На правах рукописи

Жмуров Владимир Витальевич

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ОДНОКОВШОВЫХ

ГИДРОФИЦИРОВАННЫХ МАШИН ПУТЁМ МОДЕРНИЗАЦИИ

ПРИВОДА КОВША РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.02.13. – Машины, агрегаты и процессы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Братск 2009

Работа выполнена на кафедре «Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» Братского государственного университета.

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Кобзов Дмитрий Юрьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Зедгенизов Виктор Георгиевич кандидат технических наук, доцент Чебунин Александр Фёдорович

Ведущая организация Сибирская государственная автомобильнодорожная академия «СибАДИ»

Защита состоится « 24 » декабря 2009 года в « 10 » часов на заседании диссертационного совета Д 212.018.02. при ГОУ ВПО «Братский государственный университет» в ауд. 128a по адресу: 665709, г. Братск, ул. Макаренко, д. 40.

E-mail: [email protected]. Факс: (8-3953) 33-20-08.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Братского государственного университета.

Отзыв на автореферат в 2-х экз., заверенный печатью предприятия, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан « 23 » ноября 2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент И.М. Ефремов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Гидропривод, в исследование и повышение надёжности которого большой вклад внесли С.И. Абрамов, Т.В. Алексеева, Т.М. Башта, И.А. Биргер, Т.Ф. Боевой, В.А. Васильченко, Г.Ф. Верзаков, Д.Т. Волков, Н.Г.

Гаркави, Д.В. Гаскаров, Н.Т. Говрущенко, С.В. Каверзин, А.А. Комаров, В.А. Лешенко, В.Н. Лозовской, Р.А. Макаров, В.А. Марутов, Л.В. Мирошникова, В.Г.

Нейман, С.А. Павловский, И.В. Петров, А.И. Рембеза, Т.А. Сырицин, К.В. Фролов, Харазов А.М., Е.Ф. Хазов, благодаря известным преимуществам перед другими приводами, находит самое широкое применение на транспорте, в металлургии, в машиностроении, в том числе на одноковшовых гидрофицированных машинах. С развитием комплексной механизации и автоматизации производственных процессов функции гидропривода расширяются и усложняются.

Кинематическое соединение элементов существующего привода ковша рабочего оборудования одноковшовой гидрофицированной машины в процессе функционирования сопровождается значительным угловым перемещением в опорах крепления гидроцилиндра относительно рычага. При этом силовое взаимодействие элементов опор неизбежно сопровождается работой трения. В результате этого увеличиваются действующие на гидроцилиндр нагрузки, изменяется напряженно-деформированное состояние его несущих элементов (штока и корпуса), возрастают реакции в его герметизируемых сопряжениях, интенсифицируется изнашивание трущихся элементов направляющих гидроцилиндра и элементов его опорных подшипников проушин, что, в конечном итоге, ведёт к уменьшению надёжности гидроцилиндра, и приводит к снижению ресурса привода машины в целом.

Представленная работа посвящена вопросам повышения ресурса одноковшовых гидрофицированных машин, что имеет большое значение для отрасли.

Цель работы – повышение ресурса одноковшовых гидрофицированных машин за счёт увеличения ресурса гидроцилиндра путём модернизации конструкции и оптимизации параметров привода ковша рабочего оборудования.

Задачи исследования:

- анализ конструкции привода ковша рабочего оборудования одноковшовых гидрофицированных машин и определение кинематических и силовых характеристик влияющих на его работоспособность;

- выявление влияния повреждений элементов гидроцилиндра на его напряженно-деформированное состояние;

- анализ напряжённо-деформированного состояния продольно-поперечного нагруженного гидроцилиндра;

- установление взаимосвязи характеристик напряжённо-деформированного состояния гидроцилиндра с характеристиками его режима работы;

- описание и исследование эксцентриситета приложения продольного сжимающего усилия в опорах гидроцилиндра и установление его влияния на напряжённо-деформированное состояние гидроцилиндра;

- разработка рекомендация по модернизации конструкции привода ковша рабочего оборудования одноковшовой гидрофицированной машины и исследование его технических возможностей.

Методы исследований. В работе использовались следующие методы исследований: литературный поиск, патентный анализ, математическое моделирование исследуемого процесса, экспериментальные исследования, математическая статистика при обработке экспериментальных данных. Оценка исследований проводилась с помощью стандартных программных продуктов MathCad 14, Excel.

Обоснованность и достоверность научных положений, рекомендаций и выводов подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями, опирающимися на строгое использование основных положений механики, машиноведения, теории механизмов и машин; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований и эксперимента на опытных установках;

обработкой результатов исследований методами математической статистики с использованием стандартных программных комплексов, а также использованием полученных результатов на практике.

На защиту выносятся следующие результаты исследований, полученные лично автором и обладающие научной новизной:

- математическая модель определения напряжённо-деформированного состояния гидроцилиндра с учётом эксцентриситета приложения продольного сжимающего усилия в опорах гидроцилиндра различного конструктивного исполнения применительно к существующему и модернизированному приводам ковша рабочего оборудования одноковшовой гидрофицированной машины;

- взаимосвязь несущей способности гидроцилиндра с параметрами рабочего режима привода ковша рабочего оборудования одноковшовой гидрофицированной машины, учитывающая действующие нагрузки, пространственное расположение гидроцилиндра и углы силового поворота опорных подшипников;

- механизм возникновения эксцентриситета приложения продольного сжимающего усилия в опорах гидроцилиндров различного конструктивного исполнения применительно к существующему и модернизированному приводам ковша рабочего оборудования одноковшовой гидрофицированной машины;

- методика расчёта гидрофицированного привода ковша рабочего оборудования одноковшовой гидрофицированной машины;

- конструкция модернизированного привода ковша рабочего оборудования одноковшовой гидрофицированной машины, защищённая патентами РФ, предложена его математическая модель и исследованы технические возможности привода, позволяющие снизить нагрузки на гидроцилиндр и увеличить его ресурс.

Практическая ценность работы. Разработана программа расчёта существующего и модернизированного привода ковша рабочего оборудования одноковшовой гидрофицированной машины.

Разработана методика оптимизации параметров привода ковша рабочего оборудования одноковшовой гидрофицированной машины, позволяющая значительно снизить действующие на гидроцилиндр нагрузки.

Реализация работы. Результаты диссертационной работы внедрены в ООО НТЦ «ГИДРОТРАНС» (г. Санкт-Петербург, РФ), в ЗАО НИИСтройдормаш (г.

Красноярск, РФ), в Научно-исследовательском и производственном объединении электронной техники и машиноведения (Монголия) и в государственной строительной компании «Сонголон-Бармат» (Монголия).

Результаты диссертационной работы внедрены в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов, а также при проведении лабораторных работ в Братском государственном университете и в Инженерномеханическом институте Монгольского государственного университета науки и технологии (Монголия).

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены:

на XXV…XXXI (2003...2009 гг.) межрегиональных научно-технических конференциях «Естественные и инженерные науки – развитию регионов» Братского государственного университета, г. Братск; на II…VIII (2002, 2004...2009 гг.) межрегиональных научно-технических конференциях с международным участием «Механики XXI веку» Братского государственного университета, г. Братск; на Всероссийской научно-технической конференции «Роль механики в создании эффективных материалов, конструкций и машин XXI века» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии «СибАДИ», г. Омск, 2006 г.; на международной научно-практической конференции «Нынешнее состояние, проблемы и перспективы развития металлургии, машиностроения» Монгольского государственного университета науки и технологии, г. Улан-Батор (Монголия), 2006 г.; на региональной научно-технической конференции факультета транспортных систем в Иркутском государственном техническом университете в 2006 г., научном семинаре «Современные технологии. Системный анализ. Моделирование» Иркутского государственного университета путей сообщения, г. Иркутск, 2007-2008 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 43 работы, в том числе депонирована 1 монография и получено 2 патента РФ на изобретения.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, результатов и выводов, списка литературы и приложений. Изложена на 126 страницах основного текста и содержит 76 рисунков и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и определено направление диссертационных исследований.

В первой главе на основе обзора отечественных и зарубежных литературных источников:

- проведён анализ конструкций существующего гидрофицированного рабочего оборудования одноковшовых гидрофицированных машин, который выявил ряд недостатков, влияющих на надёжность гидроцилиндра и связанных с не полным описанием эксцентриситета приложения продольного сжимающего усилия в его опорах различного конструктивного исполнения;

- рассмотрены варианты конструктивного исполнения гидроцилиндров;

- получена статистика отказов и основных эксплуатационных повреждений элементов гидроцилиндров.

На основе проведенного анализа была сформулирована цель и определены задачи исследований.

Вторая глава посвящена анализу конструкции привода ковша рабочего оборудования одноковшовой гидрофицированной машины.

Существующий привод ковша рабочего оборудования, например одноковшового экскаватора ЭО-3322 (Рис. 1), содержит гидроцилиндр, шарнирно соединенный с ним поворотный рычаг и тягу, шарнирно прикрепленную к рычагу и ковшу.

При расчёте параметров гидрофицированного привода ковша рабочего оборудования принимаются во внимание и анализируются следующие зависимости:

угол поворота ковша; угол поворота рычага; угол в опоре штока силового гидроцилиндра; угол в контакте «рычаг-тяга»; угол поворота в опоре корпуса гидроцилиндра; угловые скорости относительного перемещения элементов опор сферических подшипников в точках крепления гидроцилиндра и поворотного рычага; угловая скорость поворота ковша; усилие на режущей кромке; мощность гидрофицированного привода.

Аналитическое представление напряжённо-деформированного состояния гидроцилиндров машин предполагает описание его прогибов, напряжений, возникающих в них, а также нагрузок, действующих на гидроцилиндр в его подвижных сопряжениях.

Рисунок 1 – Расчётная схема существующего привода ковша одноковшовой гидрофицированной машины Напряженно-деформированное состояние продольно-поперечного нагруженного гидроцилиндра, принято описывать напряжениями и полным (суммарным) прогибом В уравнении (1) первое слагаемое дает величину нормального напряжения от действия продольного сжимающего усилия РS; второе – величину наибольших напряжений сжатия, вызванных изгибом гидроцилиндра от действия поперечной нагрузки MQ(x); третье – величину напряжений сжатия, вызванное дополнительным изгибом гидроцилиндра от действия продольного сжимающего усилия PS и четвёртое – то же, вызванное дополнительным изгибом гидроцилиндра при наличии эксцентриситета ex в местах приложения усилия PS. В уравнении (1): F(x) – площадь поперечного сечения гидроцилиндра; W (x ) – осевой момент сопротивления сечения гидроцилиндра; MQ(x) – изгибающий момент от действия поперечной нагрузки (веса гидроцилиндра); yT (x ) – полный прогиб гидроцилиндра в результате его продольно-поперечного усилия.

В уравнении (2) y x – прогиб гидроцилиндра в результате наличия у него угловой несоосности его элементов; y (x ) – то же вследствие начального и возможного эксплуатационного искривления его длинномерных элементов; y Q (x ) – то же в результате поперечного нагружения; y P x – то же от действия продольного сжимающего усилия PS, имеет зависимость величины прогиба от эксцентриситета ex.

Прогиб y x (Рис. 2) может быть определён для штока и гильзы гидроцилиндра соответственно по выражениям:

где Н 1 и Н 2 – углы, характеризующие соотношение длин корпуса и выдвинутой части штока гидроцилиндра.

Прогиб y x (Рис. 2) определяется для штока и гильзы той части гидроцилиндра, где одновременно расположены все его элементы, соответственно из выражений:

где k1 = k 2, k, k1 и k 2 – углы, отражающие различия в кривизне и длинах элементов гидроцилиндра.

Для определения прогиба yQ x с учётом характера контакта элементов сопряжений гидроцилиндра была использована расчётная схема, позволяющая оценить напряжённо-деформированное состояние каждого из его элементов в отдельности, в том числе и внутренней части штока с поршнем. При этом каждый элемент разбит на три участка с жёсткостью, приведённой к жёсткости штока, прогибы yQ x для которых находились из уравнений, соответственно для штока и корпуса (гильзы):

Постоянные интегрирования С0, D0, С0 и D0 найдены из системы уравнений, составленной на основании равенства прогибов в точках взаимного контакта элементов гидроцилиндра и отсутствии их в точках его крепления.

Определение прогиба y P (x ), с учётом характера контакта элементов гидроцилиндра, проведено по методике и расчётной схеме, основывающихся на использовании уравнения вида и совместном рассмотрении напряжённо-деформированного состояния гидроциPS стка. Решение уравнения относительно прогиба y P x для каждого из рассматриваемых участков найдено в виде где: y P (x ) и y (x ) – соответственно общее решение однородного и частное реP шение неоднородного дифференциальных уравнений; C1i и C2 i – постоянные интегрирования; A0, A1, A2, A3 и A4 – неизвестные, определяемые по методу неопределенных коэффициентов.

Рисунок 2 – Расчётная схема для определения прогибов гидроцилиндра Оценивая доли слагаемых в величине полного прогиба (Рис. 3), отметим, что наибольшая приходится на прогиб y P x и составляет 60%. Наименьшая доля принадлежит прогибам y x и yQ x, чьё влияние, очевидно, возрастает с ростом типоразмера гидроцилиндров. При этом на долю эксцентриситета в нём приходится 92%.

Рисунок 3 – Доли слагаемых в напряжениях (x ), полном прогибе yT x и в прогибе y P x от действия продольного сжимающего усилия PS Соответственно доли слагаемых напряжения (Рис. 3) в опасном сечении штока приходятся на третье и четвёртое слагаемые, которые прямо и косвенно связаны с эксцентриситетом приложения усилия PS в опорах гидроцилиндра.

При этом значительная роль в возникновении и последующем эксплуатационном приращении деформации и напряжений в гидроцилиндре принадлежит эксцентрично приложенному в опорах гидроцилиндра продольному сжимающему усилию PS. Отсюда установление величины эксцентриситета позволяет количественно более полно охарактеризовать напряжённо-деформированное состояние гидроцилиндра и его несущих элементов.

Таким образом, конструктивное снижение эксцентриситета е(x) приложения продольного сжимающего усилия способствует уменьшению, вплоть до нуля, значения (x ) и прогиба yT x улучшается напряжённо-деформированное состояние несущих элементов гидроцилиндра.

Третья глава посвящена описанию механизма образования эксцентриситета в опорах (проушине и цапфе) гидроцилиндра привода ковша рабочего оборудования одноковшовой гидрофицированной машины и созданию математической модели описания этого процесса, в частности, для привода ковша одноковшового экскаватора (прямая и обратная лопата).

Полный эксцентриситет e А, В в опорах гидроцилиндра (Рис. 4) следует рассматривать как сумму статического e A, BS и кинематического e A, BK эксцентриситетов:

Рисунок 4 – Расчётная схема привода ковша рабочего оборудования одноковшовой гидрофицированной машины:

1 - проушина гидроцилиндра, 2 - ось звена гидрофицированного привода Статический эксцентриситет e A, BS в проушине гидроцилиндра, возникающий в момент, когда гидроцилиндр только начинает развивать толкающее усилие PS без относительного поворота опорных элементов 1 и 2 (Рис. 5), описывается выражением в котором: D0 - диаметр опорных подшипников гидроцилиндра; k f - коэффициент сцепления элементов опор гидроцилиндра; RA,BS – реакции, возникающие в опорах гидроцилиндра.

При выводе этой зависимости полагалось, что гидроцилиндр 1 в момент начала выдвижения штока надвигается на ещё неподвижную ось 2 звена привода рабочего оборудования, перенося в результате скольжения изначальное место взаимоконтакта элементов опоры из точки О3 в О4 (Рис. 5) с образованием с образованием статического эксцентриситета e A, BS.

Рисунок 5 – Схема образования статического эксцентриситета Затем при последующем выдвижении штока, сопровождающемся поворотом приводимого гидроцилиндром звена рабочего оборудования и их опорных элементов друг относительно друга (Рис. 4), место их контакта из точки О4 смещается в точку О5 (Рис. 6) либо в точку О7 (Рис. 7), соответственно с возможностью останова в точках О6 или О8 и образованием кинематического эксцентриситета e A, BK с конкретным значением.

Кинематический эксцентриситет e A, BK (Рис. 6а, 7а) конкретно для каждого из перечисленных случаев соответственно составляет:

- при увеличении угла (Рис. 6а):

Рисунок 6 – Схема образования кинематического эксцентриситета в опоре гидроцилиндра при увеличение угла (Рис. 4):

Рисунок 7 – Схема образования кинематического эксцентриситета в опоре гидроцилиндра при уменьшении угла (Рис. 4):

- при уменьшении угла (Рис. 7а):

где k r - коэффициент сцепления элементов опорных подшипников.

Рисунок 8 – Характер изменения статического, кинематического и полного эксцентриситетов в проушинах штока и корпуса гидроцилиндра (т. А и т. В) от величины z и от угла его наклона к горизонту для существующего привода ковша Для снижения негативного влияния полного эксцентриситета e А, В на напряжённо-деформированное состояние гидроцилиндра предлагается заменить его опорные проушины на цапфы, что является новым техническим решением и защищено патентом РФ.

В сравнении с существующим креплением гидроцилиндра вариант перспективного исполнения его опор, например с обеими цапфами, характеризуется следующими параметрами.

Статический эксцентриситет e A, BS (Рис. 5б) для цапфы описывается выражением Кинематический эксцентриситет e A, BK (Рис. 6б, 7б) для цапфы соответственно составляет:

- при увеличении угла (Рис.6б):

- при уменьшении угла (Рис. 7б):

Кинематический эксцентриситет для опор гидроцилиндра привода ковша одноковшовой гидрофицированной машины с обратной лопатой в точке А описывается системой двух уравнений (12), (13) для проушины и (17), (18) для цапфы. В точке В – системой четырёх уравнений (10), (11), (12), (13) для проушины и (15), (16), (17), (18) для цапфы.

Из рисунков 8, 9 видно, что изменение значений эксцентриситетов в бльшей степени зависит от величины выдвижения штока. От угла наклона гидроцилиндра к горизонту, главным образом, зависит только статический эксцентриситет.

Рисунок 9 – Характер изменения статического, кинематического и полного эксцентриситетов на цапфах штока и корпуса гидроцилиндра (т. А и т. В) от величины z и от угла его наклона к горизонту в существующем приводе Для описания эпюры распределения эксцентриситетов еS (x ), еK (x) и ex по длине гидроцилиндра (Рис. 10) можно воспользоваться функцией где угол составляет Рисунок 10 – Эпюры распределения эксцентриситетов еS (x ), еK (x), е(x) и момента PS·e(x) по длине x гидроцилиндра с проушинами:

В случае, когда угол взаимоповорота опорных элементов гидроцилиндра меньше разности углов трения и сцепления (условие 10, 12 или 15, 17) в точках останова О6 или О8 (Рис. 6, 7), при движении штока возникает силовое проскальзывание, которое создает дополнительный изгибающий момент M R, равный где результирующая FS Силовое проскальзывание в опорах гидроцилиндра графически (Рис. 8, 9) отображается плоской площадкой или прямой линией, параллельной оси z. Причём в опоре А оно характеризуется значительной областью.

Такое проскальзывание, несмотря на негатив, а именно, увеличение износа элементов опор, может создать изгибающий момент M R, имеющий знак «-» в уравнении (21), что, по отношению к напряжённо-деформированному состоянию гидроцилиндра, может играть положительную роль. Однако названный эффект не всегда имеет место и зависит, главным образом, от кинематики привода.

Таким образом, выражение (1) принимает вид где пятое слагаемое даёт величину напряжений сжатия, вызванных действием силового поворота элементов в опорах гидроцилиндра.

Принимая во внимание условие прочности (x ), надо отметить целесообразность снижения величин е(x) и M R, что конструктивно может быть достигнуто уменьшением угла взаимоповорота А3С3В3 в существующей схеме (Рис.1) до значения угла В3С3D3 – в модернизированной (Рис. 12).

Экспериментальные исследования механизма образования эксцентриситета в опорах гидроцилиндра проводились с использованием модели, выполненной из оптикопрозрачного материала (оргстекла). Моделирование поперечной нагрузки осуществлялось подпружиненными нитями. Продольная нагрузка моделировалась механической передачей «винт-гайка», а в отдельных случаях – подачей жидкости под известным давлением. Крутящий момент в опоре создавался поворотом рукояти известного радиуса с усилием, контролируемым динамометром. При этом модель находилась в поляриметре, где проводилась фотосъёмка. На фотографии (Рис. 11) показана экспериментальная установка и фрагмент эксперимента.

Рисунок 11 – Экспериментальное исследование механизма образования Четвертая глава посвящена разработке нового технического решения привода ковша рабочего оборудования одноковшовой гидрофицированной машины.

Рисунок 12 – Расчётная схема модернизированного привода ковша одноковшовой гидрофицированной машины Работа существующего привода (Рис. 1) в процессе функционирования сопровождается значительным угловым перемещением штока гидроцилиндра относительно рычага А3С3В3. В этих условиях силовое взаимодействие элементов неизбежно сопровождается повышенной работой трения в опоре штока. В результате этого увеличиваются действующие на него изгибающие нагрузки, ухудшается напряжённо-деформированное состояние штока гидроцилиндра, возрастают реакции в его герметизируемых сопряжениях, интенсифицируется изнашивание трущихся элементов направляющих и элементов опор, что, в конечном итоге, приводит к снижению эффективности привода и ведёт к уменьшению надёжности гидроцилиндра.

При этом надо обеспечить максимальное совпадение кинематических и силовых характеристик модернизированной схемы с существующей.

Рисунок 13 – Зависимости изменения Рисунок 14 – Зависимости углов и поворота рычага A4A3B4 и A4A3D4 гидроцилиндра А3С3В3, В3С3D3 и углов от величины z выдвижения поворота рычага А3В3С3 от величины z Рисунок 15 – Зависимости скорости Рисунок 16 – Зависимости углов поповорота ковша и усилия P ворота в опоре штока А3С3В3 и на режущей кромке от величины z Рисунок 17 – Характер изменения статического, кинематического и полного эксцентриситета в проушинах штока и корпуса гидроцилиндра (т. А и т. В) от величины z и от угла его наклона к горизонту в модернизированном приводе Сравнительный графоаналитический анализ функциональной геометрии существующей (Рис. 1) и модернизированной (Рис. 12) схем привода ковша рабочего оборудования одноковшовой гидрофицированной машины (Рис. 14 - 16) показывает, что при незначительной разнице некоторых основных геометрических характеристик: А3В3С3А3В3С3, В3А3С3В3А3D3 (Рис. 12, 13) и А4А3В4А4А3D4 (Рис.

15), достигается заметное уменьшение угла силового поворота в опоре штока модернизированного привода по сравнению с существующим А3С3В3 >>В3С3D (Рис. 13-16). Расхождение силовых параметров при оптимизации характеристик схемы, как мы видим, находится в допустимых пределах. В частности, в 5-6 раз, что практически исключает возможность возникновения дополнительного изгибающего момента M R в т. В и снижает его в т. А (Рис. 17-18).

Рисунок 18 – Характер изменения статического, кинематического и полного эксцентриситета на цапфах штока и корпуса гидроцилиндра (т. А и т. В) от величины z и от угла его наклона к горизонту в модернизированном приводе Экономическая целесообразность от внедрения результатов диссертационной работы подтверждается следующими выводами. Эксплуатация гидроцилиндра начинается с исходных напряжений 0 и продолжается до значения [], за которым наступает параметрический, условный отказ. Дальнейшее его применение сопряжено с риском возникновения полного, часто, явного отказа, возникающего за пределом прочности ПР. Отсюда, допускаемый ресурс гидроцилиндра по напряжениям целесообразно ограничивать разностью {[]-0}. В том случае когда известна некоторая усреднённая скорость di (t)/dt накопления напряжений i (t), несложно установить ресурс по времени гидроцилиндра любого исполнения:

где индексы: «с» – существующий; «м» – модернизированный гидроцилиндр.

