Повышение долговечности аксиально-поршневых насосов строительных и дорожных машин на основе моделирования процессов в плунжерных парах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.04, кандидат технических наук Масалов, Руслан Владимирович

• Масалов, Руслан Владимирович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Масалов, Руслан Владимирович

Введение

1. Гидросистемы строительных и дорожных машин как объект исследований

1.1. Условия работы и показатели работоспособности элементов гидросистем строительных и дорожных машин

1.2.Обзор исследований долговечности гидросистем строительных и дорожных машин

1.3 Объект, цели и задачи исследования

2. Моделирование трибологических процессов в плунжерных гидроагрегатах С ДМ

2.1. Расчетная схема и математическая модель поршневой группы

2.2. Определение КПД аксиально-поршневых насосов

3. Экспериментальное исследование и практические рекомендации

3.1. Программа опытных работ

3.2. Описание экспериментальной установки, информационно измерительный комплекс и методика проведения опытов

3.3. Обработка и сравнительный анализ результатов исследования

4. Рекомендации по проектированию и эксплуатации насосов гидросистем строительных и дорожных машин

4.1. Рекомендации по оценке степени допустимого риска

4.2. Рекомендации по анализу надежности и определению недоиспользования ресурса аксиально-поршневого насоса

4.3. Программа расчета факторов износа

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение долговечности аксиально-поршневых насосов строительных и дорожных машин на основе моделирования процессов в плунжерных парах»

Эффективность и качество выполнения технологического процесса строительными и дорожными машинами зависит от совершенства их рабочих органов и систем управления. Конструктивно заложенный уровень надежности и долговечности систем реализуется при соответствии расчетных параметров эксплуатационным нагрузкам. Элементы строительных и дорожных машин воспринимают эксплуатационные нагрузки переменного характера, величина и интенсивность изменения которых зависят от большого числа как контролируемых, так и случайных факторов.

Работоспособность гидросистем строительных и дорожных машин в значительной степени зависит от функционирования гидравлических насосов. Надежность, долговечность эффективная работа этих агрегатов во многом определяется широким набором разнообразных свойств, явлений и процессов в трибологических элементах, детальное изучение которых стало возможным с получившим в настоящее время интенсивным развитием компьютерных и электронных технологий. В парах трения аксиально-поршневых насосов происходит наиболее интенсивный износ, что существенно и влияет на наработку самих насосов, а так же и на работоспособность всего гидропривода строительных и дорожных машин. На процесс износа влияют конструктивные и динамические параметры пар трения и кинематические параметры рабочей жидкости. На этапе проектирования закладываются основы надежности и долговечности путем выбора рациональных геометрических и силовых параметров. На некоторые из них можно влиять на этапе проектирования, а на некоторые и на этапе эксплуатации. Варьируя этими факторами, можно изменяя их уменьшать или увеличивать интенсивность износа пар трения аксиально-поршневых насосов и соответственно долговечность строительных и дорожных машин.

Несмотря на большое количество работ сделанных в области износа пар трения применительно к плунжерным гидроагрегатам строительных и дорожных машин можно говорить об определенных недоработках в области разработки средств проектирования с использованием основных положений гидродинамики, теории трения и износа. Таким образом, повышение долговечности аксиально-поршневых насосов строительных и дорожных машин на основе моделирования процессов в плунжерных парах является актуальной темой исследования.

Методы исследований. В работе использованы эмпирические и теоретические методы исследования. Решения задач базируются на экспериментальных данных и известных теоретических положениях динамических и триботехнических методов исследований, методах системного анализа, математического моделирования и программирования на ЭВМ в среде Borland Delphi, математической статистики.

Экспериментальные исследования проводились на специально разработанном стенде с использованием инструментальной среды графического программирования Lab VIEW компании National Instruments, в качестве первичных преобразователей использовались датчики изменения давления ОАО «Орлэкс», Россия. При обработке полученных экспериментальных данных использовались методы математической статистики.

Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту: 1. Разработана математическая модель системы «плунжер-втулка» аксиально-поршневого насоса, позволяющая определять кинематические, динамические и трибологические параметры плунжерных пар с учетом инерционных, гидродинамических и диссипативных сил. Предложена основанная на свойстве аддитивности модель расчета коэффициентов трения в плунжерных парах, учитывающая конструктивные и технологические параметры, гидродинамическое давление и параметры рабочей жидкости.

2. Выявлены закономерности влияния переменных эксплуатационных нагрузок, шероховатости поверхностей трения, теплофизиче-ских свойств и чистоты рабочей жидкости гидросистем СДМ на износ, наработку и КПД аксиально-поршневого насоса.

