Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. Анализ надежности тормозных систем грузовых автомобилей 9
1.2. Характер и условия силового взаимодействия элементов колесных гидроцилиндров тормозной системы 17
1.3. Методы математического моделирования процессов нагружения эластомерных деталей 20
1.3.1. Общая характеристика механического поведения эластомеров 20
1.3.2. Методы математического описания упругой реакции на конечные деформации изменения формы 21
1.3.3. Методы математического описания реакций изменения объема 27
1.3.4. Методы математического описания упруговязкого поведения эластомеров в условиях эксплуатации 28
1.3.5. Методы математического моделирования процессов нагружения эластомерных деталей 32
1.4. Приборы и методы исследования физико-механических свойств
эластомеров 36
1.5. Анализ способов восстановления быстроизнашивающихся деталей
автотракторной техники 38
1.6. Цель и задачи исследования 46
Глава 2. Разработка расчетной модели силового взаимодействия элементов системы «цилиндр - уплотнительная манжета - поршень» 47
2.1. Математическая модель нагружения уплотнительной манжеты в составе гидроцилиндра 47
2.1.1. Выбор и обоснование реологической модели эластомерной среды 47
2.1.2. Определение системы КЭ - уравнений, описывающих процесс нагружения уплотнительной манжеты 51
2.1.3. Разработка программ генерирования КЭ-сетки и оптимизации матрицы жесткости КЭ-системы 62
2.1.4. Описание алгоритма и программы конечно-элементного расчета 67
2.2. Описание и анализ результатов численного исследования напряженно-деформированного состояния уплотнительной манжеты 70
2.3. Математическая модель нагружения поршня гидроцилиндра и численный анализ определяющих факторов 76
2.4. Силовой анализ колодочного тормозного механизма 82
2.5. Математическая модель изнашивания поршней колесных гидроцилиндров 89
Глава 3. Методики экспериментальных исследований 94
3.1. Методика микрометражных исследований деталей колесных цилиндров автомобилей 94
3.2. Универсальная экспериментальная установка для исследования характеристик эластомеров 97
3.3. Методика исследования компрессионных характеристик эластомерных композиций на основе НК и СКЭПТ 101
3.4. Методика определения мгновенного и равновесного модулей упругости эластомерных композиций в условиях воздействия воздушной среды и тормозной жидкости 104
3.5. Методика экспериментального исследования релаксационных характеристик эластомерных композиций 106
3.6. Методика триботехнических исследований пары трения «колесный цилиндр - поршень» 110
3.7. Методика прогнозирования межремонтного ресурса колесных цилиндров 115
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований 119
4.1. Результаты микрометражных исследований колесных цилиндров 119
4.2. Компрессионные характеристики эластомерных композиций на основе НК и СКЭПТ 129
4.3. Результаты исследования мгновенного и равновесного модулей упругости эластомерных композиций 131
4.4. Релаксационные характеристики эластомерных композиций 134
4.5. Результаты триботехнических исследований пары трения «колесный цилиндр - поршень» 139
4.6. Результаты прогнозирования межремонтного ресурса колесных цилиндров 141
Глава 5. Разработка рекомендаций по повышению ресурса колесных гидроцилиндров 144
5.1. Технологический процесс восстановления изношенных деталей и гидроцилиндров 144
5.2. Расчет экономической эффективности предлагаемых мероприятий 147
Общие выводы 151
Список использованных источников 153
Приложения 169
- Методы математического описания упругой реакции на конечные деформации изменения формы
- Определение системы КЭ - уравнений, описывающих процесс нагружения уплотнительной манжеты
- Методика исследования компрессионных характеристик эластомерных композиций на основе НК и СКЭПТ
- Результаты триботехнических исследований пары трения «колесный цилиндр - поршень»
Введение к работе
К наиболее ответственным элементам конструкции автомобилей, оказывающим существенное влияние на их надежность, безопасность движения, относится тормозная система (ТС). Анализ литературных источников показывает, что в настоящее время далеко не все проблемы надежности ТС решены. К таковым можно отнести низкий ресурс уплотнительных узлов подвижных соединений колесных цилиндров.