При этом ресурс по напряжениям модернизированного гидроцилиндра больше, чем у существующего {[] - 0М}>{[] - 0C}, а скорость накопления меньше, Если напряжения [] – момент возникновения необходимости проведения требуемого ТО и Р гидроцилиндра, то экономический эффект может быть представлен выражением где ТЭ – расчётный период; СТОиР – себестоимость одного ТО и Р; nC и nM – количество требуемых ТО и Р за расчётный период для гидроцилиндров существующего и модернизированного исполнений соответственно.

Рисунок 19 – Схема для определения ресурса ТС и ТM Очевидно, что количество ТО и Р для существующего гидроцилиндра больше, чем в модернизированном nC > nМ при бльшем ресурсе последнего и одинаковой себестоимости ТО и Р.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведённых теоретических и экспериментальных исследований могут быть сделаны следующие основные выводы:

1. Анализ статистики отказов показал, что наименее надёжными агрегатами гидропривода одноковшовых гидрофицированных машин являются гидроцилиндры рабочего оборудования, на долю которых приходится более 50% отказов от их общего количества. В процессе функционирования гидроцилиндра в результате износа ухудшаются триботехнические характеристики узла, из-за чего изменяется напряженно-деформированное состояние гидроцилиндра, что может привести к недопустимому изгибу штока и отказу гидроцилиндра.

2. В результате анализа конструкции привода установлено, что в опоре штока гидроцилиндра угол поворота элементов достигает 140-160°, что вызывает появление ранее не учитываемого кинематического эксцентриситета. При этом силовое взаимодействие элементов опор создаёт изгибающий момент, дополнительно нагружающий гидроцилиндр.

3. Показано, что в результате дополнительного изгибающего момента, возникающего за счёт силового поворота опорных элементов гидроцилиндра, его прогиб может увеличиться до 20%.

4. Установлено, что пространственное расположение гидроцилиндра изменяет в целом его напряженно-деформированное состояние, при этом его влияние на эксцентриситет незначительно и составляет 5-7%.

5. Доказано, что эксцентриситет приложения продольного сжимающего усилия следует рассматривать как сумму статического и кинематического (ранее не учитываемого) эксцентриситетов. Если первый увеличивается по мере выдвижения штока и уменьшается при переходе гидроцилиндром вертикального положения, то второй полностью зависит от угла поворота элементов подшипников проушин при прочих равных условиях. При этом доля влияния эксцентриситета в полном прогибе составляет 60%, а в напряжениях более – 50%.

6. Предложена конструкция модернизированного привода ковша рабочего оборудования одноковшовой гидрофицированной машины, защищенная Патентами РФ №2059766 и №2208095, использование которой позволяет за счёт снижения угла поворота в опоре штока до 15-17°, значительно снизить, а иногда и избежать возникновения дополнительного изгибающего момента, разгрузив гидроцилиндр.

7. Показано, что количество ТО и Р для существующего гидроцилиндра больше, чем для модернизированного nC > nМ при большем ресурсе последнего и одинаковой себестоимости ТО и Р. В зависимости от назначения одноковшовой гидрофицированной машины, её типоразмера, режима работы и нагружения эффект может составлять от 10 до 30%.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

ИЗЛОЖЕНО В РАБОТАХ:

- в изданиях из перечня ВАК:

1. Жмуров, В.В. Совершенствование конструкции привода ковша одноковшовых гидрофицированных и дорожных машин / Д.Ю. Кобзов, В.В. Жмуров, С.В.

Плешивцева // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование.

Научный журнал. №3(15) 2007. С. 40-45.

2. Жмуров, В.В. Анализ конструкции и перспективы развития гидропривода возвратно-поступательного действия. Д.Ю. Кобзов, В.В. Жмуров, С.В. Плешивцева // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Научный журнал. №4(16) 2007. С. 39-44.

