Диагностирование гидроприводов транспортно-технологических машин и оборудования

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 

А. И. Павлов 

П. Ю. Лощёнов 
А. А. Тарбеев  

 

 

 

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ГИДРОПРИВОДОВ  

ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН 

И ОБОРУДОВАНИЯ 

 

 

Монография 

 
 

Под общей редакцией 

профессора А. И. Павлова 

 
 
 
 
 

Йошкар-Ола 

2017 

УДК 62-82:630*37 
ББК  43.904 

П 12 

 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой транспортно-технологических 
машин и комплексов Чувашской государственной сельскохозяйственной академии А. П. Акимов; 
д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой машиностроения и материаловедения Поволжского государственного технологического университета 
С. Я. Алибеков; 
д-р физ.-мат. наук, профессор Марийского государственного университета В. А. Севрюгин 

 
 
Павлов, А. И. 

П 12     Диагностирование гидроприводов транспортно-технологических 

машин и оборудования: монография / А. И. Павлов, П. Ю. Лощенов, А. А. Тарбеев; под общ. ред. проф. А. И. Павлова. – ЙошкарОла: Поволжский государственный технологический университет. 
2017. – 204 с. 
ISBN 978-5-8158-1816-3 

 
Рассмотрены вопросы теории адаптации гидроприводов транспортно
технологических машин и оборудования и их элементов к диагностированию. Приведены и проанализированы результаты экспериментальных 
исследований гидроприводов, рукавов высокого давления, гидроцилиндров и гидрораспределителей в производственных и лабораторных условиях. Предложены методы определения технического состояния гидроприводов транспортно-технологических машин и их элементов в режиме 
функционирования и в процессе создания тестовых воздействий, методики определения вероятности отказов и стратегии замены элементов гидропривода. 

Для научных, инженерно-технических работников, а также аспиран
тов и магистрантов соответствующих направлений подготовки и специальностей. 

УДК 62-82:630*37 
ББК 43.904 
 

ISBN 978-5-8158-1816-3 
 Павлов А. И., Лощенов П. Ю.,  
Тарбеев А. А., 2017 
 Поволжский государственный 
технологический университет, 2017 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

Предисловие ................................................................................................. 6 

Введение ....................................................................................................... 7 
 
1. АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ПАТЕНТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ  

ГИДРОПРИВОДОВ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  
МАШИН ................................................................................................. 10  
1.1. Оценка эксплуатационной надежности гидроприводов  

транспортно-технологических машин и оборудования .............. 11 
1.1.1. Анализ надежности валочно-пакетирующей машины  

ЛП-19 Б .................................................................................. 11 

1.1.2. Анализ надежности машины Урал-4320  

с гидроманипулятором марки СФ-65С ............................... 13 

1.1.3. Анализ надежности  

валочно-сучкорезно-раскряжевочной  
машины МЛХ-434 ................................................................ 14 

1.1.4. Анализ надежности погрузочно-транспортной 

машины МЛПТ-364 .............................................................. 17 

1.1.5. Анализ надежности трелевочного трактора ЛП-18A ........ 20 

1.2. Методы диагностирования гидроприводов .................................. 18 

1.2.1. Методы и средства диагностирования рукавов  

высокого давления ................................................................ 25 

1.2.2. Методы и средства диагностирования  

гидрораспределителей .......................................................... 34 

Выводы по разделу 1 .............................................................................. 38 

 
2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ  

ПАРАМЕТРОВ ГИДРОПРИВОДА И ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ ............... 40 
2.1. Методика расчета гидроударного процесса в гидроприводе  

при изменении его структурных параметров ............................... 40 

2.2. Исследование переходных процессов в гидроприводах  

лесных машин на основе электрогидравлической аналогии ...... 60 

2.3. Определение диагностического признака .................................... 64 
2.4. Теоретические исследования динамических свойств  

гидропривода с помощью характеристик  
случайного процесса ...................................................................... 66 

2.5. Теоретическое обоснование метода диагностирования  

гидрораспределителей ................................................................... 74 
2.5.1. Влияние эксцентриситета положения золотника  

в сопряжении «золотник-корпус»  
на надежность гидрораспределителей ................................ 75 

2.5.2. Исследование влияния режимов течения жидкости  

на точность определения зазора в сопряжениях  
гидрораспределителей .......................................................... 79 

2.5.3. Обоснование режима диагностирования  

гидрораспределителей .......................................................... 85 

Выводы по разделу 2 .............................................................................. 88 

 
3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ  

ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ РЕЗУЛЬТАТЫ......................................... 91 

3.1. Подготовка измерительной аппаратуры  

к проведению экспериментов ........................................................ 91 

3.2. Лабораторная установка для испытания рукавов  

высокого давления при их динамическом нагружении .............. 94 

3.3. Методика и результаты лабораторных экспериментов ............... 98 

3.4. Лабораторные исследования гидрораспределителей ................ 103 

3.4.1. Оценка условий проведения экспериментов ................... 105 
3.4.2. Обеспечение режима диагностирования  

гидрораспределителей в лабораторных условиях ........... 107 

Выводы по разделу 3 ............................................................................ 109 

 
4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ  

В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ И ИХ РЕЗУЛЬТАТЫ .... 111 

4.1. Методика проведения производственных испытаний рукавов  

высокого давления гидроударным воздействием ...................... 111 
4.1.1. Результаты производственных испытаний рукавов  

высокого давления ............................................................. 117 

4.1.2. Проверка адекватности закономерностей  

гидроударных воздействий ................................................ 121 

4.1.3.Статистическая обработка результатов ............................. 123 

4.2. Методика проведения производственных испытаний  

гидрораспределителей ................................................................. 131 

Выводы по разделу 4 ............................................................................ 136 

5. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ  

ГИДРОПРИВОДОВ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  
МАШИН И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ........................................................... 138 
5.1. Метод диагностирования гидроприводов  

в функциональном режиме с использованием  
характеристик переходного процесса ......................................... 138 

5.2. Метод функционального диагностирования гидроприводов  

с использованием характеристик случайного процесса ........... 142 

5.3. Метод диагностирования трубопроводов  

с нелинейной характеристикой упругости  
и средства для его осуществления .............................................. 144 

5.4. Метод диагностирования рукавов высокого давления,  

основанный на использовании их упругих свойств,  
и устройство для его осуществления .......................................... 155 

5.5. Метод диагностирования рукавов высокого давления,  

основанный на использовании гидроударного воздействия,  
и устройство для его осуществления .......................................... 161 

5.6. Метод диагностирования гидрораспределителей ...................... 164 
Выводы по разделу 5 ............................................................................ 169 

 
6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ  

УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ  
ГИДРОПРИВОДА ............................................................................... 174 
Выводы по разделу 6 ........................................................................... 187 

Заключение ............................................................................................... 188 

Библиографический список .................................................................... 192 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
Настоящая работа посвящена решению весьма актуальной сего
дня задачи – повышению надежности гидропривода транспортнотехнологических машин за счет совершенствования и разработки 
новых методов и устройств диагностирования, в том числе на основе 
выведенных закономерностей динамики гидроударных воздействий 
в элементах гидропривода (рукавах высокого давления, гидроцилиндрах, гидрораспределителях и т.д.). 

В первом разделе монографии приведены результаты аналитиче
ских и патентных исследований гидроприводов транспортнотехнологических машин и оборудования, оценка их эксплуатационной надежности и методы диагностирования. 

Второй раздел посвящен теоретическому обоснованию динами
ческих параметров гидропривода и его элементов. 

Методики проведения экспериментов в лабораторных и испыта
ний в производственных условиях, а также их результаты подробно 
рассмотрены в третьем и четвертом разделах работы. 

В пятом разделе представлены предлагаемые методы и устрой
ства диагностирования гидроприводов транспортно-технологических машин и их элементов, а в шестом дается технико-экономическое обоснование устройства для диагностирования рукавов высокого давления. 

Разработанная методика расчета нестационарных процессов в 

гидроприводе транспортно-технологических машин позволяет на 
стадии проектирования использовать мероприятия по снижению 
динамики изменения давления и расхода жидкости в гидроприводах 
при гидроударных воздействиях, а также определять возможность 
замера его текущего технического состояния. Представленные здесь 
защищенные патентом РФ способы функционального и тестового 
диагностирования гидроприводов позволяют определять техническое состояние гидроприводов в целом и его отдельных элементов в 
процессе эксплуатации транспортно-технологических машин и оборудования на любом промышленном предприятии, где используются 
машины с гидравлическим приводом. В этом заключается научная и 
практическая значимость полученных результатов исследования. 

ВВЕДЕНИЕ 

 

В настоящее время на транспортных работах в авиационной, 

атомной, дорожно-строительной, лесной и других отраслях широко 
используется современная отечественная и зарубежная техника. 
Определение технического состояния гидроприводов машин и оборудования послегарантийного периода вызывает затруднение ввиду 
недостаточного оснащения предприятий средствами диагностирования и специализированного обслуживающего персонала. 