Типичными отказами уплотнительных узлов ТС большинства грузовых автомобилей являются отказы, связанные с набуханием и разрушением манжет колесных цилиндров (трещины, разрывы, износ) в результате усталостных явлений, изменение размерной и геометрической точности деталей, образующих соединение «колесный цилиндр-поршень». Так, например, колесный цилиндр автомобиля ГАЗ-53 имеет вероятность безотказной работы при пробеге 150 тыс. км - 0,47, а гамма-процентный ресурс (у=80%) - 60 тыс. км.
Современный уровень развития вычислительных систем и ряд фундаментальных работ в области моделирования функционирования узлов машин указывают на эффективность использования методов математического моделирования (в частности, метода конечных элементов) к решению конструкторских и технологических задач, направленных на повышение долговечности и безотказности не только отдельных деталей и соединений, но и сборочных единиц в целом. Создание для этих целей программных комплексов расчета позволяет значительно сократить время на конструирование изделий, разработку и доводку технологических процессов их изготовления и ремонта.
С другой стороны применение прогрессивных методов восстановления и упрочнения изношенных деталей, в том числе и с использованием источников концентрированной энергии, позволяет значительно повысить их износостойкость.
В связи с этим, исследования в области повышения долговечности колесных цилиндров тормозных систем грузовых автомобилей на основе вы-
6 шеприведенных подходов являются актуальными.
Целью работы является повышение ресурса колесных гидроцилиндров тормозных систем грузовых автомобилей при их ремонте на основе математического моделирования силовых взаимодействий их элементов и применения прогрессивных методов восстановления и упрочнения изношенных деталей.
Объект исследования - новые, изношенные и отремонтированные колесные цилиндры тормозных систем грузовых автомобилей.
Для реализации поставленной цели в работе решены следующие задачи исследования:
Для определения характерных дефектов и износов деталей колесных цилиндров исследовано их техническое состояние.
Разработаны теоретические предпосылки, созданы математическая модель и соответствующий комплекс программ численного анализа силовых взаимодействий элементов колесных цилиндров.
Определены физико-механические и реокинетические характеристики материала уплотнителя.
Исследованы триботехнические свойства сопрягаемых восстановленных и упрочненных деталей узлов колесных цилиндров.
Проведено математическое и физическое моделирование функционирования отремонтированной сборочной единицы.
6. Разработан технологический процесс восстановления и упрочнения
деталей колесных цилиндров тормозных систем грузовых автомобилей, про
ведены эксплуатационные испытания отремонтированных сборочных еди
ниц, разработки внедрены в производство с оценкой их экономической эф
фективности.
Методика исследований.
В ходе выполнения работы были использованы методы и положения нелинейной механики сплошных сред, математического моделирования (в частности, метод конечных элементов), системного исследования (системный подход и системный анализ) и математической статистики. Определе-
ниє физико-механических характеристик эластомерных вулканизатов и триботехнические исследования проводились как по известным, так и разработанным оригинальным методикам. Научная новизна работы;
определены параметры распределения зазоров и отклонений формы деталей в сопряжении «колесный цилиндр - поршень» с учетом состояния уп-лотнительных манжет;
получены физико-механические и реокинетические характеристики эластомерных вулканизатов, используемых для изготовления уплотнитель-ных элементов, а также триботехнические константы пар трения колесных цилиндров;
разработана математическая модель, связывающая величину линейного износа базовой и модифицированной баббитом Б16 пар трения «серый чугун СЧ18 - алюминиевый сплав Д1» с контактными напряжениями и величиной пути трения;
на основе метода конечных элементов разработана математическая модель и программный комплекс для анализа силовых взаимодействий основных деталей колесных гидроцилиндров, выявлены причины преждевременного разрушения уплотнительных манжет, интенсивного изнашивания поршней, а также установлена связь между величиной радиального зазора в сопряжении «цилиндр-поршень» и ресурсом колесного гидроцилиндра в целом;
разработана технология повышения износостойкости пары трения «колесный цилиндр - поршень».
Практическая ценность заключается в выработке рекомендаций по повышению ресурса уплотнительных манжет и износостойкости пары трения «колесный цилиндр - поршень»; разработке и внедрении в производство новой технологии ремонта сборочной единицы.