3. Разработаны практические рекомендации и программное обеспечение, позволяющие увеличить наработку плунжерных аксиально-поршневых насосов и методика оценки уровня использования ресурса аксиально-поршневого насоса на основании математического моделирования процессов в плунжерных парах.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные методики, выявленные закономерности оценки способности системы к безотказной работе и программное обеспечение для расчета динамических, кинематических и трибологических параметров могут быть использованы как на этапе проектирования, так и на этапе эксплуатации аксиально-поршневых насосов гидравлических систем строительных и дорожных машин.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе Орловского государственного технического университета и Орловского государственного аграрного университета при чтении лекций, проведении практических и лабораторных занятий по соответствующим дисциплинам, дипломном проектировании, выполнении студентами научно-исследовательских работ. Методика расчета долговечности аксиально-поршневых насосов строительных и дорожных машин принята для практического использования Орловско-Курским отделением Московской железной дороги, ОАО «Дормаш».

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертации, обеспечивается корректностью и правильностью постановки задач, обоснованностью используемых теоретических зависимостей и принятых допущений и ограничений, применением известных апробированных математических методов; подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными как лично автором, так и другими исследователями.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на международных, региональных и республиканских научно технических семинарах, конференциях и симпозиумах: международной научно - практической конференции: «Энерго и ресурсосбережение XXI век», первая международная научно-практическая интернет конференция (г. Орел, 2002); «Прогрессивные технологии в транспортных системах», шестая российская научно-техническая конференция (г. Оренбург, 2003); Известия ОрелГТУ (г. Орел, 2003); международная научно-техническая конференция (г. Могилев, 2004); «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (г. Оренбург, 2004); «Надежность и ремонт машин» научно техническая конференция (г. Гагры, 2004); международная научно-техническая конференция (г. Могилев, 2005); «Ресурсосбережение XXI» Международная научно-практическая конференция Санкт-Петербург, 2005 «Надежность и ремонт машин» научно техническая конференция (г. Гагры, 2005).

Автор выражает искреннюю благодарность профессору Рудневу В.К. и профессору Бочарову B.C. за помощь при выборе тематики исследования и в подготовке материалов диссертационной работы.

Заключение диссертации по теме «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины», Масалов, Руслан Владимирович

Выводы по главе:

1. Установлено, что для обеспечения вероятности ресурса работы АПН до капитального ремонта - 0,9-0,8 необходимо обеспечить вероятность ресурса вала-0,99-0,97, радиальных подшипников - 0,95-0,9, прижимной пружины, плунжерной пары - 0,99-0,95, центрального шипа - 0,95-0,9, блока цилиндров и распределителя - 0,99-0,95.

2. Разработана методика, алгоритм и программа для ЭВМ, оценки изменения объемного КПД, расчета ресурса плунжерных гидромашин с учетом конструктивно-кинематических параметров плунжерных пар, параметров поверхности трения, качества рабочей жидкости.

3. Предложена методика расчета требований к долговечности аксиально-поршневых насоса дорожных машин на основе моделирования вероятности работоспособного состояния и оценки риска наступления отказа.

4. Разработана структурная схема АПН, представляющая матрицу риска позволяющая выполнить полную количественную и эффективную оценку риска, для сравнения источников опасности или различных вариантов мер безопасности, чем для составления заключения о степени безопасности системы.

5. Разработаны рекомендации по повышению долговечности и ресурса аксиально-поршневых насосов на этапе проектирования, технологическом этапе, и на этапе изготовления.

Заключение

В диссертации решена актуальная научно-практическая задача, состоящая в повышении долговечности строительных и дорожных машин и улучшении эксплуатационных характеристик аксиально-поршневых насосов путем разработки инструментальных средств проектирования основанных на моделировании трибологических процессов в плунжерных парах.

1. Разработана математическая модель системы «плунжер-втулка» аксиально-поршневого насоса дорожных машин, учитывающая инерционные и диссипативные силы, позволяющая установить положения плунжера относительно втулки, его скорость и ускорение в любой момент времени,

2. Установлена аналитическая зависимость изменения объемного КПД и наработки аксиально-поршневого насоса строительных и дорожных машин, от основных кинематических параметров плунжерной пары и свойств рабочей жидкости, для уточнения его ресурса.

3. Разработана и создана экспериментальная установка с измерительно-вычислительным комплексом для исследования характеристик аксиально-поршневых насосов.

4. Выполнен комплекс экспериментальных исследований и проведен сравнительный анализ теоретических и экспериментальных данных, который подтвердил их удовлетворительное согласование.

