Содержание к диссертации
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ДИССЕРТАЦИИ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОБЗОР 10
СУЩЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ УПЛОТНЕНИЙ
ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Общие сведения и терминология 10
Классификация известных способов герметизации и существующих 11 конструкций уплотнений подвижных соединений и гидроагрегатов строительных машин.
1.2.1. Требования, предъявляемые к конструкциям уплотнений 11
подвижных соединений.
Классификация известных способов герметизации и конструкций 16 уплотнений подвижных соединений.
Контактные уплотнения 19
1.3. Анализ условий эксплуатации строительных машин и выявление 26
флуктуации параметров эксплуатационных режимов гидроагрегатов.
Параметры внешней среды. 26
Параметры рабочей жидкости. 27
Параметры нагрузочного режима. 31
Требования, предъявляемые к гидроцилиндрам строительных 33 машин.
1.4. Обзор конструкционных материалов, применяемых для 35
изготовления уплотнителей гидросистем строительных машин.
Полиуретаны. 35
Фторопласты. 37
Полиамиды, графитопласты. 39
Резина. 40
1.4.5. Комбинированные уплотнения, 43
Обзор существующих математических моделей гидроагрегатов 45 строительных машин, критериев и методов расчета проектных параметров уплотнений.
Обзор применяемых методов контроля и диагностирования 79 технического состояния уплотнений гидроагрегатов строительных машин.
Выводы по обзорной главе и постановка задач исследования. 81
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ И 85 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ УПЛОТНЕНИЙ ГИДРОАГРЕГАТОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН
2.1. Анализ нагрузочного и теплового режимов эксплуатации 85
уплотнений гидроагрегатов строительных машин.
Нагрузочный режим работы уплотнений гидроцилиндров 85 экскаваторов
Температурный режим работы уплотнительных устройств 105 гидроцилиндров экскаваторов
2.2. Анализ характера отказов и выявление функции надежности 111
уплотнений гидроагрегатов строительных машин.
2.2.1. Определение показателя наработки на отказ уплотнений 111
гидроцилиндров строительных машин.
2.2.2. Характер и статистика отказов уплотнений гидроцилиндров 114
строительных машин.
2.3. Выявление параметра технического состояния гидроагрегатов и 126
нахождение корреляционной зависимости данного параметра от
наработки и нагрузочного режима.
2.3.1. Обоснование выбора параметра технического состояния 126 гидроагрегатов.
2.3.2. Описание конструкции экспериментального стенда и методики 128
проведения экспериментальных исследований по выявлению корреляционной зависимости параметра технического состояния гидроагрегатов от наработки и нагрузочного режима.
2.3.3. Результаты экспериментальных исследований уплотнительных 135
устройств гидроцилиндров на герметичность методика их обработки и
анализ точности.
2.4. Методика прогнозирования технического состояния 143
уплотнительных устройств гидроагрегатов строительных машин.
2.5. Методика обоснования предельно-допустимых норм 147
не герметичности уплотнительных устройств гидроцилиндров и
оптимальной периодичности их ремонта
Выводы по второй главе. І 51
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ 152
УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ГИДРОЦЛИНДРОВ
3.1. Разработка метода диагностирования уплотнительных устройств 152
гидроцилиндров с помощью сжатого воздуха
3.2. Выбор оптимального режима диагностирования технического 159
состояния гидроцилиндров с помощью сжатого воздуха
3.3. Нахождение корреляционной зависимости между величиной утечки 168
рабочей жидкости и величиной утечки воздуха через уплотнительные
узлы гидроцилиндров
3.4. Разработка конструкции диагностического стенда и методики 189
диагностирования гидроцилиндров сжатым воздухом
Выводы по третьей главе 192
4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И 193
ПРОЦЕССОВ НА КОНТАКТНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
4.1. Выявление параметров, определяющих эффективность, 193
5 эксплуатации и надежность гидроцилиндров экскаваторов
4.2. Математическое моделирование параметров оценки степени 202
герметичности уплотнительных устройств
Математическое моделирование напряжений на герметизирующей 207 поверхности контакта уплотнительных устройств
Математическое моделирование процесса трения эластичных 222 материалов по смазанным металлическим шероховатым поверхностям
Математическое моделирование процесса тепловыделения в 25] герметизируемом контакте уплотнения подвижного соединения
4.6. Математическая модель поля распределения температуры в 254
сечении уплотнительного узла
4.6.1. Формирование граничных условий к расчету температурного поля 258
в сечении уплотнителя
Выводы по четвертой главе
5. МЕТОДИКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАСЧЕТА 260
ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ УПЛОТНЕНИЙ ПОДВИЖНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ ГИДРОАГРЕГАТОВ
Выбор и обоснование критериев оптимизации проектирования 260 уплотнений подвижных соединений
Аппроксимации значений физико-механических и температурных 265 параметров материалов конструкции уплотнительных устройств и рабочих жидкостей гидросистем
Алгоритм расчета проектных параметров уплотнений подвижных 269 соединений
Методика автоматизированного расчета уплотнительных узлов 275 гидроцилиндра
Инженерная методика расчета параметров уплотнительных 281 устройств
5.6. Разработка имитационных математических моделей гидроагрегатов 286
строительных машин, содержащих уплотнения.
5.6.1. Разработка математической модели и программы расчета 286
параметров режима работы уплотнительных устройств гидромолотов.
Выводы по пятой главе - 296
6. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТИВНЫХ ПРЕДЛОЖЕНИЙ И 297
РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ
6.1. Разработка конструктивных предложений и рекомендаций по 297
проектированию уплотнений гидроагрегатов
6.2. Разработка способов и стендов для испытаний и диагностики 320
технического состояния уплотнений и гидроагрегатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 339
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 341
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 344
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Физико-механические свойства материалов, 387
применяемых для уплотнений
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Таблицы статистических данных по отказам 391
уплотнений
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Листинги программ для ЭВМ. 394
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Акты внедрения результатов диссертационной 41 1
работы
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ДИССЕРТАЦИИ
Задачи исследования
Анализ статистики отказов строительных машин и выявление функции надёжности уплотнений гидроагрегатов. Анализ и выявление функциональных зависимостей нагрузочного и теплового режимов гидропривода строительных машин.
Выбор и обоснование параметра технического состояния уллотни-тельпых устройств гидроагрегатов. Экспериментальные - теоретические исследования корреляционных зависимостей параметра технического состояния от наработки и нагрузочного режима. Обоснование критериев долговечности
Теоретические и оке л ери ментальные исследования процессов на контакте уплотнительных устройств. Разработка математических моделей и алгоритмов расчёта оптимальных проектных параметров. Разработка имитационных математических моделей гидроагрегатов
Разработка САПР уплотнений подвижных соединений на этапе проектирования. Разработка метода и средств диагностирования уплотнитель-пых устройств в эксплуатации
Введение к работе
Применение подвижных соединений элементов машин и механизмов обусловлено условиями их кинематического функционирования.
Известны различные виды подвижных соединений механических систем: вращательные, возвратно-поступательные и подвижные соединения с относительным движением сопрягаемых элементов по сложным траекториям. Необходимость герметизации подвижных соединений обусловлена технологическим назначением механизма, условиями эксплуатации и заданными параметрами надежности.
Герметичность подвижных соединений количественно выражается объемом утечек герметизируемых сред. Обеспечение заданного уровня герметичности подвижного соединения достигается применением специальных герметизирующих устройств (уплотнений).
Наиболее обширная область применения уплотнений в машиностроении - это герметизация входных и выходных валов машин, а также отдельных полостей в машинах, содержащих газы или жидкости при высоких давлениях или находящихся под вакуумом.
Большинство современных строительных машин оборудовано гидравлическим приводом, обеспечивающим ряд существенных преимуществ: малые массу и габариты, возможность плавного бесступенчатого регулирования скоростей, упрощение процессов автоматизации и унификация, облегчение труда операторов.
Применение гидропривода позволяет уменьшить время рабочего цикла машины, увеличить усилие на рабочем органе, снизить нагрузки на элементы рабочего оборудования и металлоемкость конструкции в целом.
Однако, анализ эксплуатационной надежности, произведенный по результатам обследований строительных машин в эксплуатации [62,81,98,100], показал, что отказы элементов гидравлического привода составляют половину от общего количества отказов, в гидроприводе максимальный процент отказов
9 приходится на долю гидроцилиндров, а в гидроцилиндрах, в свою очередь, на
долю уплотнений. Вместе с тем, основные агрегаты гидропривода зачастую
снимаются с машин и направляются в ремонт с недоиспользованным ресурсом.
Объясняется это отсутствием надежных методов расчета и проектирования элементов машин, учитывающих эксплуатационные нагрузочные режимы уже на этапе проектирования.
Одним из методов повышения эффективности и сокращения расходов на
эксплуатацию машин является внедрение в эксплуатацию и производство
систем технической диагностики, которые позволяют безразборным способом
при минимальных затратах времени производить поиск неисправностей
машины и ее элементов, который обычно занимает в среднем до 50% общего
времени ремонтных работ. Использование систем технической диагностики
позволяет получить наиболее полную информацию, необходимую для
оптимальной регулировки эксплуатируемых машин, обеспечивающей
выполнение работы при наименьшем потреблении
ресурсов[37,53,62,76,98,100,102,106]. Это означает, что даже при существующем уровне надежности машин техническая диагностика создает условия для значительного повышения коэффициента их использования за счет сокращения времени ремонта, ощутимого уменьшения затрат на их эксплуатацию и исключения аварийных ситуаций.
Повышение уровня надежности уплотнений подвижных соединений может быть достигнуто уже на этапе проектирования машин - применением методов математического моделирования и систем автоматизированного проектирования, позволяющих имитировать эксплуатационные режимы работы уплотнений на этапе проектирования.
Теоретическим основам создания системы управления надежностью уплотнений подвижных соединений гидроагрегатов строительных машин в течение их жизненного цикла на примере гидроцилиндров рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов и посвящена данная работа.
Похожие диссертации на Система управления надежностью уплотнений подвижных соединений гидроагрегатов строительных машин