Результаты исследований внедрены: на ОАО «Авторемонтный завод «Саранский», на ОАО «Саранский завод «Резинотехника», в учебно-научно-производственном центре и в учебный процесс института механики и энер-
гетики ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева».
Основные положения и результаты работы были доложены на:
!^ - Огаревских чтениях Мордовского госуниверситета (г. Саранск,
2001-2004 г.г.);
международной научно-технической конференции «Новые методы ремонта и восстановления деталей сельскохозяйственных машин» (г. Саранск, 2001 г.);
VI научной конференции молодых ученых (г. Саранск, 2001 г.); на Всероссийской научно-технической конференции «Современные техно-
** логии, средства механизации и технического обслуживания в АПК» (г.
Саранск, 2002, 2004 г.г.);
Международной научно-технической конференции «Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем» (г. Саранск, 2004);
расширенном заседании кафедры механизации переработки сельскохозяйственной продукции МГУ им. Н. П. Огарева.
На защиту выносятся:
- результаты анализа технического состояния деталей колесных цилинд-
^ ров, поступивших в ремонт;
математическая модель силовых взаимодействий основных элементов колесных цилиндров, учитывающая влияние эксплуатационно-конструктивных факторов;
результаты исследований и рекомендации по повышению износостойкости пары трения «колесный цилиндр - поршень»;
результаты исследования связи физико-механических и реокинетиче-ских характеристик эластомерных вулканизатов, триботехнических констант
^ пар трения с факторами эксплуатации колесных цилиндров.
Методы математического описания упругой реакции на конечные деформации изменения формы
В основе построения моделей нагружения эластомерных деталей лежит система уравнений механики сплошной среды [76], базирующаяся на законах сохранения массы, количества движения и энергии. Эти законы сохранения дополняются реокинетическими уравнениями, а также граничными и начальными условиями. Начальные условия определяют состояние (конфигурацию, температуру, объем, реокинетические свойства) нагружаемой детали до начала нагружения. К граничным условиям относят условия на границе контакта детали с сопряженными элементами узла машины. В случае проскальзывания эластомера относительно поверхности контакта система уравнений дополняется законами трения.
Наложение на полученную систему уравнений тех или иных упрощающих допущений, которые принимаются исследователем в зависимости от свойств конкретного эластомера и особенностей процесса его нагружения, завершает процесс разработки математической модели. Наиболее распространенными являются допущения о квазистатичности процесса (пренебрежении инерционными силами), незначительности влияния массовых сил и, в некоторых случаях, изотермичности процесса.
Аналитическое решение упомянутых уравнений вызывает необходимость введения дополнительных допущений, что часто приводит к таким расхождениям с экспериментом, что расчет теряет смысл. Поэтому в последнее десятилетие получили распространение численные методы решения: метод конечных разностей (МКР), метод граничных элементов и метод конечных элементов (МКЭ).
В работе [117] приведено численное решение методом конечных разностей задачи изотермического сжатия идеальной упругопластической среды двумя жесткими плитами с учетом трения на контактных поверхностях в соответствии с законом Кулона. В работе [118] рассмотрено плоское неустановившееся течение среды Прандтля-Райса между параллельными пластинами. Особенностью численного решения МКР является то, что скорость изменения напряжений рассчитывалась с помощью тензорной производной Яуман-на. Аналитическое решение осесимметричной задачи о течении вязко-пластической среды Бингама между двумя сближающимися плитами получено в [119].
Аналитические решения задач подобного класса без введения большого количества упрощающих допущений требуют разработки специальных математических приемов. Пример данного решения приведен в работе [120].
Применительно к проблеме компрессионного формования полимеров следует отметить работы [121-130]. Одной из самых ранних работ является работа, посвященная проблеме инжекционного прессования [121]. Математическая модель описывает неизотермический процесс осесимметричного растекания неньютоновской жидкости со степенным законом течения между параллельными сближающимися пластинами, температура которых близка к температуре отверждения, а также истечение избытка в облой. В работе [75] подробно исследован процесс литьевого формования толстостенных изделий. Аналогичные подходы содержатся и в работах [74, 122-127,131].
Анализируя публикации последних лет, посвященные проблеме моделирования технологических процессов формования различных материалов, можно заметить тенденцию к усложнению математических моделей, связанную с отказом от ряда упрощающих допущений, таких как малость деформаций, степенной закон течения, изотермичность процесса, неизменность реологических свойств в процессе формования. Отказ от упрощающих допущений, естественным образом требует перехода от аналитических методов к численным, основным из которых является МКЭ. Причиной такой популярности МКЭ является с одной стороны мощное развитие вычислительной техники в последнее десятилетие, с другой стороны - простота и доступность метода, использование которого в инженерной практике почти не требует специальных знаний.
История МКЭ восходит к работам В. Ритца и отечественных математиков И.Г. Бубнова и Б.В. Галеркина [132, 133]. Конструктивная основа метода заключается в аппроксимации сплошной среды с бесконечным числом степеней свободы совокупностью простых элементов, имеющих конечное число степеней свободы и связанных между собой в узловых точках [134]. В итоге применения метода к дифференциальной задаче в частных производных получается конечномерная система линейных уравнений, решение которой дает параметры сплайнов, аппроксимирующих искомую функцию. Основные принципы метода, будучи сформулированы в работах Аргириса [128], получили дальнейшее развитие в трудах Зенкевича [135-137], Мартина [130], Одена [133] и др. [138-141].
Имеется значительное количество публикаций, посвященных решению МКЭ прикладных задач технологического плана. Например, в работах М.Ю. Альеса, A.M. Липанова и Ю.М. Константинова [143, 144] разработаны математические модели расчета процессов гидрореодинамики и деформирования полимерных сред. Аналогичные подходы содержатся в работе [145], в которой МКЭ решены задачи о развитии формы свободной поверхности при движении полимерной жидкости и ряд других, дающих основу для построения различных моделей формования полимеров. Аналогичны по смыслу работы [146-148, 192].
В ряде публикаций отмечается, что ведущие западные фирмы, специализирующиеся на проектировании и производстве полимерных изделий, перешли в последние 5-10 лет к непосредственному использованию высокоуровневых проблемно-ориентированных пакетов программ (ANSYS, LS-DYNA, COSMOS, ABAQUS, NASTRAN и др.). Например, в работе [149] описан пакет программ моделирования процесса литьевого формования и расчета изделий из полимеров под названием «C-Mould Quickfill 3D». Сообщается, что программный комплекс, основанный на МКЭ, позволяет производить автоматическое генерирование сети конечных элементов, рассчитывать усилия и потоки расплавов при формообразовании полимерных деталей, а также оптимальные размеры пресс-форм и параметры формования. Аналогичные пакеты программ согласно [150-152] позволяют спроектировать (в диалоговом режиме) оптимальную геометрию детали с автоматической триангуляцией объема на конечные элементы и использовать получаемые при этом данные для разработки процесса формования, включая прочностной расчет пресс-формы, определение оптимальных размеров формующей полости и параметров формования.