Известно, что большинство отказов и неисправностей гидропри
водов накапливается постепенно по мере эксплуатации машин. 
Определить причину неисправности при отсутствии опыта очень 
трудно, в результате чего многие механики начинают последовательно разбирать вовсе не те агрегаты гидросистемы, которые следует. Такой поиск причин неисправностей требует много времени, в 
результате которого загрязняется гидросистема и нарушается взаимосвязь деталей, а в ремонт часто отправляются не те агрегаты, которые необходимо ремонтировать. 

Кроме постепенных отказов, в гидроприводе могут возникнуть 

внезапные отказы (например, рукавов высокого давления), которые, 
как правило, приводят в большим потерям дорогостоящей рабочей 
жидкости и снижению производительности машин в результате простоев. 

Методы повышения надежности машин весьма разнообразны. 

Одним из них является техническое диагностирование машин, позволяющее обнаружить неисправности, определить текущее рабочее 
состояние и годность их к дальнейшему использованию. 

Сегодня получило развитие направление диагностирования 

гидроприводов как в функциональном режиме (во время работы 
машины по назначению), так и в процессе технического обслуживания и ремонта (тестовое), что позволяет: 

 изучить причины потери работоспособности; 

 определить степень удаленности от предельного состояния; 
 установить вид и место возникновения дефектов. 
В связи с этим разработка способов и средств диагностирования 

гидроприводов транспортно-технологических машин и оборудования, а также элементов, лимитирующих надежность, представляет 
большой научный и практический интерес. 

Целью проведенных в настоящей работе исследований является 

повышение надежности гидропривода лесных машин с помощью 
совершенствования способов и устройств диагностирования, в том 
числе на основе выведенных закономерностей динамики гидроударных воздействий в элементах гидропривода (рукавах высокого давления, гидроцилиндрах и т.д.). 

Научная новизна полученных результатов исследований заклю
чается в следующем: 

 разработана методика расчета нестационарных процессов в 

гидроприводах лесных машин на основе гидроэлектрических аналогий, отличающаяся возможностью определения динамики давления 
и расхода жидкости при гидроударных воздействиях; 

 предложены способы диагностирования рукавов высокого 

давления гидроприводов лесных машин и устройства для их осуществления, отличающиеся применением гидроударных воздействий в качестве единичных импульсных возмущений при определении их динамических параметров. 

Практическая значимость работы: 
 разработанная методика расчета нестационарных процессов в 

гидроприводе лесных машин позволяет на стадии проектирования 
выявлять динамику давления и расхода жидкости при гидроударных 
воздействиях и определять возможность замера его текущего технического состояния; 

 представленный 
способ 
тестового 
диагностирования 
и 

устройство для его осуществления, защищенный патентом РФ, позволяет определить техническое состояние рукавов высокого давле

ния при проведении технического обслуживания различных транспортно-технологических машин; 

 защищенный патентом РФ способ функционального диагно
стирования гидроприводов позволяет определять техническое состояние 
гидропривода 
в 
процессе 
эксплуатации 
транспортно
технологических машин на любом предприятии. 

Достоверность результатов исследования подтверждается теоре
тическими расчетами и экспериментальными исследованиями, коэффициентом значимости α = 0,05, проверкой адекватности исследований по критериям Стьюдента и Фишера, актами внедрения в производство и учебный процесс. 

 
 
 

1 

АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ПАТЕНТНЫЕ  
ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОПРИВОДОВ 
ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  
МАШИН 

Гидроприводы и их элементы – сложные динамические системы, 

работающие в условиях изменяющихся внешних воздействий, на 
надежность которых при эксплуатации оказывают влияние различные факторы:  

 параметры окружающей среды,  
 режимы работы,  
 особенности конструктивного исполнения гидропривода,  
 стационарность или мобильность применения,  
 состояние организационно-эксплуатационные условий,  
 квалификация обслуживающего персонала и наличие эффек
тивных средств диагностирования и др. 

Для поддержания гидропривода машин в исправном и работо
способном состоянии и своевременного обнаружения внезапно возникшего отказа необходимо периодически контролировать техническое состояние гидравлического оборудования.  

