Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) совместно с коллегами из Пермского государственного аграрно-технологического университета (ПГАТУ) разработали метод диагностики гидроцилиндров экскаваторов и бульдозеров. Новая технология позволяет обнаруживать неисправности на более ранней стадии, чем традиционные способы контроля, без разборки оборудования и с использованием всего одного датчика давления. Разработка может найти применение в дорожном строительстве, эксплуатации специальной техники и техническом обслуживании машин.
Надёжность дорожно-строительной техники напрямую влияет на сроки реализации инфраструктурных проектов. Экскаваторы и бульдозеры задействованы при строительстве автомобильных дорог, подготовке оснований, земляных работах и ремонте транспортной инфраструктуры. Внезапная неисправность такой машины способна остановить отдельные технологические операции, нарушить график строительства и увеличить расходы подрядчика. Одним из наиболее уязвимых элементов строительной техники остаётся гидравлическая система. Гидроцилиндры обеспечивают движение стрел, ковшей и отвалов, преобразуя давление рабочей жидкости в механическое усилие. При этом повреждения внутренних уплотнений практически невозможно определить визуально без разборки узла. Традиционные методы контроля, основанные на измерении давления и температуры масла, обычно позволяют обнаружить проблему при внутренних утечках порядка 13–15 мл в минуту. На этой стадии износ уже может существенно влиять на работоспособность оборудования.
Для предупреждения поломок предприятия нередко прибегают к плановой замене уплотнений после определённого количества моточасов. Однако такой подход не учитывает фактическое состояние деталей: исправные элементы могут заменяться преждевременно, что увеличивает расходы и продолжительность простоев. Альтернативой являются автоматизированные диагностические системы с большим количеством датчиков и алгоритмами обработки данных, но их внедрение требует значительных финансовых и технических ресурсов. Предложенный пермскими исследователями метод позволяет оценивать состояние гидроцилиндра по скорости нарастания давления рабочей жидкости. Для диагностики используется аппаратно-программный комплекс, включающий датчик давления, программируемое устройство и компьютер. Принцип работы заключается в создании условий, при которых движение поршня блокируется, а давление внутри цилиндра начинает повышаться. Полученные данные отображаются на графике. Чем быстрее растёт давление, тем выше герметичность гидроцилиндра. При износе уплотнений часть масла перетекает через повреждённые элементы, вследствие чего давление увеличивается медленнее.
Константин Пугин, профессор кафедры «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ, доктор технических наук, пояснил принцип работы системы:
«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».
Для оценки технического состояния исследователи используют показатель, получивший название «угол повышения давления». Его изменение позволяет выявлять снижение герметичности ещё до возникновения серьёзных неисправностей.
В ходе экспериментов специалисты испытали гидроцилиндр с шестью комплектами уплотнений различной степени износа. Наработка отдельных образцов достигала 4000 часов. Разработанная методика позволила фиксировать внутренние утечки начиная с 6,5 мл в минуту.
Александр Миллер, аспирант кафедры «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ, старший преподаватель кафедры «Технический сервис и ремонт машин» ПГАТУ, рассказал о результатах испытаний:
«В ходе экспериментов мы протестировали гидроцилиндр с шестью комплектами уплотнений — от новых до сильно изношенных (с наработкой до 4000 часов). Метод зафиксировал утечки уже с 6,5 мл в минуту, почти исправное состояние. Самые изношенные уплотнения пропускали 11,7 мл в минуту. При этом угол повышения давления у новых элементов оказался выше, чем у старых — разница четко показывает механику, что детали пора менять».
Важным результатом исследования стало выявление влияния гибких гидравлических шлангов на точность измерений. Под воздействием давления они незначительно расширяются, изменяя характер нарастания давления в системе. По данным разработчиков, этот фактор влияет на результаты измерений на 17–20%. Учёт деформации шлангов позволяет снизить вероятность ошибочной оценки состояния уплотнений и избежать как преждевременной замены исправных деталей, так и пропуска развивающейся неисправности. Согласно результатам исследования, новая методика обнаруживает утечки на более ранней стадии, чем традиционная диагностика. В материалах ПНИПУ эффективность разработки характеризуется как выявление неисправностей на 50% раньше аналогов.
Ещё одним преимуществом технологии является сравнительно невысокая стоимость оборудования. По оценке разработчиков, внедрение традиционных многодатчиковых систем диагностики для парка строительной техники может потребовать нескольких миллионов рублей. Стоимость применения предложенного решения оценивается в 50–100 тысяч рублей, что в рассматриваемом сравнении в 30–50 раз ниже. Для дорожных и строительных организаций практический интерес представляет возможность проводить диагностику непосредственно на месте эксплуатации машины, не демонтируя гидроцилиндры. Это позволяет перейти от замены деталей по установленному сроку к обслуживанию с учётом фактического технического состояния оборудования.
Такой подход способен сократить внеплановые простои, повысить коэффициент технической готовности машин и уменьшить затраты на обслуживание парка дорожно-строительной техники. Особое значение ранняя диагностика может иметь при выполнении дорожных работ в условиях ограниченных сроков, когда выход из строя экскаватора или бульдозера влияет на последовательность технологических операций и соблюдение графика строительства.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале «Вестник СибАДИ», том 23, 2026 год.
Разработка пермских учёных демонстрирует перспективы применения относительно простых цифровых измерительных систем для повышения надёжности строительной техники. При дальнейшем внедрении подобные методы могут стать одним из инструментов перехода к техническому обслуживанию машин по их фактическому состоянию.
Источник: пресс-служба Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ).
Читать далее: