автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.13, диссертация на тему:Принципы конструктивной износостойкости упорных и опорных узлов скольжения объемных гидромашин

ХАРК1ВСБКИЙ НАУКОВО-ДОСЛ1ДНИЙ ТА ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСЬКИЙ 1НСТИТУТ ЛРОМИСЛОВИХ Г1ДРОПРИВОД1В ТА ПДГОАВТОМАТЙКИ

J од

„ На правах рукопису

2 ДЕК 1ЯЯ7

ABI СААБ Файсаль Хассан

УДК 621.651

ПРИНЩОШ КОНСТРУКТИВНО Ï ЗНОСОСТ1ЙКОСТ1 УПОРНЙХ I ОПОР1ШХ ВУЗЛ1В КОВЗАННЯ ОВ'ШНИХ Г1ДРОМАШИН

Спещалыпсть 05.04.13 "Пдравл1чн1 ыашини i г1дропневмоагрегати"

АВТОРЕФЕРАТ ДисертацП на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук

XAPKIB-1997

Дисертшдя е рукописом

Робота виконана в Харкавсъкому науково-доел1дному 1 проект-но-конструкгорському 1нститут1 промисдових г1дропривод1в 1 г1дроавто-матики

Науковий кер!вник: кандидат техйчних наук, доцент

ВОЙТОВ В1ктор Анатол1йович, професор Харк1вського державного автомоб1льно-дорожнъого техн1чного утверситету

0ф1щйт опоненти: доктор технхчних наук, професор

СЕРЕБРЯКОВ 1гор Миколайович, професор Харкавського державного техн1чного университету с!льського господарства

кандидат техн!чних наук, доцент КРУТИКОВ Геннад1й Анатолгйович, доцент Харк1вського державного пол!техн1чного университету

Провддаа орган1зац!я: 1нститут машин 1 систем, м.Харкхв

Захист в1дбудеться " /(Я " ЪРЦАр^нЯ. 1997р. о № годин! вг зашдаши Спец1ал13овано1 ради К'02.39.01 при Харгавському НДМдроп-ривод. Адреса: 310886 Харк1в, вул. Шатглова дача, 4

3 дисертащею можна ознайомиться у б1блд.отещ 1нституту.

Адреса: 310886 Харк1в, вул. Шаталова дача, 4.

Автореферат роз1сланий '/О "/¿¿¿¿/Р^г^Я^ 1997 р.

Вчений секретар !/■—V

спещал1зовано1 ради Л I /. )

кандидат техючних наук В.Я.СКРИЦЬКИЙ

- 1 -

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуалыпстъ теми. Розвиток конструкщй г1дромашин в!дбувасться { пост1иному прагнешп до зб!льшення 1хньо1 продуктивное^ 1 робочо-тиску, що майже завжди супроводжуеться п1двщенням механичного 1 шового навантаження рухомих спряжень деталей. У зв'язку з цим перед гструктором виникае задача створення нових, б!льш досконалих конс-тацй. 0кр1м цього необхд-дно досягнути високо1 над!йност1 г1дромаши-знизити 11 масу, скоротити витрати деф1цитних кольорових ма-йал1в. Це особливо важливо при конструюванн1 г!дромашин масового юбництва. Еадомо, що п1двищенвя довгов1чност! машини, нав!ть у не-мйй м1р1, веде до велико! економп металу, зменшенню витрат на ви-¡ництво запасних деталей, скороченню обсягу ремонтних робгг.

Оско.лъки при конструювашп г1дромашин враховуються економгш! шики виробництва 1 експлуатацП, конструктору необх1дно проводити юпективний прогноз тривалост1 використання дано! машини з урахуван-I тривалост1 використання машин попередн1х моделей. У ряд! випадк1в I терм1н складае десятки рок1в, а 1нколи 1 б1лыпе, наприклад, для ■алооброблювальних верстатз.в, автомоб1л1в, трактор1в, транспортних 'аюв.

При вибор1 конструктивного ршення необх1дно враховувати майбутш ■рати не т1льки на виготовлення г1дромашини або п окремих вузл1в, ! й на обслуговування 1 ремонт. Останш витрати при тривалш експлу-щН машини в багато раз!в б1льше вартост! виготовлення. Тому голов-увага конструктора повинна бути спрямована на те, щоб зменшити зное |рних 1 упорних вузл1в ковзання Г1Дромашини, скоротити час 1 витрати щ на ремонт, знизити механ1чн1 втрати на тертя, п1двилщти завдяки 1му ККД машини 1 1нше.

Шдвищення ресурсу гхдромашин можна зд:шснювати за трьома напря-

1И:

-технолог1чн1 заходи, до яких можна в1днести: створення нових сост1йких матер1ал1в спрямованого легування 1 гетерогенно! структу-застосування зм!цнюючих технолога, таких як х1м1КО-терм1чна об-ка, електрохскрове 1 лазерне зм1цнення; нанесення антифрикщйних :рить, наприклад, гальван!чних, плазмових, вакуумно-плазмових, дето-;1йних 1 1нших; застосування високолегованих робочих середовищ, що тять поверхнево-активн1 1 х1м1чно-активн1 речовини;

-експлуатащйн1 заходи, до яких можна в1днести правильну обютку Ромашин, режими 1 динам1ку навантаження у процес! експлуатацП, троль за робочим 1 навколишюм середовищем;

-конструктивн1 заходи, мета яких - оптишзувати.конструктивш р1шення опорних 1 упорних вузл1в ковзання Ндромашин. Конструктивна розробка вузл1в ковзання мютить: -ощнку 1 виб1р оптимально! кшематично! схеми опорних 1 упорню вузлхв ковзання з точки зору !х зносост1йкост1 (ресурсу); -виб!р матер!ал1в 1 !х сполучення у вузл1 ковзання; -призначення роз»ар1в елемент1в вузла ковзання з урахуванням загально! м!цност!;

-забезпечення змащування вузла ковзання;. -розробка засобхв д1агностування вузл!в ковзання; -забезпечення експлуатандйно! технологичности.

Ц!ль 1 задач1 досцидження. У зв'язку з викладеним, щллю робой е опрацювання принцшпв конструктивно! зносост!йкост1 опорних 1 упорних вузл1в ковзання об'емних гадромашин, передач! ними руху, вив-чити законом!рност1 !х роботи, та ощнити вплив масштабного чинникг цих вузл1в на ресурс 1 механгчш втрати (мехашчний ККД тдромашини).

У в1дпов1Дност1 з поставлено» метою виршувалися так! основы1 задач!:

1. Вивчення вшшву на ресурс ! механ1чн1 втрати розташування ру-хомих ! нерухомих елементхв в опорних ! упорних вузлах ковзання г!дро-машин, як! мають р!зн! твердост! ! розм!ри площ ковзання. Визначенш Р1зних умов !снування таких вузлхв ковзання у конструкцП г1дромашин.

2. Досл!дження механ!зм1в зношування характерних для вузл1в ковзання г1дромашин. Визначення функц!онально! залежност! м!ж зносом, ме-хан!чним ККД ! сполученням матер!ал!в в цих вузлах.

3. Вивчення вшшву коеф!щента взаемного перекриття опорних ] упорних вузл!в ковзання г!дромашин, на зное ! механ!чний ККД. Досл1Дження повед1НКИ "великих" та "малих" вузл!в ковзання ! отриманш анал^тично! залежност! врахування масштабного чинника.

4. Досл1дження процес!в в поверхневих 1 тдповерхневих шарах ма-тер!ал!в на прямих ! зворотних конструкц!ях вузл1в ковзання г!дрома-шин. Визначення механ!зм1в !х зношування.

5. Опрацювання конструктивних заход!в по тдвищенню' ресурсу 1 ме-хан!чного ККД опорних ! упорних вузл!в ковзання об'емних г1дромашин ш етап! проектування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботг виконувалася згадно з щльовою комплексною програыою N521 НД1г1дропри-вод (ы.Харк!в) за створенням перспективно! конструкц!! акс!ально-порш-невих насос1в та г1дромотор!в загальномашинобуд!вного застосування ш

йнальний тиск 40 МПа, у тому числ1 з пропорщональним управд!нням 1 [строем д!агностування та тдвшцено! комплектное?!.

Наукова новизна одержаних результат!в. Запропоноване д!лення |рних 1 опорних вузл1в ковзання у конструкщях г1дромашин на прям! 1 |ротн! пари, визначен1 чотири умови !снування таких конструюдй. ¡периментально встановлено, що максимальний ресурс (мШмальний с) мають прям1 пари (вузли ковзання), на зворотних парах зное знач-вище, особливо у зворотно'1 пари по матер!алам 1 по геометрП водно-Механ1чн1 втрати (механ!чний ККД) для прямих 1 зворотних вузл!в >тя ковзання однакова. Показане, що при одних 1 тих же умовах роботи мих 1 зворотних вузл1в ковзання у г3.дромашин1 спостер1гаються р1зн1 ;и зношування: окислювальне; втомлен1Сне; адгез1йне 1 абразивне. шачена схильн1сть до заедания прямих 1 зворотних конструкщй вузл!в 1зання. Найкращу гарну задиростайкгсть маБ зворотна пара по маралам, дал! зворотна пара по геометрП, п1сля цього пряма пара. I 'ання у цьому ряд1 - зворотна пара по матер1алам 1 по геометрП вод-1ас.

Для ощнки масштабного чинника вузл1в ковзання ггдромашин введе-! параметр - коеф1ц!ент форми, К®. Експериментально доведено, що К® ?ункц1ею зносу, механ1чних втрат 1 процес!в щэ в1Дбуваються в по-)хневих шарах. Чим бхлыне К®, тим б1льш знососййкий вузол ковзання шнш мехазачн! втрати. ------ ..........—

Практичне значения одержаних результат1в 1 реал1зац!я результатов юти. Розроблен! конструктивна заходи шдвищення ресурсу 1 ме-ачного ККД опорних 1 упорних вузл1в ковзання г1дромашин на етат гього проектування. На основ! запропонованого Д1лення вузл1в ковзан-, врахування законом1рностей !хньо1 роботи 1 врахування масштабного шика запропоноват конкретн! шляхи в вибор! геометричних розм!р!в 1 зташувашп матер!ал!в в вузлах ковзання радхально-поршневих 1 : 1аль но-порпшевих насос1в. Дан1 заходи дозволили визначити дональт шляхи створення акс!ально-поршневих машин велико! одинич-[ потужност! (продуктивною 500 см3 1 б!льше при робочому тиску ...40 МПа).

Розроблен! рекомендац!! використовуються в НД1г1дропривод на ат проектування г!дромашин.

Особистий внесок здобувача у розробщ наукових 1 практичних пить викладених в дисертащйнай робот! складавться: в розробц! д!лення зномаютних конструкций опорних 1 упорних вузл!в ковзання г!дромашин прям! ! зворотн! пари, в експериментальному вивченн! закономерное-

тей роботи цих вузлхв, вшшву !х на ресурс 1 механ1чн1 втрати [1,43; в розробщ рекомендац!й по !хньому застосуванню в конструкщях г!дрома-шин ГЗЗ; в отриманнг критерш по врахуванню масштабного чинника вуал:в ковзання г1дромашин, названого коефд.щентом форми; в встановленн! зв'язку запропонованого критер!ю з ресурсом 1 мехащчним ККД г1дрома-шини [43; в розробвд перел1ку конструктивних заход!в по п1двищенню ресурсу 1 зниженню механхчних втрат для рад1ально-поршневих 1 аксиально- поршневих г1дромашин [23.

Апробац1я резудьтат1в дисертацП. Результата роботи допов!далися на:м1жпародтй м1жвнз1вськ1й науково-техн1чн!й конференцП присвячен1й 50-р1ччю кафедри буд1вельних, кол!йних та навантажувально-розвантажу-вальних машин Харк1всько! державно! академП зал1зничного транспорту (Харйв, кв!тень 1997р.); на п'ят1й м!жнародн1й науково-техтчнхй конференцП 'Чнформащйш технолог^: наука, техтка, технолог1я, осв1та, здоров'я" (Харк1В, ХДПУ, 12-14 травня 1997р.); на третьому м1жнародно-му симпоз!ум! украшських 1нженер1в-механ!к1в у Львов! (21-23 травня 1997р.): на 3 м1жнародн1й науково-техн1чн1й конференцП "Концепция розвитку 1 висок1 технологи виробництва 1 ремонту транспортних за-соб1в в умовах пост1Ндустр1ально1 економ!ки" при Оренбургському ..державному ун1верситет! (червень 1997р.). В зак1нченому вигляд1 дисер-тац1йна робота допов1далася: в Харк!вському державному пол!техн1чном> ун1верситет1; у Харкхвському державному техйчному ун1верситетд с1льського господства; у Харк1вському державному автомоб1льно-до-рожньому техшчному ун1верситет1; у 1нститут1 машин 1 систек (м.Харк1в); на науково-техн1чному сем!нар! НД1г1дропривод (м. Харк1в).

Публ1кацП. По матер!алам дисертац1йно! роботи опубл1кован1 чоти-ри статт1 в спец1альних техйчних виданнях.

Структура 1 обсяг роботи. Дисертащя складаеться з вступу, п'яи глав, основних результат1в 1 висновк!в по робот1.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У вступ1 обгрунтовуеться актуальн!сть вибрано! теми, проводитьс? анотац1я роботи, де вказаш основы! положения, як! визначають науко-во-практичну вагу роботи.

У перппй глав! розглящт основы1 сучасн1 напрямки створенш об'емних г1дромашин велико! одинично! потужност!. На п1дстав! л1тера-турного огляду, рекламних проспект!в, документацП, закуплено! 5 1ноф1рм у складх Л1ценз1й проанал1зован1 три основн1 напрямки. 1.Ство-рення розрахункових принцшпв обгрунтування точност1 геометричних па-

метр1в на eiani проектування i виробництва. 2.Розробка нових зно-ст1йких MaTepianiB, покрить i технсшог1й 1хнього нанесення. 3. Вдос-налення конструкщй г1дромашин.

На тдстав1 аналхзу poGiT присвячених проектуваншо вузл!в ковзан-г Хроматин сформован! загалып положения i шляхи оптгоЛзацП конс-уктивних ршень опорних i упорних вузл1в ковзання, якими необх!дно руватися при створенн1 нових конструкций. Вироблена ощнка вшшву сштабного чинника на ресурс i мехайчний ККД i вводиться поняття ямих i зворотних пар.

Даеться ощнка поверхневих i тдповерхневих явищ при фриюцйюй аемодП твердих т1л. На п!дстав1 po6iT присвячених даному питанию биться висновок, щр поверхнев1 i пхдповерхнев! процеси на прямих i оротних парах, а також 3i зм1нога масштабного чинника вузла ковзання дуть значно вл.др1знятися i грати виршальну роль при утвореши i докремленн! часток зносу.

На шдстав! po6iT присвячених п!двищешю ресурсу i зниженню ме-н1чних втрат вузл1в ковзання приводиться схема комплексного шдходу и pimeHHi таких задач, а саме система конструкторських, техно-ri4Hiix i експлуатащйних 3aco6iB.

У другin главз. викладен! засоби i методи експериментальних сапджень. Методолог1чною основою дсхтджень е застосування положень стемного анализу до pimemiH поставлених задач. Обгрунтований виб1р TepianiB, експериментального обладнання, засоб!в i метод1в Бстрац!1 i визначення робочих параметр!в, а також робочих середовищ ганематичних схем контакту для проведения досл1джень.

Для дослдаення поверхневих i шдповерхневих процес1в, що вд.дбу-ються на прямих i зворотних вузлах ковзання, залучений комплекс сл1джень, що включае в себе сучасн! методики.

Третя глава роботи присвячена вивченню конструктивних особливос-й опорних i упорних вузл1в ковзання г!дравл!чних машин в основу яких кладена р1зниця в розташуванн1 матер1ал!в по твердост1 i робочим ощам ковзання у рухомих i нерухомих елементав. На тдставх анал!зу нематичних схем контакту вузл1в тертя ковзання що застосовуються в дромашинах зроблений висновок, що д1лення на нижч1 i випц к3.нема-чн1 пари можна проводити по коеф1ц1енту взаемного перекриття. Зм1на ого коефд.ц1ента призводить до зм!ни часу контактування поверхонь ртя м1ж собою i з активними компонентами робочо! середи, що в свою ргу призводить до змхни швидкост1 i глибини iJ)i3HKO-xiMi4HHX про-с!в, що прот1кають в поверхневих шарах матер!ап!в вузл1в ковзання.

нерухомнй твердой

нерухоиий м'який

рухомий твердий

Пряма пара

рухомий м'який

нерухоиий м'який

нерухоиий твердой

рухомий м'який

Зворотна пара по ыатер1алаы

Зворотна пара по reouerpii

Зворотна пара по матер1алам та по геометр!1 одночасно рухоыий ~~

твердий

Рис.1. Приклади д1лення опорного вузла ковзання на прям1 1 зво-poTHi пари

В залежност1 в1д конструктивного оформления опорних i упорних вузлав ковзання Пдромашин запропоноване д!лення таких конструкцгй на прям1 i зворотн1 пари (вузли). Приклад такого д1лення для опорного вузла ковзання представлений на рис.1.

В основу такого д1лення покладене функвдональне призначення еле-мент1в вузла ковзання. Необх^дно розр1зняти елемент, через який поводиться потужщсть до вузла ковзання i елемент, через який вона перет-ворюеться у роботу.

В ycix опорних i упорних вузлах ковзання потужн1сть поводиться через рухомий елемент, що з'еднаний з приводом, а перетворюеться у роботу на нерухомому елементi. Якщо рухомий елемент буде мати б1льшу твердicTb i б1лыиу робочу площу ковзання, це й забезпечить крали умови його роботи. Отже нерухомий елемент повинен мати меншу твердicTb i меншу робочу площу ковзання, щр забезпечить його швидку приробку до рухомого елементу. Конструкд1я, що задовольняе викладеному вище, названа прямою парою, рис.1.

Якщо у uie'i пари затнити масцями розташування матерхалхв у рухо-

)го 1 нерухомого елемент1в - отримаемо зворотну пару по матер1алам, а вдо зм1нити розташування шгащ ковзання, залшшвши розташування ма-;р1ал!в як у прямо! пари отримаемо зворотну пару по геометры. I анивши розташування 1 матер1ал1в 1 площ тертя водночас - отримаемо юротну пару по матер1алам 1 по геометр!! водночас.

Лабораторн! випробування таких пар дали под алый результати. При >ому ресурс конструкц!! вузла ковзання оц!нювався по величин! антен-1вност1 зношування, а мехатчт втрати (механачний ККД) - по сил! :ртя.

М1н!мальну !нтенсивн1сть зношування (максимальний ресурс) мають >ям! пари. На зворотних парах штенсивтсть зношування значно вище эесурс нижче). На зворотн!й пар! по матер1алам або на зворотн1й пар! > геометр!! !нтенсивн!сть зношування б1льше у 3...5 раз!в у )р!внянн1 з прямао парою, а на зворотшй пар! по матер!алам ! по гео->трп водночас вона б!лыпе у 5... 10 раз.

Експерименталъним шляхом було встановлене, що величина в р!зниц! [тенсивностей зношування на прямих ! зворотних парах ! П великий >зб!г залежить вхд р!зност! у твердост! контактуючих матер1ал1в рухо->го ! нерухомого елемент1в вузла ковзання. Однак у робот! визначалася шежшсть м1ж р!зн!стю у початков1Й м1кротвердост! поверхонь контак-точих матер!ал1в ! !нтенсивн1стю зношування. Пов'язане це з тим, що и застосуванн1 в вузлах ковзання ггдромашин тонких зносост1йких пок-[ть !хню твердЮть визначити не вдаеться можливим.

Експериментальн1 досл1дження показали, що чим б1льше р!зниця у 1чатков!й м1кротвердост1 поверхонь тертя у рухомого ! нерухомого еле-:нт!в пари тертя ДНд, тим вище штенсивтсть зношування вузла ! менше ■сурс, рис.2. В меншому ступен1 дана залежн1сть виявляеться на прямих 1рах (крива 1) ! в б1льшому ступеш на зворотних парах, особливо на :оротн1й пар! по матер1алам 1 по геометр!! водночас (крива 3).

Водночас була визначена задиростшкасть прямих ! зворотних пар. йкрашу гарну задиростойк!сть мае зворотна пара по матер!алам, пот!м оротна пара по геометр!! ! п1сля цього пряма пара. Зворотна пара по лерхалам ! по геометр!! водночас мае саму найнижчу задирост!йк1сть ! дночас велику !нтенсивн!сть зношування. Наявшсть таких пар в конс-укц!! г1дромашини буде обмежувати ресурс ! над1йн!сть в робот! вс!е! жини.

Поряд з б1льшою зм1ною штенсивност! зношування (ресурсу) ! зади-ст!йкост! на прямих ! зворотних конструкщях !х механ!чн! втрати ви-илися незалежними вад розташування матер1ал!в.

- а -

Рис.2. Залеюйсть 1нтенсивност1 зношування, (ресурса,Т) bí; Pí3hoctí у м1кротвердост1, ДНр. контактуючих матер1ал!в: 1 - для прями пар; 2 - для зворотних пар по матергалам або для зворотних пар по reo метрií; 3 - для зворотних пар по матер!алам i по геометр!í одночасно

Експериментальниы пшяхом виявлен1 механ!зми зношування на прями i зворотних парах тертя. При однакових навантажувально-швидк1тних умо вах роботи вузл!в ковзання для прямих пар характерно окислювальне зно шування матер1ал1в, для зворотних пар по матер1алам або по геометрП адгез1йне, а для зворотних пар по материалам i по геометрП водночас абразивне.

Розроблена методика ощнки 1нтенсивност1 зношування (ресурсу) урахуванвям прямих i зворотних пар. Якщо на етат проектування Пдро машин використовуютъся лабораторн1 або стендов! 1спити зразк1в - моде лей, методика дозволяв виробити перерахунок отриманих результате п ресурсу з прямих пар на зворотн1 i навпаки, з зворотних на прямз..

В po6otí представлен! математичн1 залежност! для перерахунку та ких випобувань.

Четверта глава присвячена дошпдженню впливу масштабного чиннии

прямих i зворотних вузл1в ковзання г1дромашин на ресурс i механ1чн1 втрати (механхчний ККД).

Експериментальним шляхом дослхджений вплив в!дношення робочих площ тертя рухомого i нерухомого елемент1в на ресурс i механ1чн! втрати. Встановлено, що в1дношення робочих площ (коеф1щвнт взаемного пе-рекриття, Квз) мае оптимальне значения 0.5.

При вибор1 ствв1дношення робочих площ опорних i упорних вузл1в ковзання необх1дно прагнути до Квз- 0.5, а саме до нижчо'1 к!нематичног пари, де контакт здшснюеться по плопЦ. В цьому випадку поеднання ма-тер1ал1в повинно бути "твердий+м'який", що забезпечув швидку приробку i ст1Йк!сть у poôoTi. Повднання MaTepiaiiB "твердий+твердий" може бути використано т!льки на вищих кшематичних парах. Зменшення або зб!ль-шення Квз в1д оптимального значения буде супроводжуватися зб1льшенням 1нтенсивност1 зношування.

Аналптичним шляхом отриманий i запропонований параметр врахування конструктивного оформления елементу вузла ковзання. В вигляд1 такого параметру виступае в1дношення робочо! площ! ковзання, що "генеруе" i розс1юе тепло в процес! роботи, до об'ему, який лежить тд щею площею i поглинае це тепло. Враховуючи те, що в роботi беруть участь два еле-мента, рухомий i нерухомий, за аналог!ею з наведеним рад!усом кривизни при контакт! двох ты pi3Horo Д1аметру, анал1тичним шляхом отриманий параметр для врахування масштабного чинника вузла ковзання, названий коеф1щентом форми.

Vn + Ун'Аап/Аан '

де: Аан та АаП - po6o4i плопц ковзання нерухомого i рухомого еле-лентхЕ в1дпов1дно; VH та Vn - об'еми що лежать Шд площэми тертя лепо-эушного 1 рухомого елемент1в.

В лабораторних умовах експериментальним шляхом була отримана за-аежн1сть 1нтенсивност1 зношування i сили тертя В1Д коефШента форми, эис.З. Чим бальше К®, тим б!льший ресурс i менш! механ1чнг втратами Сб1лыпий механ1чний ККЛ) буде мати вузол ковзання. При цьому 1нтен-;ивн1сть зношування зм1нюеться в б!льшому ступен!, н!ж коеф1щент тер-гя, рис.3.

Зб1льшення коеф1ц1ента форми вузла ковзання можна зд1йснювати пляхом зб!льшення робочох плони тертя нерухомого зразка з одночасним зменшенням o6'eMiB елемент!в вузла ковзання (1).

45

М. м

<

V

V X Г

ц

/

^3"

Г,И

48

АО Д2 24 16 8

0 0,1 1,0 Ю 20 ЗО /^Х

Рис.3. Залешпсть 1нтенсивност1 зношування, вузла ковзання в1д коеф1ц!ента форми, К®

1ьх1 сили тертя,

Д!ездатн!сть запропонованих висновк1в була тдтверджена на реаль-них конструкщях г!дронасос!в. Для анал!зу були обран1 три типу на сосхв, три рад1ально-поршнев1 насоса разно1 продуктивност1 - модел НР, три акс!ально-поршнев1 насоса з рухомим блоком цшиндр!в разно продуктивное^ - модел1 РНАС, 1 два акс1ально-поршнев! насоса з непо рушним блоком цилйвдлв рхзно! продуктивном! - модел1 НАР. Дан1 насо си спроектован! в НД1г1дропривод.

Насоси були умовно розбит1 на 4 вузла ковзання кожний, для яки були розрахован! коефШенти форми. Результати розрахунк1в подан1 дисертац1йн1й робот1.

Анал1з показав, що якшр в конструкцП насос1в присутн! зворотн пари або пари з малими значениями коефЩ1ент1в форми, то .щ вузли об межуютъ ресурс вс1е! машини 1 схильн! до задиру. Отриман! висновки п вс!м вибраним насосам повнЮтю сп1впадають з експлуатащйними 1 стен довими пиитами цих моделей.

■ Необх1дно в1дзначити, що зворотн! пари за наявност1 у них бШши коеф!ц!ент!в форми можуть виявитися б!льш зносост!йкими, н!ж прям! па ри з низьким коефххдентом форми. Даний висновок граф1чно представлени на рис.4., що отриманий по результатах лабораторних 1спит1в, викладе них в главах 3 14 ще! роботи. Це можна побачити анал1зуючи наведен

:ривх. Прям! пари з коеф1щентом форми менш 0.1, 1/м будуть мати б!ль-[у 1нтенсивн1сть зношування н1ж зворотн1 пари по геометрП або зво-

отн1 пари по матер!алам, що мають Кф больший 5, 1/м.

Рис.4. Залежшсть зм1ни 1нтенсивност1 зношування (ресурса) 1 сшш гертя в1д коеф!ц!енту форми: 1 - для прямих пар; 2 - для зворотних пар ю матер1алам або для зворотних пар по геометрП; з - для зворотних тар по матер!алам 1 по геометрП водночас

У реальних вузл1в ковзання г1дромашини К® досягае значень .100, 1/м. Як випливав з рис.4 самою "слабкою ланкою" в конструкц11 г Громадин будуть зворотн1 пари, водночас маючи при цьому мал! значения ко-эф1вдвнт1в форми. Особливо потр1бно уникати в конструкцП зворотних пар по матер1алам 1 по геометрП водночас.

У п'ят1й глав! представлен! конструктив» 1 заходи по тдвищенню ресурсу ! зниженню механ1чних втрат опорних 1 упорних вузл!в ковзання г!дромашин на етап1 ххнього проектування.

На основ! наукових ! практичних результат1в, отриманих у попе-редн1х главах, викладен1 етапи вибору конструктивних р1шень вузл1в

ковзання г1дромашин, видглен! основн1 критерп вибору !х рад1ональни конструкций.

1. Ощнка принципових схем об'екту проектування. Даний етап зас нований на анал!з1 р1зноман!тних тшпв об'емних г1дромашин, таких як акс1ально-поршнев1 та рад1ально-поршнев1. Критер!ем оптим!зацп аб вибору схеми об'екту проектування, у даному випадку, буде складни комплекс параметр!в. До них взноситься: компактшсть; мала маса 1 га барит; регулъоватсть; обернешсть; висок! робоч1 тиски; великий ре сурс; висок! значения ККД; мсшшв!сть побудови широких розм!рних ряд1 при збереженна едност! конструкц!I; технолог!чн!сть ! низьк1 р!вн1 шу му. В результат! виконання даного етапу вибираеться структура об'ект проектування.

2. Шсля вибору структури об'екту проектування, г1дромашина роз биваеться на опорн! ! упорш вузли ковзання, що входять в конструкщк Приклад такого под1лу представлений в глав! 4.

3. Шсля под1лу ! ф!ксац1! перераховано! п!дмножини вузл1в ков зання з загально! множили вузл!в г1дромашини, проводиться анал1з коне трукц!й вузл!в ковзання по критер!ям переваги одн!е! конструкц!! над 1ншою. Як критер!! виступають розроблен1 в третей глав! понятт прямих ! зворотних пар, а точн1ше !хня к!льк!сна характеристика !нтенсившсть зношування ! коефЩент форми цих пар, що е такс галькюною величиною.

4. Четвертям етапом е виб!р ! розташування матер!ал!в у вузл ковзання.

5. П'ятий етап - етап вибору геометричних розм!р!в вузла ковзанв

Критерием вибору рад!онально! конструкц!! е коефвдент форми вуг

ла ковзання. Досл1дження проведен! в глав! 4 показали, що чим б!льп коеф!щент форми, тим вище ресурс ! менши мехашчн! втрати.

На прикладах рад!ально-поршневих ! акс!ально-поршневих г!дромаш моделей НР ! РНЛС, що спроектован! у НД1г!дропривод (м. Харк1в), рог роблен! конструктивы! заходи по зм!н1 конструкций вузл!в ковзання метою п!двищення !хнього ресурсу ! зниження механ1чних втрат.

Зроблено висновок, що перспективною конструкц! ею при створен} г1дравл!чних машин велико! одинично! потужност! е конструкц!я, навед* на на рисунку 5. Дана констругаця мае чотири опорних ! упорних вузл ковзання, три з яких е прямими парами.

У дан1й конструкц!! вузол ковзання "нерухома похила шайба-рухо* башмаки" з зворотно! пари по матер!алам ! по геометрп водночас пер« ведений в пряму пару за рахунок таких конструктивних заходхв. Бронзоз

аймаки б закр1плен1 у сталевий шайб! 9 за допомогою к1льця 8. У тако-у вар1ант1 сталева шайба 9 обертаеться разом з ротором - блоком илх1одлв 2. Ковзання башмак!в по нерухомш стальнш шайб! 7 зам!нене овзанням сталево! шайби 9 по нерухомш бронзов!й шайб! 10, що жорстко акр!плена на похший шайб1 7.

7 10 9 6 6 5 4 3 2 /

Рис.5. Акс!ально-поршнева машина з рухомим блоком цил!ндр!в: пря-а пара - диск розпод!льчий 1 ! п!дстава ротора блоку цил!ндр!в 2; ряма пара - втулка цшиндра 3 ! плунжер 4; пряма пара - рухома шайба овзання 9 1 нерухома похила шайба ковзання 10; зворотна пара по ма-ер1алам ! по геометр!! водночас, башмак 6 ! сфера поршня 5

Для зб1льшення ресурсу ! зниження механ!чних втрату г!дромашин! иключення з конструкцП зворотних пар е необх1дною умовою. Достатньою мовою е значне зб!льшення коефШента форми. Для цього необх!дно б!льшувати робоч1 площ1 ковзання айо зменшувати об'вми, що лежать п!д ими площэми, що випливае з анал!зу формули (1). Технолог!чно це можна

виконати за рахунок нанесення тонких м'яких покрить (наприклад з брон зи) на поверхн1 ковзання нерухомих елемент1в. Тонк1 покриття (пластин та !нше) значно зменшують ефективний об'ем, що лежить тд поверхням ковзання, та призводить до збхльшення коефшента форми. Аксааль но-поршнева машина мае 61льш1 можливост1 по застосуванню шарових коне трукц1й, що позитивно В1д1б'еться на ресурс! 1 зниженн! механ1чни втрат.

БИСНОВКИ

1. Проведений анал1з л1тературних джерел в1тчизняних та 1новемш! вчених дозволяв зробити висновок, щр розробка б1льш повного поди конструкций вузл1в ковзання г1дромашин на прям! та зворотн!, а такс вивчення законом!рностей зношування цих вузл1в дозволить на етап1 прс ектування нових гадромашин обрати ращональн! шляхи конструктивш ршень.

2. 3 анал!зу р1зних конструкц!й упорних та опорних вузл!в ковзш ня г!дромашин випливае, що под1л на вини та нижч1 к1нематичн1 пщ можна - проводити за коеф1ц!ентом перекриття, а з урахуванням розташз вання матер!ал1в рухомих та нерухомих елемент1в за тверд!стю та вел] чинам робочих площ ковзання можна видШти так! конструкцП: прям1 п; ри; зворотн! пари по ыатер!алам; зворотн! пари по геометр!5; зворои пари по геометр!! та матер!алам одночасно.

3. Визначена р!зниця у зносост1йкост! та задирост!йкост! прям! та зворотних пар тертя. М1н!мальну !нтенсивн1сть зношування (мака мальний ресурс) мають прям! пари. На зворотних парах !нтенсивн!с зношування значно вшде (ресурс нижче), особливо у зворотно! пари 1 матер1алам та по геометрП одночасно. Сила тертя, а отже механ1ч: витрати на тертя, для прямих та зворотних пар "однаков1, ! не залежа1 в1д розташування матер!ал1в. Тому при проектуванн! упорних та опорн вузл!в ковзання г1дромашши необх1дно виключити з конструкцП зворот пари по матер!алам та по геометрП одночасно.

4. Встановлено, що величина !нтенсивностей зношування (ресурс на прямих та зворотних парах тертя залежитъ в1д р1зниц! початков м1кротвердост! поверхонь ковзання у рухомих та нерухомих елемент1в п ри. Ч1м б!льше ця р!зниця, тим вище зное вузл!в ковзання. У менш М1р1 ця залежнгсть виступае на прямих парах ! у б!льш!й М1р! на зв ротних парах, особливо на зворотн1й пар! по матер!алам та геометр одночасно. Опрацьована методика ощнки зменшення ресурсу вузл!в тер

г1дромашин, як1 мають зворотн! пари, у пор1вняшй з прямими.

5. При однакових умовах роботи прямих та зворотних пар (наванта-ження, швидк1сть ковзання, мастильне середовище) спостер!гаються р!зщ види зношування: окислювальне; втомленхсне; адгез1йне та абразивне, реал1завдя яких визначаеться М1кротверд1стю спряжених матер1ал1в 1х розташуванням та величиною д1ючих напружень, як1 мсакуть значно П1дси-люватися за рахунок способу передач1 крутячого моменту при змШ в!дносного руху елеменив пари.

6. При вибор! сп1вв1дношення площин ковзання, а саме коеф1щента взаемного перекриття, необх1дно прямувати до його оптимального значения, яке дор1внюе 0,5, а саме до нижчо! ка.нематично 1 пари, де контакт здшснюбться по площин1. У цьому випадку сполучення матер1ал1в повинно бути "твердий+м'який", що забезпечить швидку приробку та ст1йк1сть у робота Сполучення матер1алхв "твердий+твердий" можливо для викорис-тання т!льки на вищих юнематичних парах. Змешення або зб1льшення ко-еф1щента взаемного перекриття в1д оптимуму буде супроводжуватися зб1льшенням зносу та зниженням ресурсу.

7. Отриманий параметр обл1ку масштабного фактора вузл!в ковзання г1дромашин, названий коеф1щентом форм, який м1стить робоч1 площини ковзання та об'еми рухомото та нерухомого елеменив вузла. Експеримен-тально доведено, що запропонований коеф1щент е фунгацею ресурсу, ме-хайчних втрат на тертя та процес1в, як1 в!дбуваються у поверхневих та приповерхневих шарах. Чим б1льше коефащент форми, тим б1льше ресурс та менше механ1чн! втрати на тертя. За допомогою коеф1щента форми можна проводити експертну оц1нку проектованих упорних та опорних вузл1в ковзання гЛдромашин та виявляти шляхи тдвищення !х ресурсу 1 зменшення мехаючних втрат на етапг проектування.

8. На основ1 наукових та практичних результате, отриманих у трет3.й та четверти главах, викладен! етапи вибору конструктивних р1шень опорних та упорних вузл1в ковзання г1дромашин. На прикладах рад1ально-поршневих 1 акс!ально-поршневих машин опрацьоват заходи за зм!ною конструкцН вузл!в ковзання з метою шдвищення 5х ресурсу та зменшення механ!чних втрат.

СПИСОК ОПУБЛIКОВАНИХ АВТОРШ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦП

1. Войтов В.А., A6i Сааб Ф.Х. Вплив конструктивна особливост' тдшипнитв ковзання на ix ресурс i задирост1йк1сть//В1сник Харк1вс: кого державного автомоб1льно-дорожнього техн1чного университет Зб1рка наукових праць. ХАРК1В:ХДАДТУ. - 1997. -Вип.5. С. 14-1' (рос.мовш).

2. Савченков Б.В., A6I Сааб Ф.Х. Етапи вибору рац1ональних кон труктивних р1шень трибоспряжень на еташ проектування гадромаши /Вiсник Харк1вського державного автомоб1льно-дорожнього техшчно ушверситету. Зб1рка наукових праць. ХАРК1В:ХДАДТУ. -1997. -Вип. 5. 17-20, (рос.мовою).

3. Войтов В.А., A6i Сааб Ф.Х., Савченков Б.В. Алгоритм констру вання рухомих вузл1в ковзання г!дромашин//Прац1 м1жнародно! наук во- техн i чно i конференцП "1нформащйн1 технологи: наука, техн1к технологiE, ocBiTa, здоров'я. Частина друга. ХАРК1В:ХДПУ. - 1997 р. 222-225, (рос.МОВОЮ).

4. Войтов В.А., A6i Сааб Ф.Х. Конструктивна зносост1йк1с пгдшпшшв ковзання// Ы1жвнз1вська зб!рка наукових роб1т присвячек 50-р1ччю кафедри "Буд1вельн1, дорожн1 i навантажувально-розвантая вальн1 машини" ХДАЗТ. XAPKIB: ХДАЗТ.-1997 р. С. 90-91, (рос.мовою).

АШТАЦ1Я

A6i Сааб Файсаль Хассан. Принципи конструктивно! зносост1йкост1 юрних i опорних вузл1в ковзання об'емних г1дромашин. - Рукопис.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня кандидата техн1чних наук ) спещальност1 05.04.13 - г1дравл1чн1 машини i Пдропневмоагрегати.

Харк1вський науководосл!днии i проектно-конструкторський 1нститут юмислових г1дропривод1в i Пдропневмоавтоматики, Харкгв, 1997.

На основ1 велико! р1зноман1тност1 конструктивних ршень упорних 1 юрних вузл!в ковзання хйдромашини, що визначають ресурс виробу у iломуд розроблен1 принципи 1хнього под!лу на прям! i зворотн1 конс-эукцп. Вивчен! законом!рност1 роботи цих вузл1в, !х вплив на ресурс мехашчний ККД.

Запропонований критер!й по врахуванню масштабного чинника вузлхв эвзання Ндромашини - коеф1щвнт форми i установлений зв'язок запро-знованого критерш з ресурсом i механ1чними втратами у Пдромашшп. хзроблен! конструктивн! заходи по идвшценню ресурсу i зниженню ме-ипчних втрат для рад1ально-поршневих ! акс!ально-поршневих г1дрома-т на еташ проектування.

Ключов1 слова: г1дромашина, ресурс, механ!чний ККД, вузли ковзан-т, масштабний чинник, коеф!ц1ент форми, зноо, сила тертя, проектуван-

^ АННОТАЦИЯ

Аби Сааб Файсаль Хассан. Принципы конструктивной износостойкости .тарных и опорных узлов скольжения объемных гидромашин. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических Halt по специальности 05.04.13 - Гидравлические машины и гидропневмоаг-эгаты. - Харьковский научно-исследовательский и проектно-конструк-эрский институт промышленных гидроприводов и гидропневмоавтоматики, арьков, 1997.

На основе большого разнообразия конструктивных решений упорных и порных узлов скольжения гидромашины, которые определяют ресурс машины целом, разработаны принципы их деления на прямые и обратные конс-рукции. Изучены закономерности работы этих узлов, их влияние на ре-урс и механический КПД.

Предложен критерии по учету масштабного фактора узлов скольжения идромашины - коэффициент формы и установлена связь предложенного кри-ерия с ресурсом и механическими потерями в гидромашине.

Разработаны конструктивные мероприятия по повышению ресурса и нижению механических потерь для радиально-поршневых и аксиально-порш-евых гидромашин на этапе проектирования.

Ключевые слова: гидромашина, ресурс, механический КЦД, узлы кольжения, масштабный фактор, коэффициент формы, износ, сила трения, роектирование

ABSTRACT

Abi Saab Fisal Hassan. Principles of a design wear resistance of ersistent and basic knots of a sliding of volumetric hydromachines. -anuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate echnical sciences on speciality 05.04.13 - Hydraulic machines and ydropneumatic units. - Kharkiv research and design institute of ndustrial hydrodrives and hydrolic automatic equimpent, Kharkiv 1997.

Because of a large variety of design solutions of persistent and asic knots of a sliding of the hydromachine. which determine resource if the machine as a whole, the principles of their division on direct ind return wear are developed. The regularities of work of these nots, their influence on resource ana mechanical efficiency are in-estigated.

The criterion under the account of the scale factor of knots of a iliding of the hydromachine - crest factor is offered and the onnection offered criterion with resource and mechanical losses in he hydromachine is established.

The design measures on increase of resource and decrease of mec-lanical losses for radially-piston and axial-piston of hydromachines ire developed on a design stage.

Key word: the hyaromacnine, resource, mechanical efficiency, :nots of a sliding, scale factor, crest factor, wear, force of fricti->n, designing