Средства технической диагностики позволяют: 
 своевременно обнаружить возможность внезапного отказа; 
 распознать характер и место скрытой неисправности; 
 определить текущее рабочее состояние и годность их к даль
нейшему использованию; 

 определить степень удаленности от предельного состояния; 
 предотвратить повреждения гидрооборудования, последую
щий ремонт и простой машины до восстановления работоспособного состояния.  

Таким образом, своевременное обнаружение неисправностей с 

помощью средств диагностики технического состояния является более целесообразным, чем устранение отказа путём замены поврежденного гидрооборудования. 

1.1. Оценка эксплуатационной надежности  
гидроприводов транспортно-технологических  
машин 

Исследования 
эксплуатационной 
надежности 
транспортно
технологических машин в условиях эесполуатации проводились по 
данным опорных пунктов в ООО «Лестехком» Республики Марий 
Эл, ООО «Стимул», СПК колхоз «Красная звезда» (с 2010 года не 
существует) Кировской области. 

Сбор и анализ информации проводился в соответствии с реко
мендациями 
и 
методическими 
указаниями, 
разработанными 

ЦНИИМЭ [95]. 

Квалификационный состав машинистов на всех тракторах и ма
шинах состоял из механизаторов 2-3 класса со стажем работы от 3 
до 15 лет. Техническое обслуживание машин проводилось согласно 
утвержденным графикам. Ремонтная база на лесосеке представлена 
ручным слесарным инструментом и некоторыми инструментами малой механизации. Анализ надежности проводился с 2006 по 2010 гг. 
в различные периоды эксплуатации. 

1.1.1. Анализ надежности валочно-пакетирующей 

машины ЛП-19Б 

Анализ проведен на основании наблюдений в 2009 году за 12 

новыми машинами ЛП-19Б в период гарантийного срока (гарантийный срок составляет 1500 моточасов или 1 год), изготовленных в 
ООО «Лестехком» Республики Марий Эл в 2008 году. За период 
наблюдений было зафиксировано 66 отказов.  

Распределение количества отказов машины ЛП-19Б проиллю
стрировано на рисунке 1.1.  

 

 

Рис. 1.1. Распределение количества отказов машины ЛП-19Б [58] 
 
Анализ результатов исследования показывает, что количество 

отказов гидроприводов от общего количества отказов по машине 
составляет 20 %. 

 

 

Рис. 1.2. Распределение количества отказов гидроприводов машины  

ЛП-19Б по элементам [58] 

Ходовая

часть

Гидропривод
Технол.
оборуд.

Прочие

Трансмиссия

Двига
тель

0

10

20

30

40

50

60

70

1
2
3
4
5
6

%

38

15
20

27

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

РВД
Распределители
Насосы
Прочее

%

Распределение количества отказов гидроприводов по элементам 

показано на рисунке 1.2. 

Таким образом, элементами гидроприводов машины ЛП-19Б, 

имеющими низкую эксплуатационную надежность, являются рукава 
высокого давления (38 % от количества всех отказов по всем гидроприводам). 

1.1.2. Анализ надежности машины Урал-4320 

с гидроманипулятором марки СФ-65С 

Анализ проведен на основании наблюдений в 2008 году за двумя 

лесовозами Урал-4320 с гидроманипулятором марки СФ-65С, с пробегом автомобиля и наработкой гидропривода в среднем на машину 
250000 км и 2500 моточасов соответственно в ООО «Стимул» Кировской области. За период наблюдений было зафиксировано 63 отказа. 

Распределение количества отказов машины Урал 4320 с гидро
манипулятором марки СФ-65С отражено на рисунке 1.3. 

 

 

Рис. 1.3. Распределение количества отказов машины  
Урал-4320 с гидроманипулятором марки СФ-65С [58] 

%

Анализ результатов исследования показывает, что количество 

отказов гидропривода от общего количества отказов по машине составляют 59 %. 

Распределение количества отказов гидроприводов машины Урал 

4320 по элементам показано на рисунке 1.4. 

 

 

Рис. 1.4. Распределение количества отказов гидроприводов машины  

Урал-4320 по элементам [58] 

 
Приведенный анализ показывает, что наиболее часто выходят из 

строя рукава высокого давления (от общего количества отказов по 
гидроприводу – 65 %). 

1.1.3. Анализ надежности  

валочно-сучкорезно-раскряжевочной  
машины МЛХ-434 

Анализ проведен на основании данных, полученных при испы
таниях в 2003 году двух контрольных образцов МЛХ-434, изготов
65

5,40
2,60
27

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

РВД
Распределители
Насосы
Прочее

%