5. Анализ расчетных значений ресурса и наработки элементов аксиально-поршневого насоса позволяет сделать вывод: при выполнении требований к показателям долговечности элементов можно с вероятностью не менее 0,8 ожидать на практике подтверждения расчетных показателей долговечности аксиально-поршневого насоса в целом.

6. Установлено, что для обеспечения вероятности ресурса работы АПН до капитального ремонта - 0,9-0,8 необходимо обеспечить вероятность ресурса вала-0,99-0,97, радиальных подшипников — 0,95-0,9, прижимной пружины, плунжерной пары - 0,99-0,95, центрального шипа - 0,95-0,9, блока цилиндров и распределителя - 0,99-0,95.

7, Разработана методика, алгоритм и программа для ЭВМ, оценки изменения объемного КПД, расчета ресурса плунжерных гидромашин с учетом конструктивно-кинематических параметров плунжерных пар, параметров поверхности трения, качества рабочей жидкости,

8. Разработана структурная схема АПН, представляющая матрицу риска позволяющая выполнить полную количественную и эффективную оценку риска, для сравнения источников опасности или различных вариантов мер безопасности, чем для составления заключения о степени безопасности системы.

9, Предложена методика расчета требований к долговечности аксиально-поршневых насоса строительных и дорожных машин на основе моделирования вероятности работоспособного состояния и оценки риска наступления отказа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Масалов, Руслан Владимирович, 2005 год

1. Айвазян С.А. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичной обработки данных / С.А. Айвазян, И.С. Енюков, Л.Д. Ме-шалкин. М.: Финансы и статистика, 1983. - 96 с.

2. Алексеева Т.В. Влияние основных параметров на некоторые технико-экономические показатели землеройных ма-шин.//Гидропривод и системы управления строительными и дорожными машинами.-Омск., 1991-0,38,

3. Ахматов А. С. Молекулярная физика граничного трения.-М.: Физматиз, 1963 -С,472,

4. Базлеркин Б.А., Венцель C.B. Способ определения и разработка показания смазочной способности масел в граничных услови-ях.//Трение и износ.-№ 1.-1985.-С.76-79.

5. Бардышев O.A. Повышение эффективности обслуживания и ремонта машин с гидроприводом. //Механизация строительства.-№ 9 — 1985,—СЛ1—12,

6. Баролиев В.Н. Исследование загрязнений гидросистем тракторов и ее влияние на износ и производительность гидронасосов, Автореферат канд. дисс.-М.: МАТП, 1972.-С.21.

7. Барыщев В,И, Исследования загрязнения гидросистем тракторов и его влияние на износ и производительность гидронасосов. Автореферат канд. дисс,-М.: НАТИ, 1972.-С.20.

8. Барышев В.И. Повышение надежности и долговечности гидросистем тракторов и дорожно-строительных машин в эксплуатации. — Челябинск.: Южно-Уральское книжное издательство, 1973.-С. 111.

9. Батраков А,А, Теоретические основы химитологии,-М,; Машиностроение, 1985.-С.210.

10. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика.-М.: Машиностроение, 1971.-С.571.

11. Белянин H.H., ДаниловВ.М. Промышленная чистота машин-М.: Машиностроение, 1982.-С.199.

12. Духан С.С., Экстрега-Льюис В.Р. Электроповерхностные явления и электрофильтрование.-Киев.: Наукова думка, 1985.-С.286.

13. Ермаков В.В. Основы расчета гидропривода—М-: Машиностроение, 1961.-С.258.

14. Зорин В.А. Контроль состояния смазочных материалов и рабочих жидкостей элемент повышения надежности техники // С ДМ. -1999, -Ш,- С, 39-40,

15. Зорин В.А. Организация эффективного использования ТСМ автомобилей и строительных машин, М,; ЦМИПКС, 1990, - 69 с.

16. Зорин В.А. Основы долговечности строительных и дорожных машин, М,; Машиностроение, 1986, - 248 с,

17. Икрамов У.А. Расчетные методы оценки абразивного износа-М,: Машиностроение, 1987-С,282,

18. Кандыба C.B. Износ и повышение долговечности распределителей гидравлических экскаваторов.//Строительные и дорожные машины.-№7 .-1964.-С. 14-15.

19. Качанов Э,С,, Качанов Ю,С, Скачков А,Е, Электрические методы очистки и контроля судовых топлив.-JI.: Судостроение, 1990-С,215,

20. Коваленко Б.П., Ильинский A.A. Основы техники очистки от механических загрязнений,-М; Химия, 1982,-С,269,

21. Ковальский В.И., Титовский М.Н. Исследование работоспособности рабочих жидкостей гидросистем строительных машин. Пути повышения эффективности эксплуатации строительных машин-Красноярск,; КЛИ, 1988 -С45-53,

22. Колесов В.Г. О повышении долговечности деталей, изнашивающихся при трении о грунт.//Вестник машиностроения-Ks 9,-1961-С.20-27.