3. Жмуров, В.В. Модернизация конструкции опор гидроцилиндра привода ковша одноковшовых гидрофицированных дорожных и строительных машин / Д.Ю.

Кобзов, Д. Дэлэг, В.В. Жмуров, Д. Лханаг // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. ИрГУПС. –№1(17), 2008. С. 28-33.

4. Жмуров, В.В. О расчёте экономической эффективности модернизации гидроцилиндров ДСМ / Д.Ю. Кобзов, А.Ю. Кобзов, В.В. Жмуров // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. ИрГУПС. –№3(19), 2008. С. 26-30.

- в других изданиях:

5. Жмуров, В.В. Математическая модель гидрофицированного привода поворота ковша одноковшовой СДМ / Д.Ю. Кобзов, П.Л. Коробка, В.В. Жмуров, Е.А.

Перевощиков, Е.В. Жмуров // Механики XXI веку. Межрегиональная научнотехническая конференция с международным участием: Сборник докладов. – Братск: БрГТУ, 2002. – С. 137-139.

6. Жмуров, В.В. Аналитическое представление несущей способности гидроцилиндров машин / Д.Ю. Кобзов, В.В. Жмуров, С.В. Плешивцева, А.А. Трофимов, Д. Лханаг // Труды Братского государственного технического университета. – Том 2. – Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2003 – С. 247-251 – (Естественные и научные науки – развитию регионов).

7. Жмуров, В.В. Создание блок-схемы алгоритма и разработка программы для определения параметров гидрофицированного привода ковша одноковшовой машины / Д.Ю. Кобзов, В.В. Жмуров, И.В. Свиридо, Д. Лханаг // Механики XXI веку. Межрегиональная научно-техническая конференция с международным участием: Сборник докладов. – Братск: БрГТУ, 2004. – С. 46-53.

8. Жмуров, В.В. Оптимизация геометрических параметров элементов модернизированного гидрофицированного привода поворота ковша / В.В. Жмуров, Е.А.

Перевощиков, С.В. Плешивцева // Труды Братского государственного технического университета. – Том 2. – Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2005. – С. 84-92 – (Естественные и инженерные науки – развитию регионов).

9. Жмуров, В.В. Математическая модель несущей способности гидроцилиндров машин / Д.Ю. Кобзов, С.В. Плешивцева, В.В. Жмуров // Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ: Межвуз. темат. Сб. тр.

Вып.12/ СПбГАСУ. - СПб., 2006. – С. 74- 10. Жмуров, В.В. Образование эксцентриситета на цапфе гидроцилиндра / В.В.

Жмуров, Д.Ю. Кобзов, С.В. Плешивцева // Роль механики в создании эффективных материалов, конструкций и машин XXI века. Всероссийская научнотехническая конференция: Труды – Омск: СибАДИ, 2006. C. 230- 11. Жмуров, В.В. Повышение эффективности одноковшовых строительных гидрофицированных машин / В.В. Жмуров // Братск. гос. ун-т. – Братск. 2006. – 10.: Библиогр. – 7 назв. – Рус. – Деп. В ВИНИТИ.

12. Жмуров, В.В. Повышение эффективности привода ковша одноковшовых гидрофицированных строительных машин / Д.Ю. Кобзов, В.В. Жмуров, С.В.

Плешивцева, А.А. Трофимов, Д. Лханаг // Труды Братского государственного университета. – Том 2. – Братск: БрГУ, 2007. С. 286-290 (Естественные и инженерные науки – развитию регионов).

- патенты РФ:

13. Патент №2208095. Гидрофицированный привод поворота ковша одноковшовой машины. Д.Ю. Кобзов, П.Л. Коробка, Е.А. Перевощиков, В.В. Жмуров.

14. Патент №2270298. Гидрофицированный привод поворота ковша одноковшовой машины. Д.Ю. Кобзов, С.М. Ермашонок, В.В. Жмуров, И.В. Свиридо.

Подписано в печать 18.11.09. Формат 60х84 1/ Печать трафаретная Уч. – изд. л. 1,4 Тираж 130 экз. Заказ