Определение системы КЭ - уравнений, описывающих процесс нагружения уплотнительной манжеты
Формируются исходные матрицы жесткости [К] (2.15), температуропроводности [Н] (2.37) и теплоемкости [С] (2.39) и соответствующие матрицы системы элементов объединением элементарных матриц. 4). Граничным узлам задается температура - Tw, остальным - Тн. 5). Узлам с признаком вертикальных перемещений задаются величины этих перемещений на отдельном шаге нагружения - 8П = Ап / п. 6). Решаются вышеописанные системы уравнений (2.31) и (2.43) с определением векторов узловых приращений перемещений {Q, температур {Т}п и суммарных сил ({6F} + {AF}N) для каждого КЭ. 7). Вычисляются для каждого КЭ векторы: {8Б}= [В]{}, {5ЄР}, {D}, {8D}, {5С}, {5С1}, {I}. 8). Вычисляются по формулам (2.1) для каждого КЭ: G» в. К, р. 9). Вычисляется для каждого КЭ векторы приращений: {5S}F,{SS}N,{SP}. 10). Вычисляются новые координаты узлов сетки с учетом их перемещений и формируются матрицы [К], [Н], [С] системы КЭ для текущей конфигурации массива. 11). Вычисляется для каждого КЭ вектор нелинейных приростов {AF}N. 12). Формируется вектор правой части системы уравнений (2.31) [K]{}={8F}-{AF}N из вычисленных приращений поверхностных сил (вектор {AF}N принимается согласно п. 11 по результатам предыдущего шага решения и прикладывается с обратным знаком ). 13). Выполняется при необходимости (при недостаточной точности решения) расчет по п.6-12 до удовлетворения условия сходимости: ({8F}j-{6F}j_i) / {8F}i 0,05 (і - номер итерации) 14). Для узлов с признаком скольжения вычисляются приращения касательных узловых сил трения ISF } в следующей последовательности: а) вычисляется скорость v = Qr/8t перемещения узла вдоль границы; б) проверяется неотрицательность числителя выражения (2.1п) в против ном случае {8FTp} = 0, в) вычисляются приращения касательных сил трения {8FTp}={8FH}f, где f=Tw/aw - коэффициент трения (вычисляется согласно (2.1п); {8FH} усилие, нормальное к поверхности контакта. 15). К соответствующим узлам прикладываются узловые силы {SFxp} и расчет по п.6-15 выполняется до удовлетворения условия сходимости: ({8FTp}i-(SFTPJJ.I) I {5Fip}i 0,05 (і - номер итерации). 16). Выполняются пункты 5-15 вычислением векторов {С}, {С"},{1}, {S}N,(P},{T},{F}, путем суммирования накопленных значений с приростами на шаге нагружения. 17). Пункты 5-16выполняются до реализации заданного количества шагов нагружения п. 18). В отдельные файлы выводятся: деформированная конечно-элементная схема, накопленные напряжения, узловые силы, температуры и эффективное Анализ причин отказов тормозной системы автомобиля ГАЗ-53А и микрометражные исследования, выполненные на САЗ «Саранский», выявили явное влияние увеличения величины зазора (из-за износа поршней) в сопряжении «колесный цилиндр-поршень» на надежность работы эластомерной манжеты и тормозной системы автомобиля в целом (п.4.1). Конечно-элементная реализация разработанной математической модели нагружения манжеты в узле позволила подтвердить гипотезу ее разрушения - выдавливание угловой части манжеты в зазор и ее постепенное разрушение из-за появления и развития усталостных трещин, обусловленных высоким уровнем напряжений и их цикличностью. Целью настоящего исследования в рамках указанной математической модели (2.1) является выработка научно-обоснованных рекомендаций по изменению конструкции поршня, которые позволили бы существенно улучшить условия работы манжеты. На рис.2.10 приведена конечно-элементная расчетная схема уплотни-тельного узла, в котором выделенная часть манжеты разбита на 12800 конечных элементов. Уплотнительная манжета была нагружена давлением 20,5 МПа при температуре 70С и длительности воздействия (торможения) 5 с. Указанные условия реализуются согласно публикаций [2, 20, 22] в условиях экстремального торможения полногруженого автомобиля. Расчеты произведены при следующих экспериментально полученных (п.З) значениях реоки-нетических констант, входящих в разработанную математическую модель: П]=500 (число шагов нагружения); Тн=343 Из полученных результатов следует, что в вертикальном сечении массива вблизи острой кромки поршня интенсивность напряжений стремится к бесконечности, что приводит к микроразрушению (надрезу) и отделению от массива выдавленной в зазор части манжеты даже в условиях разового на-гружения. В то же время в зонах, достаточно удаленных от зазора, величина напряжений не изменяется заметным образом по диаметру (оси г) и высоте (оси z ) манжеты. Указанное обстоятельство позволяет ограничить актуальную область численного исследования размерами наибольших толщин манжеты (область А на рис.2.1) по осям г и z (3 3 мм) и тем самым при сохранении скорости вычислений в рамках метода перемещений (при нагружении массива по оси z) более точно исследовать область манжеты, примыкающую к зазору.