23. Кондаков A.A. Рабочие жидкости гидравлических систем.-М.: Машиностроение, 1982.-С.215.

24. Константинеску В.Н. Газовая смазка.-М.: Машиностроение, 1968.-С.620.

25. Косолапов В.В. Повышение эксплуатационной надежности гидроприводов строительных и дорожных машин при воздействии внешнего электрического поля на рабочую жидкость,// Автореферат канд. дисс.-Харьков, 1996.-С.21.

26. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбатов B.C. Основы расчетов на трение и износ -М,: Машиностроение, 1977 -С, 520,

27. Крагельский И.В. Основы расчета на трение и износ.-М.: Машиностроение, 1977—С,526,

28. Кривлин А.П., Хоплатов A.B. Особенности эксплуатации автогрейдеров в условиях жаркого климата Средней Азии.//Повышение эффективности и качества эксплуатации дорожных машин — Ташкент,, 1975-СЛ20,

29. Лихтман В.Н., Щукин Е.Д., Ребендер П.А. Физико-химическая механика металлов-М,.; ВНИИСТ, 1982-С.ЗОЗ.

30. Лоренц В.Ф. Износ деталей сельскохозяйственных машин. -М,; Машиностроение, 1948.-С.48.

31. Лышко Г.П. Оптимизация сроков замены моторного масла / Г,П, Лышко, Г,Г, Левшанов, А.М, Гемнов, В,А, Шилин // Химия и технология топлив и масел. 1982. - №11. - С.32-34.

32. Львов П.Н., Абразивный износ и зашита от него,-М,: ЦБТИ, 1959.-С.55.

33. Малышев А.Б., Аракелянц С.М. Технические средства обслуживания гидроприводов.//Строительные и дорожные машины.-№ 8.-1993-С. 18-19.

34. Масалов Р.В. Влияние механических примесей на величину износа пар трения аксиально-поршневых гидронасосов / Р. В. Масалов // Известия ОрелГТУ, Транспорт и строительство, / Орел; ОрелГТУ, 2003, -С. 251-252.

35. Масалов Р, В, Изнашивание пар трения гидроагрегатов С ДМ / Р. В. Масалов //Труды международной научно-технической конференции, / Могилев: ВБРГТУ МГТУ, 2004. С, 334-337.

36. Масалов Р. В. Изнашивание плунжерных пар гидроагрегатов С ДМ / Р, В, Масалов // Прогрессивные технологии в транспортных системах. / Оренбург: ГОУВПО ОГУ, 2004. С.132-133.

37. Масалов Р, В. Увеличение ресурса пар трения плунжерных гидроагрегатов / Р. В. Масалов // Надежность и ремонт машин. Сборник материалов научно технической конференции, Гагры, 2004, -С. 40-42,

38. Масалов Р. В. Методика оценки уровня реализации долговечности аксиально-поршневых насосов / Л. А, Савин Р. В. Масалов // Труды международной научно-технической конференции. / Могилев:

39. Масалов Р. В. Изменение гидродинамического давления в парах трения аксиально-поршневых насосов. / JI. А. Савин Р. В. Масалов // Ресурсосбережение XXI. Международная научно-практическая конференция. Санкт-Петербург: ОрелГАУ, 2005. -С. 133-136.

40. Масалов Р.В. Трибологические процессы в паре трения плунжер-втулка аксиально-поршневых насосов / Р.В. Масалов Р.И. Волков // Надежность и ремонт машин. Сборник материалов научно технической конференции. / Орел: ОрелГАУ, 2005. -С. 324-328.

41. Машиностроительный гидропривод, Под редакцией Прокофьева В.М.-М.: Машиностроение, 1972.-С.485.51, Методические рекомендации к выполнению технико-экономических обоснований инженерных решений в дипломных проектах, -Харьков,: ХАДИ, 1992.-С.61.

42. Морсин A.M. Влияние условий работы на ресурс гидромашин, //Сб. научных трудов ВНИИСтройдормаш, Вып.79,-М,,1978-С.54-59.61, Налимов В,В„ Чернова Н,А, Статические методы планирования экстремальных экспериментов.-М.: Наука, 1971.-С.252.

43. Никитин Г.А., Чирков C.B. Влияние загрязненности жидкости на надежность работы гидросистем летательных аппаратов-М.: Транс1. Ш порт, 1969.-С.288.

