ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ГИДРОЦИЛИНДРОВ
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Ереско С.П., Меркушев Е.В., Новоселов В.И. (КГТУ, г. Красноярск, РФ)
Ереско Т.Т. (САКА, г. Красноярск, РФ)
Increase of reliability of hydrocylinders of building machines on a design stage
Большинство строительных машин оснащены гидравлическим приводом, применение которого позволяет снизить металлоемкость, повысить их единичную мощность и производительность.
Однако, статистика отказов элементов строительных машин показывает, что основную долю всех отказов по машине (до 70%) составляют отказы гидросистемы, а гидроцилиндры рабочего оборудования, выполняющие основное число рабочих операций, являются самым уязвимым элементом гидросистемы. Известные методы моделирования гидроцилиндров [1] не учитывают эксплуатационные факторы рабочего процесса гидроцилиндра, как износ и старение его элементов, утечки и перетечки рабочей жидкости, изменение параметров и свойств материала уплотнителей, непостоянство температуры в зоне контакта и свойств рабочей жидкости, динамику изменения давления в гидросистеме машины и изменение климатических условий меняющихся в процессе эксплуатации. Повысить точность проектных параметров гидроцилиндров в части расчета долговечности можно используя методы математического имитационного моделирования гидроцилиндров, учитывающие реальные условия эксплуатации. В докладе приведен пример такого моделирования. Расчетная схема гидроцилиндра приведена на рис.1.
Рисунок 1- Расчетная схема имитационной модели гидроцилиндра
Математическая модель представлена в виде системы дифференциальных уравнений движения гидроцилиндра двухстороннего действия, получившего наибольшее распространение. Представленная модель учитывает изменение модуля упругости материала уплотнителя, изменение давления рабочей жидкости гидросистемы вследствие увеличения утечек (перетечек) через уплотнения поршня и штока и изменение коэффициента трения в эластогидродинамическом контакте уплотнений.
 |
где: m – приведенная к штоку масса подвижных частей гидроцилиндра, Н;
- площадь
поперечного сечения полости I, м2; Dц – диаметр цилиндра,
м; D1 – диаметр штока в полости I, м; 
- рабочая площадь
поперечного сечения полости II,, м2; D2 – диаметр штока в
полости II, м; μ– коэффициент вязкого трения, Н× с/м; Rц – усилие на
штоке, Н; R0тр – сила сухого трения при отсутствии
давления, Н; k1,k2-коэффициенты пропорциональности
между давлением в полости I (1) и II (2) и силой трения в манжетных уплотнениях,
м2; Lц – ход поршня гидроцилиндра, м; 
V1
– “мертвый” объем полости I, м3; V2 – “мертвый”
объем полости II, м3; Еж – объемный модуль упругости
рабочей жидкости, Па; Ест – модуль упругости материала стенки
цилиндра, Па; 
- толщина стенки цилиндра,
м; R’тр, R”тр=
(
) – сила трения в
уплотнительных узлах, Н; 
- контактное напряжение на
уплотняемой поверхности, Па; 
- предварительное контактное
напряжение, Па; Е – модуль упругости материала уплотнителя, Па; E= E20
·
;
-
степень деформации уплотнителя; t – температура нагрева рабочей жидкости, 
; 
-
коэффициент трения, где: 
- коэффициент динамической
вязкости; 
-
скорость относительного перемещения, м/с; Rz – шероховатость уплотняемой
поверхности; 
- скорость восстановления формы
образцов.
Введение в эту систему уравнений указанных параметров, учитывающих условия эксплуатации гидроцилиндров, позволит повысить точность проектных расчетов и обеспечить заданный ресурс на этапе проектирования, а также уменьшить затраты при проведении опытно-конструкторских работ.
Литература
1. Беренгард Ю. Г., Гайцгори М. М. Синтез уравнений произвольных систем гидропривода на ЭВМ // Автоматизация расчетов строительных и дорожных машин: Сб. трудов ВНИИстройдормаш. Вып. 75.-М., 1977.с .-14-29.
2. Ереско С.П., Меркушев Е.В., Новоселов В.И., Ереско Т.Т. Разработка математической модели оптимизации параметров уплотнительных устройств гидроцилиндров на этапе проектирования // Транспортные средства Сибири: Сб. науч. тр. с междунар. уч., Красноярск.:КГТУ, 1998.-с.287-290.