Допустимость такого подхода может быть обоснована принципом Сен-Венана [160, с.48], согласно которому в точках сплошного тела, достаточно удаленных от мест приложения локальных нагрузок, напряжения весьма мало зависят от их конкретного характера распределения и определяются лишь величиной их статических эквивалентов (в нашем случае - перемещений, задаваемых на вертикальной границе выделенной области).
В качестве альтернативы острой форме кромки поршня, предусмотренной технической документацией, выбрана радиальная форма. Исследование проводилось для величин зазора в сопряжении в интервале 20...500 мкм, величин радиуса кромки поршня - в интервале 20.. .800 мкм.
На рис.2.11 представлены графики изменения интенсивности напряжений сг = ( j2rr + a]z - arrGzz + Ът2п )0,5 по вертикальным и горизонтальным сечениям области А манжеты при нагружении давлением 8 МПа для случая максимального износа поршня и цилиндра с зазором между ними 400 мкм и радиусом кромки поршня 800 мкм. Из графиков следует, что, действительно, с точностью в 250 мкм, актуальная область манжеты для детального анализа явлений, происходящих в зоне зазора, может быть ограничена размерами 3 3 мм.
Методика исследования компрессионных характеристик эластомерных композиций на основе НК и СКЭПТ
Решение задач повышения долговечности уплотнительных элементов предполагает определение комплекса реокинетических, фрикционных и физико-механических характеристик эластомеров различных шифров. В настоящее время существует достаточно много отечественных и импортных установок, обеспечивающих получение указанных характеристик с точностью, приемлемой для целей построения математических моделей нагруже-ния эластомерных деталей. В тоже время большинство этих установок обладает рядом серьезных недостатков, ограничивающих возможность их применения. К таковым можно отнести, прежде всего, их высокую рыночную стоимость, сложность проведения пуско-наладочных работ и отсутствие универсальности. В связи с вышеизложенным, проблема разработки универсальной недорогой установки для определения с достаточной степенью точности вышеуказанных характеристик эластомеров является актуальной.
В настоящей работе представлено описание конструкции и принципа работы новой экспериментальной установки, отличающейся универсальностью, легкостью в эксплуатации и простотой конструкции в сочетании с возможностью обеспечения требуемой точности измерений при определении соответствующих характеристик эластомеров.
Принцип универсальности, реализованный при проектировании данной установки, предполагает экспериментальное определение указанных характеристик посредством использования комплекта сменных блоков для проведения соответствующего вида исследования.
На рис.3.2а приведен общий вид описываемой установки, основными конструктивными элементами которой являются: рама 4, верхний 1 и нижний 5 приводы.
Сменные блоки 2 монтируются между нижней и верхней плитами рамы 4. Нижний привод 5 осуществляется от двигателя постоянного тока со встроенным тахогенератором и возможностью регулирования частоты вращения в диапазоне 0...3000 мин" . Общее передаточное число привода 5 составляет м„„ =0,00421, допуская варьирование линейной скорости толкателя в диапазоне до 0...1 мм/мин. Вращение от двигателя передается через ременную передачу (/;=0,5) на червячный редуктор (i2-50) и далее через цилиндрическую прямозубую передачу (і3=2,375) - на вал второго червячного редуктора, соединенного с толкателем с помощью пальца.
Одним из основных составных элементов сменных блоков установки является толстостенная матрица 18 (рис.3.26), снабженная встроенным электронагревательным элементом 19 и теплоизоляционным экраном 20. В целях создания равномерного поля температур в рабочей полости матрицы при ее монтаже, на промежуточное кольцо 22 должны быть установлены теплоизоляционные кольцо 23 и прокладки 17 и 21.
Контроль температурного режима в рабочей полости матрицы осуществляется с помощью термопары ТХК-2488 ТУ 25-7363.041-89 (рабочий диапазон температур - (-40)С...(+375)С, номинальные статические характеристики преобразования Е, класс допуска 1 по ГОСТ Р5043-92 (предел допускаемых отклонений ±1,5С)), монтируемой в отверстие матрицы 24, и регулирующего прибора КСП 4 ГОСТ 7164-78 с допускаемой погрешностью показаний от нормирующего значения ±0,5%.
