, и частицы, попадая в гидравлическое масло, протекают во все гидравлические компоненты (насос, регулирующий клапан, зазор между поршнем и цилиндром), вызывают выход из строя этих компоненты, что впоследствии ведет к сбою системы.
Структурный анализ неисправностей может быть просто описан с помощью аналитического метода, при котором
задано нежелательное
состояние системы (как правило, это состояние, которое имеет решающее значение с точки зрения безопасности),
а система затем анализируется в контексте его окружающей среды и эксплуатации, чтобы найти все надежные способы, в которых может произойти нежелательное событие. Сама
структура неисправностей является графической моделью различных параллельных и
последовательных комбинаций ошибок, которые приведут к возникновению заранее заданного
нежелательного события. Ошибками могут быть события, которые
связаны с компонентом аппаратных сбоев, человеческих ошибок,
или любых других соответствующих событий, которые могут привести к нежелательному событию. Таким
образом, структура неисправностей изображает логические взаимосвязи основных событий, которые приводят к нежелательному событию.
Для изучения отказа компонентов гидравлической
системы необходимо найти причину сбоя различных компонентов структуры неисправностей. Диаграмма структуры неисправностей при отказе насоса общей гидравлической
системы трактора показана на
рис. 2.
Из диаграммы структуры
неисправностей
для отказа насоса гидравлической системы
было обнаружено, что выход
из строя насоса
происходит по разным
причинам, большинство из которых порождаются загрязнением жидкости, устраняющей загрязняющие вещества из
жидкости (выделены
жирным шрифтом).
Лучшим способом устранения загрязнения
является магнитная
фильтрация.
Магнитная фильтрация представляет собой процесс отделения магнитных частиц от
жидкости с помощью магнитного поля,
и основана на магнитном явлении и магнитных свойствах жидкости [3].
Магнитный фильтр (рис. 3 а) состоит из корпуса (патрон), имеющие входной 1 и
выходной 2 патрубок, катушку 3, питаемую постоянным током, и фильтрующий материал
4, который является металлической
ферромагнитной дробью.
Магнитный фильтр, представлен на рис. 3 б является другим распространенным
вариантом использования магнитного поля [4]. В отличии от предыдущего типа, магнитное поле создается в нем с помощью постоянных магнитов. Магнитный фильтр состоит из корпуса 1, крышки 2 для извлечения и смены магнитной системы 4, Магнитная система представляет собой несколько
магнитных штырей 4 (их количество зависит от
производительности фильтра), обеспечивающих эффективное удаление ферромагнитные
примеси. Магнитная система обязательно
сочетается с мелкоячеистой сеткой 3, задерживающей посторонние немагнитные включения. Сливная пробка 5 служит для
удаления оставшегося в системе масла перед
очисткой
фильтра.
Загрязненное масло подается принудительно в рабочую камеру, в которой под действием сил магнитного поля ферромагнитные частицы и другие задерживаются на магнитных поверхностях с высоким градиентом поля. Таким образом магнитная система магнитных устройств очистки
играет важную роль
в процессе сепарации [5].
Трансмиссионное
масло, используемое в трансмиссионной
системе, имеет высокую
вязкость, для фильтрации микрочастиц износа такого масла используется сито с сеткой
небольшого размера, в противном случае фильтр создаст большое падение давления, что в свою очередь может привести к отказу системы. Целью данной работы является совершенствование нынешней гидравлической системы и удаление микрочастиц металла
из масла.
Эффективность работы
магнитного
фильтра
для
очистки загрязненной жидкости определяется следующим уравнением [6];
где ψ - эффективность фильтра; λ – фракция в относительных единицах, имеющая
ферромагнитный свойства в смеси; ζ - логарифмическим коэффициентом полезного
действия фильтра, который зависит от геометрических, магнитных, гидродинамических и реологических параметров системы
фильтрации.
В общем виде степень очистки
определяется известным
уравнением [7]:
где Cвх и Свых - входная и выходная концентрации
частиц соответственно.
Факторы, влияющие на производительность магнитного фильтра: количество циклов
фильтрации, скорость фильтрации, вязкость жидкости, размеров магнитных частиц,
напряженность магнитного поля, давление жидкости в системе, температура жидкости, размер ячейки картриджа. В момент выбора фильтра для гидравлической
системы учет
этих
параметров имеет важное значение. Не стоит также забывать о форме частиц, неучет которых может сделать погрешность при
расчете фильтров более чем в 50% [8].
Что же касается гидравлического сопротивления, то существующие эмпирические зависимости вполне пригодны для расчета электромагнитных фильтров; здесь и далее будем пользоваться
широко известной зависимостью, представленной в виде [9]:
Для удаления этих загрязняющих веществ (в основном магнитных частиц)
необходимо изменение в гидравлической системе трактора. Прилагается блок-схема модифицированной гидравлической
системы для
трактора, показана на рис.
4.
В предлагаемой гидравлической системе магнитный фильтр закреплен во всасывающей линии гидросистемы перед всасывающим фильтром, этот фильтр удаляет изнашивающиеся частицы из жидкости и уменьшает износ
компонентов системы, таких
как
насосы, клапана, трубопроводы.
Несмотря на то, что данной статье рассматривался
вопрос надежности работы устройств и механизмов тракторной технике, полученные
результаты можно
применить и в других областях народного хозяйства [10-12].
ВЫВОДЫ
Магнитный фильтр может играть существенную роль в устранении частиц, которые являются результатом
прогрессивного износа системы и ее компонентов. Это изменение
может эффективно уменьшить частоту неожиданного отказа, более того значительную сумму денег можно будет сохранить, за счет частой замены масла и замены компонентов.
Поэтому предлагаемая методика магнитной фильтрации с высоким
градиентом для данной системы может сэкономить не только материальные средства в значительном
объеме, но и время,
потраченное на ремонт оборудования.
Список
литературы
1.
Авдеев Б.
А. Численное решение задачи о коагуляции
двух частиц в потоке текучей
среды
в
полярных координатах
/
Б. А. Авдеев, Е. П. Масюткин, В.И.
Просвирнин // Известия высших
учебных заведений.
Северо-Кавказский
регион. Технические науки. –
Новочеркасск,
2014. - №4(179). – С. 13-17.
2.
Singh D. Modification of
hydraulic system
of tractor for removal
of magnetic
particles from hydraulic oil / D. Singh, A. Suhane // International Journal of Engineering
Research and Development, 2014
– Vol. 10, Is. 5. – Pp.
56-60.
3.
Масюткин
Д. Е. Использование магнитного поля для повышения эффективности очистки вязких сред / Д. Е. Масюткин, П. В. Сороколетов // Новая
наука:
Стратегия и векторы развития (19 мая 2016 г, г. Ижевск). / в 3 ч. Ч.2 - Стерлитамак:
АМИ, 2016. – С. 212-218.
4.
Фильтр сетчатый магнитный
фланцевый
[Электронный ресурс]. Режим
доступа:
http://wendltd.ru/products/filtry_magnitnye/filtr_kosoy_fmf/
5.
Авдеев Б.
А. Расчет электромагнитной системы
магнитного гидроциклона / Б. А.
Авдеев // Вестник Астраханского государственного
технического университета,
2015. – № 2. – С. 64-71.
6.
Menzel
K. Removal of magnetite
particles and lubricant
contamination from viscous
oil by High-Gradient Magnetic Separation technique / K. Menzel, J. Lindner, H. Nirschl //
Separation and
Purification Technology,
2012. - № 92.
– Р. 122–128.
7.
Александров,
Е. Е. Повышение ресурса технических систем путем использования электрических и магнитных полей: Монография / Е. Е. Александров,
И. А. Кравец, Е. Н. Лысиков
и др. – Харьков : НТУ «ХПИ», 2006. – 544
с.
8.
Масюткин Е.П. Влияние формы золей на эффективность
очистки дисперсных сред / Е.П.
Масюткин,
В.И. Просвирнин,
Б.А. Авдеев.
- Восточно-Европейский
журнал передовых технологий. – Х., 2012. – 5/8 (59). С. 52-57.
9.
Аэров М.Э. Аппараты
со стационарным зернистым слоем /
М.Э. Аэров, О.М. Тодес, Д.А.
Норинский – Л. : Химия,
1979. – 175с.
10.
Железняк
А.А. Метод повышения
энергетической эффективности теплоотвода
замкнутой системы охлаждения в неопределенных условиях эксплуатации судна /
А.А.
Железняк,
В.В. Ениватов,
А.А. Масленников /
Вестник астраханского государственного
технического университета, серия морская техника и технология, 2016. – №1. – с. 60-71.
11.
Авдеев Б.А.
Повышение эффективности
очистки моторного масла в судовых
дизелях путем применения магнитных гидроциклонов : Монография / Б.А. Авдеев. –
Ульяновск : Зебра, 2016. – 151 с.
12.
Масюткин
Е.П. Очистка технических жидкостей
от магнитных примесей
в инфраструктуре
водного
транспорта / Е.П.
Масюткин, В.И.
Просвирнин, Б.А. Авдеев. // Рыбное хозяйство Украины. – Керчь : КГМТУ, 2012. – № 3 (80). – С. 40- 49.
