Гидравлическая система — важный элемент в современных строительных и сельскохозяйственных машинах, таких как экскаваторы, краны, бульдозеры, комбайны. Именно она приводит их в движение с помощью жидкости под давлением. Однако ее надежность может снизиться из-за застоя и загрязнения масла: с этим связано около 80% отказов оборудования и преждевременного износа компонентов. Ученые Пермского Политеха предложили новый подход к повышению надежности гидросистем и предотвращению ее застоя. Их метод позволит выявлять потенциально опасные места в гидросистеме еще на этапе проектирования.

Статья опубликована в журнале «Тракторы и сельхозмашины». Разработка выполнена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Гидравлическая система играет ключевую роль в работе строительных, дорожных и сельскохозяйственных машин. Она передает энергию для управления оборудованием с помощью жидкости: насос создает давление, забирая масло из бака, а затем гидрораспределитель направляет поток к цилиндру – устройству, которое преобразует давление жидкости в движение, например, ковша экскаватора. От надежности этих механизмов зависит эффективность работы всей техники.

Основной проблемой, связанной с выходом из строя гидравлических систем, является загрязнение масла: около 80% отказов гидроприводов вызвано именно этим фактором. Загрязнители могут попадать из внешней среды или образовываться в результате износа внутренних деталей. Фильтры, которые используются в настоящее время, не всегда могут достаточно качественно очистить рабочую жидкость во время эксплуатации машины.

Кроме того, в местах, где масло не полностью циркулирует, возникают так называемые «тупиковые зоны» — участки в трубопроводе, где загрязнения накапливаются, но не доходят до фильтрации. Из-за этого компоненты изнашиваются быстрее, производительность оборудования снижается, что приводит к внезапным поломкам техники.

Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая позволит рассчитать потенциально опасные места в гидросистеме еще на этапе проектирования. Это повысит их надежность и увеличит срок эксплуатации машин.

Существующие численные модели нацелены на увеличение усилий или скорости работы оборудования. Уникальность подхода, разработанного исследователями Пермского Политеха, состоит в том, что он обращает внимание на увеличение срока службы. Это особенно критично для машин, которые работают в сложных климатических условиях — например, в горах, на крайнем севере или других труднодоступных районах, – то есть там, где нет возможности провести своевременный ремонт техники, а, следовательно, важно, чтобы она проработала без сбоев как можно дольше.

Модель ученых содержит уравнения, которые позволяют выявить потенциально опасные места в гидросистеме. С их помощью инженеры смогут заранее исключить возможность формирования застоя жидкости и изменить расположение элементов гидросистемы или добавить дополнительные линии циркуляции.

– Расчеты по нашей модели показали, что снизить вероятность возникновения «тупиковых» зон можно, если соблюсти два условия: большой ход поршня – подвижной детали гидроцилиндра, которая качает жидкость, – и малая длина трубопровода, по которому она течет. Это позволит улучшить циркуляцию и снизить риск образования зон застоя, – рассказывает Ильнур Шаякбаров, старший преподаватель кафедры «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ.

– Для проверки данных мы моделировали циркуляцию жидкости, а также провели натурные испытания на стенде, разработанном в Пермском Политехе. Расхождение между расчетными и реальными параметрами составило менее 4%, что подтверждает достоверность методики, – комментирует Константин Пугин, профессор кафедры «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ, доктор технических наук.

Предложенный метод позволяет еще на этапе проектирования гидравлических систем выявлять и устранять потенциальные проблемы, связанные с циркуляцией рабочей жидкости. Это особенно важно для машин, работающих в сложных природно-климатических условиях. Улучшение циркуляции не только повышает надежность систем, но и снижает эксплуатационные затраты за счет уменьшения частоты ремонтов и замены компонентов. Это позволит значительно повысить ресурс работы гидравлических систем и снизить затраты на обслуживание техники.