44. Почтарев Н.Ф. Влияние запыленности воздуха на износ поршневых двигателей,-М.; Обороню, 1957.-С.258.

45. Ровких С.Е., Киселев М.М., Ровких A.C. Техническое обслуживание и ремонт строительной техники,-М,; Стройиздат,1986.-С.92.

46. Руднев В.К., Венцель Е.С., Лысиков E.H. Повышение эксплуатационной надежности гидроприводов строительных и дорожных машин. К.: УМК В.О.,1989.-С.2Ю.

47. Руднев В.К., Лазаренко В.И., Родин И.И. Моделирование и планирование экспериментов-Красноярск.: КПИ, 1981 -С.56.

48. Руднев В.К. Ресурсосберегающие технологии при эксплуатации гидроприводов строительных и дорожных машин. //Механизация и строительство.-№ 4.-1996.-С.17-18.

49. Рыбаков К.В. Регенерация отработанных масел и их повторное использование / К.В. Рыбаков, В.П. Коваленко. М.: Высш. шк., 1989,-26 с,

50. Сато Я., Сасаки М. Влияние загрязнений рабочих жидкостей на характеристики гидравлических механизмов, //Hydrravlic and pnevmatic Юнкид Ги д з ону .-№ 1.-1976.-С.27-34.

51. Скрицкий В,Н„ Рокшевский В.А, Эксплуатация промышленных гидроприводов-М.: Машиностроение, 1984.-С. 192.

52. Снежко A.B. Совершенствование очистки автотранспортных масел центрифугой с внутренним гидроприводом: Автореферат канд. дисс Зерноград, 2000, - С.16.

53. СНИП. И. 4 Гл. 5.-М.: Стройиздат, 1984.-С.210.

54. Справочник по приборотехнике. Теоретические основы. Том 1. /Под ред. Хеблы -М., Чичинадзе А.В.-М.: Машиностроение, 1989-С.387.

55. Среднесезонные нормы расхода запасных частей для продукции Минстройдормаша-М,: ЦНИИТЭстроймащ, 1987-С,28,

56. Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию — М.: Машиностроение, 1976-С, 271,

57. Тинь Н.В. Совершенствование технической эксплуатации гидроприводов строительных и дорожных машин, используемых в условиях жаркого климата.// Автореферат канд. дисс.-Харьков, 1991-С.16.

58. Третьяков И.Г., Короленко Ю.И. Влияние электромагнитных воздействий на противоизносные свойства топлива Т.Э. Вопросы авиационной химитологии—Киев.: КНИГА, 1977.-С.25-78.

59. Третьяков И.Г., Миронов Е.А. Исследование влияния электромагнитного поля на эксплуатационные свойства масел, //Исследование прцессов подготовки, применения и контроля качества авиагсм и спецжидкостей, Сб. научн. трудов-Киев,: КНИГА,, 1989.-С.84-89,

60. Удлер Э.И., Рыбаков К.В., Зуев В.И. Вопросы авиационной химитологии, -Киев,; КИИГА, Вып,2, 1978.-58-68.

61. Улитов Н.В. Влияние объемного КПД насоса на производительность экскаватора, //Строительные и дорожные машины—№ 1— 1986-С. 14-15.

62. Харазов A.M., Цвид С.Ф. Методы оптимизации в технической диагностике машин-М» Машиностроение, 1983 -СД32,

63. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивные изнашивания-М.: Наука, 1970,-С Л 62,

64. Чирков В.В. Исследование влияния загрязненности жидкости на работу насосов и гидромоторов. Сб, Вопросы надежности гидравлических систем.-К.: КИГВФ, 1964.-С.21.

65. Шашкин П, И, Регенерация отработанных нефтяных масел / П.И. Шашкин, И.В. Брай. М.: Химия, 1970. - 304 с.

66. Ямпольский Г,Л., Крагельский И,В. Исследование абразивного износа элементов пар трения качения-М.: Наука, 1973-С.61.

67. Electrostatic separation of solid s from liquids //Filtand separ.-№ 2.- 1977.-C. 140-142.

68. Lab VIEW для всех / Джефери Тревис: Пер. с англ. H.A. Клу-шина М.: ДМК Пресс; ПриборКомплект, 2004. - 544 с.

69. Halt H.J., Brown R.F. A new electrostatic liquis cleaner. // Lubli-cal. Enging.-№ 12.-1966.-C.22.

70. Stuetser O.M. Electrohudrodynamic precipitator // The Rewiew of Scientific Instruments.-.^ 11.-1962.-C.1171-1177.