Необходимо отметить, что под универсальностью предлагаемой установки понимается не только сугубо конструктивные решения, основанные на реализации принципа сменности блоков, но и решения, позволяющие в отличие от аналогичных промышленных установок проводить полномасштабные испытания в различных средах (воздушной и жидких). С этой целью соединение рабочей полости матрицы 18 с нижним плунжером 9 выполнено герметичным (уплотнение 10).
Дня определения упруго-вязких характеристик в режиме постоянной нагрузки установка комплектуется сменным блоком в соответствии с рис.3.26. В этом случае испытания могут проводиться одновременно на четырех образцах.
Для записи изменения деформаций (перемещений) во времени в данном случае используется комплект тензодатчиков растяжения 3 (ТМ-1, ТМ-Ц, ТМ-Ш, TM-IV), позволяющих измерять перемещения в диапазоне 0...5 мм с погрешностью ±2%, и станция измерения деформаций СИД-1 ТУ 25.06.1162-77, позволяющая регистрировать обработанный сигнал тензодатчика на диаграммной ленте. Лентопротяжное устройство станции СИД-1 позволяет дискретно регулировать скорость протяжки ленты в диапазоне 20-5400 мм/час.
Требуемая величина нагрузки при определении данных характеристик задается с помощью навески грузов 6 на верхний плунжер 7. В целях реализации мгновенного характера нагружения образцов плунжер перед навеской грузов устанавливается буртиком на специальную подкладку на плите 13, подбираемую таким образом, чтобы деформация образца от верхнего плунжера, установленного на подкладку, составляла не более 50 мкм. При мгновенном выдергивании данной подкладки суммарный вес грузов 6 и верхнего плунжера 7 передается образцу 8 и далее через нижний плунжер 9, сферу 11, упор 12, плиту 13 и стержни 14 воспринимается рамой 4, тем самым обеспечивается мгновенность нагружения.
Система силоизмерения в данной компоновке представлена сменным пружинным динамометром сжатия 3 ГОСТ 9500-84 (ДОСМ-3-1У) с наибольшим пределом измерения 1 кН и ценой деления 1,375 Н; ДОСМ-3-10У с наибольшим пределом измерения 10 кН и ценой деления 16 Н; ДОСМ-3-50У с наибольшим пределом измерения 50 кН и ценой деления 67 Н; ДОСМ-3-100У с наибольшим пределом измерения 100 кН и ценой деления 125 Н), который жестко соединен посредством переходника 2 с толкателем верхнего привода 1, и нестандартным тензодатчиком 17 с тензорезистором, подключенным к ана-логово-цифровой плате персонального компьютера, который во времени регистрирует воспринимаемые усилия.
Система измерения деформаций представлена плитой 19, на которой установлены два индикатора 5 часового типа, нулевые значения которых должны соответствовать нулевым нагрузкам, действующим на образец.
Компрессионные характеристики предлагается снимать только в режиме нагружения с помощью верхнего привода при застопоренном толкателе нижнего привода. В процессе такого нагружения усилие через пружинный динамометр сжатия 3 будет передаваться через толкатели 4 и 6 на образец 7, которому не дает возможности перемещения нижний толкатель 10.
Результаты триботехнических исследований пары трения «колесный цилиндр - поршень»
Технологический процесс ремонта колесных цилиндров спроектирован в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД и ЕСТД, а также с учётом дополнений, разъяснений и ограничений, изложенных в руководящих технических материалах и отраслевых стандартах. Исходными данными при проектировании технологического процесса являются следующие: 1). Сведения о дефектах и предполагаемой программе восстановления деталей. Проведенные в работе исследования показали, что основной причиной отказов уплотнительных узлов колесных цилиндров автомобиля ГАЗ-53 является интенсивный износ поршней с разрушением манжет вследствие выдавливания их угловых частей в радиальный зазор между поршнем и цилиндром.
Ожидаемая программа ремонта в Учебно-научно-производственном центре ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» составляет 1000 гидроцилиндров в год. 2). Организационная форма производственного процесса ремонта. При разработке технологического процесса учитывались возможности ремонтных предприятий и их техническое оснащение. 3). Предлагаемый метод ремонта. Анализ литературных данных и результаты комплексных исследований показали, что наиболее рациональным является способ ремонта с восстановлением и упрочнением поршней колесных цилиндров методом электроискровой обработки. 4). План выполнения всех операций, предусмотренных маршрутом. Проектирование маршрута обработки. При использовании настоящего технологического процесса допускается замена в нем оборудования и оснастки аналогами, обеспечивающими за данные параметры обработки и измерения элементов (поверхностей). 005. Слесарная Разобрать колесный цилиндр. 010. Моечная. Промыть детали в растворе моющего средства МО 15 ТУ 38-10738-73. 015. Дефектовочная. Дефектовать детали уплотнительных узлов колесных цилиндров исходя из того, что зазор между цилиндром и поршнем в продольном сечении под углом 0 (рис.3.1) не должен превышать 300 мкм. Браковать все манжеты, а также цилиндры, имеющие трещины и кавитационные раковины. 020. Электроискровая обработка Обработать цилиндрическую поверхность поршня ацетоном, после чего нанести на нее на токарно-винторезном станке 1К62 (частота вращения поршня - 60 мин"1, электрода-инструмента - 3500 мин"1, подача - 0,01 мм) слой металлопокрытия толщиной 15-25 мкм электродом марки Б16 на втором технологическом режиме установки «Элитрон-22БГ» (среднее значение зарядного тока - 0,4 А, амплитуда напряжения на накопительном конденсаторе - 45 В, емкость накопительных конденсаторов - 60±20 мкФ, энергия разряда - 0,13 Дж, частота вибрации электрода - 250 Гц, время обработки - 3 мин/см2). 025. Токарная Обработать радиусный переход между цилиндрической и торцевой частью поршня (R=3 мм). 030. Доводочная Выполнить алмазное выглаживание цилиндрической поверхности поршня (частота вращения поршня - 300 мин-1, подача - 0,07 мм, усилие прижатия алмазного наконечника 100 Н). 035. Слесарная Собрать колесный цилиндр в соответствии с требованиями нормативно-технической документации. Контролировать параметры тормозного цилиндра согласно ТУ. Выбор средств технологического оснащения. Операция 005. Слесарная. Оборудование. Верстак слесарный, тиски ГОСТ 5698-76, молоток, набор гаечных ключей. Операция 010. Моечная. Оборудование. Моечная машина ОМ 9313. Операция 015. Дефектовочная. Оборудование. Контрольный стол ОРГ 1468-01-060А, тиски ГОСТ 5698-76. Мерительный инструмент. Индикаторный нутромер 18-50 ГОСТ 868-82 с точностью 0,002 мм; рычажный микрометр МРП - 25-50 ГОСТ 11098-75 с точностью 0,002 мм. Операция 020. Электроискровая обработка. Оборудование. Установка Элитрон -22БГ, токарно-винторезный станок марки 1К62, головка наплавочная. Операция 025. Токарная. Оборудование. Токарный станок модели 1К62, резец фасонный. Операция 030. Доводочная. Оборудование. Токарный станок модели 1К62, приспособление для алмазного выглаживания специальное. Контрольный инструмент. Микрометр рычажный МРП - 25-50 ГОСТ 11098-75 с точностью 0,002 мм. Операция 035. Слесарная. Оборудование. Верстак слесарный, тиски ГОСТ 5698-76, набор гаечных ключей.
Комплекс проведенных теоретических и экспериментальных исследований в рамках создания расчетной модели силовых взаимодействий элементов системы «цилиндр - манжета - поршень» позволил разработать новый технологический процесс ремонта колесных цилиндров электроискровым способом. Данный технологический процесс внедрен на ОАО «Авторемонтный завод «Саранский» и в учебно-научно-производственном центре института механики и энергетики ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева».
Рассчитаем экономическую эффективность внедрения технологического процесса применительно к условиям ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева». Цены указаны на 1 октября 2004 года.
Исходя из того, что в настоящее время отсутствуют эффективные технологии восстановления деталей уплотнительных узлов колесных цилиндров автомобиля ГАЗ-53 и весь ремонт, как правило, сводится к замене деталей на новые, экономическая эффективность внедрения разработанной технологии определяется на основе сравнения себестоимости восстановления со стоимостью новой детали по формуле:
