автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Ускоренные испытания гидромашин

На правах рукописи УДК 621.22

Сергеев Юрий Васильевич

УСКОРЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ГИДРОМАШИН

Специальность 05.02.02 - машиноведение, системы приводов и детали машин

АВТОРЕФЕРАТ 1 7 НОЯ 2011

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 2011

005002423

Работа выполнена на кафедре гидропневмоавтоматики и гидропривода ФГБОУ ВПО «Ковровская государственная технологическая академия имени В.А.Дегтярева»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, заслуженный изобретатель РСФСР, Лауреат Государственной премии СССР Кутузов Владимир Кузьмич

доктор технических наук, профессор заслуженный машиностроитель РФ Год Александр Николаевич

кандидат технических наук Родионов Роман Вячеславович

Ведущая организация: ОАО «Завод имени В.А. Дегтярева»,

г. Ковров

Защита состоится «_30_» ноября 2011 г. в _14_ часов .00, мин. на заседании диссертационного совета Д 212.025.05 при ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» (ВлГУ) по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87, ауд. 335.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ВлГУ. Автореферат размещен на сайтах Министерства образования и науки РФ (www.vak.ed.gov.rn') и ВлГУ (www.vlsu.ru).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87; E-mail: sim_vl@nm.ru; тел. 8(4922)479-928, факс. (4922) 53-25-75

Автореферат разослан « 28 » октября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.025.05 канд. техн. наук, доцент

Е.А. Новикова

Общие по автореферату сокращения

АПГМ - аксиально-поршневая гидромашина; НБ - наклонный блок цилиндров;

АПН - аксиально-поршневой насос; ПФЭ - полный факторный

МПА - метод поверхностной активации; эксперимент.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Гидроприводы и агрегаты на их основе широко распространены в различных отраслях промышленности. Гидромашины являются основными элементами гидроприводов и определяют их надежность. В жизненном цикле гидромашин и гидроприводов испытаниям отводится особая роль. Подавляющая часть временных затрат при проектировании, отработке и доводке изделий приходится на проведение испытаний. Поиск путей сокращения испытаний имеет важное научное и практическое значение. Ускорение испытаний - резерв снижения себестоимости продукции. Внедрение ускоренных испытаний позволяет сократить период создания и доводки новых гидромашин и гидроприводов. Обоснованное назначение условий проведения ускоренных испытаний является сложной задачей, поскольку эксплуатация современных гидроприводов и агрегатов характеризуется большим разнообразием условий применения, широким диапазоном рабочих режимов, оказывающих существенное влияние на их надежность и ресурс.

В связи с этим разработка научно-обоснованной методики, позволяющей определять продолжительность ускоренных испытаний гидромашин,

является актуальной задачей.

Цель исследования - разработка научно-обоснованной методики определения продолжительности испытаний в зависимости от параметров режима и характера нагружения гидромашин, разработка способа ускоренных испытаний АПГМ и средств для его реализации с целью сокращения продолжительности ресурсных испытаний АПГМ.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

- проведением анализа существующих методов ускорения испытаний, способов их реализации в приложении к АПГМ и способов диагностирования технического состояния гидромашин в процессе испытаний;

- выбором критерия окончания ускоренных ресурсных испытаний АПГМ и наиболее значимых параметров режимов нагружения гидромашин;

- разработкой уточненной зависимости долговечности распределительного узла АПГМ;

- разработкой математической модели износа в паре трения «блок цилиндров - распределитель»;

- разработкой методики определения коэффициента ускоренных ресурсных испытаний АПГМ;

- апробацией данной методики для конкретной гидромашины и проведением сравнительных ускоренных ресурсных испытаний;

- разработкой способа ускоренных испытаний АПГМ.

Методы исследования. В работе использовались основные положени теории роторных АПГМ, теории трения и изнашивания, методы математического моделирования, математические методы планирования многофав торного эксперимента, методы статистической обработки и анализа резуль татов теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- предложена модифицированная формула для определения долго вечности пары трения «блок цилиндров - распределитель» АПГМ, позво ляющая учитывать переменный характер нагружения гидромашин;

- разработана математическая модель, позволяющая определять вели чину износа в паре трения «блок цилиндров - распределитель» АПГМ в за висимости от параметров нагружения и продолжительности работы гидромашины;

- разработана методика ускоренных испытаний АПГМ, позволяюща: определять продолжительность таких испытаний в зависимости от параметров режима и характера нагружения гидромашин.

Практическая ценность работы заключается

- в разработке научно-обоснованной методики определения продолжительности ускоренных ресурсных испытаний АПГМ, эффективность которой апробирована на конкретных гидромашинах;

- в разработке способа ускоренных испытаний АПГМ и объемных гидропередач при периодическом нагружении;

- в разработке конструкции испытательного стенда с комплектом специального измерительного оборудования для контроля износа торца блока цилиндров насоса с помощью МПА, благодаря которому реализована методика проверки сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований зависимости износа в паре «блок цилиндров - распределитель» АПГМ от параметров нагружения методом ПФЭ.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы использовались при подготовке программы и методики ускоренных ресурсных испытаний АПН с рабочим объемом 15 см3/об АЮИЖ.063234.020 на предприятии ОАО «ВНИИ «Сигнал», г. Ковров и позволили сократить примерно в 5 раз время на проведение данных испытаний. Рекомендации по применению методов ускоренных испытаний АПГМ внедрены в виде «Методики определения времени испытаний гидромашин и гидропередач при периодическом нагружении».

Результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярева» в курсы дисциплин «Основы инженерного и научного

эксперимента» и «Автоматизация испытаний ГМ», а также используются в учебно-исследовательских работах, курсовом и дипломном проектировании студентов, обучающихся по специальности 150802 «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались

- на международной научно-технической конференции «Гидропневмоавтоматика и гидропривод», Ковров, КТИ, 1995 г.; международной научно-технической конференции «Гидромашиностроение Настоящее и будущее», Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004 г.; международной молодежной научной конференции «XVI Туполевские чтения», Казань, КГТУ, 2008 г.; всероссийской научно-технической конференции «Исследование, проектирование, испытание и эксплуатация приборных устройств военной техники», Владимир, ВлГУ, 2008 г.; научно-технической конференции аспирантов и молодых ученых с международным участием «Вооружение Технология Безопасность Управление», Ковров, «КГТА им. В.А.Дегтярева», 2009,2010 гг.;

- на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава Ковровского технологического института (Ковровской государственной технологической академии): Научно-техническая и научно-методическая конференция КТИ «Научные и методические исследования института - техническому и культурному прогрессу», Ковров, КТИ, 1993, 1995 гг.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- модифицированная формула для определения долговечности пары трения «блок цилиндров - распределитель» АПГМ;

- математическая модель износа пары трения «блок цилиндров - распределитель» АПГМ;

- методика определения продолжительности ускоренных испытаний АПГМ от параметров режима и характера нагружения гидромашин;

- способ ускоренных испытаний гидропередач и их элементов, его теоретическое обоснование;

- проверка сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований ускоренных ресурсных испытаний АПГМ.

Публикации. По материалам диссертационных исследований опубликованы 12 печатных работ, в том числе: 8 - научно-технических статей, 3 из которых в журналах, входящих в перечень рецензируемых изданий, рекомендованных ВАК; 1 - авторское свидетельство на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержащего общие выводы, списка литературы из 133 наименований, 6 приложений. Работа изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит 13 рисунков, 22 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко охарактеризовано состояние проблемы и обоснована ее актуальность, сформулировано основное направление исследований и задачи диссертационной работы.

В первой главе приводится обзор видов испытаний гидроприводов и их элементов, обзорный анализ методов ускорения испытаний и способов их реализации, способов контроля окончания ресурсных испытаний, методов диагностики технического состояния гидроприводов и их элементов.

Вопросам разработки, выбора и назначения методов ускоренных испытаний изделий машиностроения уделяли внимание Браун Э.Д., Евдокимов Ю.А., Чичинадзе A.B., МорсинВ.М., Самойлов Г.Г., ДодинЛ.Г., Нейман В.К., Микипорис Ю.А., Никитин О.Ф., Яковлев В.В., Карташов Г.Д., Горбатюк Н.В., Гишваров A.C., Гоц А.Н. и др.

Учитывая особенности использования АПГМ в составе гидрообъемны: передач, наиболее приемлемым методом ускорения испытаний является метод форсирования рабочих параметров (давления нагнетания, скорости вра щения, частоты изменения давления и т.п.).

Анализируя работы Воронова С.А., Ершова Б.И., Кондакова JI.A., Ко соруковой О.В., Микипориса Ю.А., Никитина Г.А., Пасынкова P.M., Сако ваВ.А. и др., а также опыт работы предприятий ОАО «КЭМЗ» и ОА( «ВНИИ «Сигнал», следует отметить, что по результатам рассмотрения экс плуатационных отказов насосов 33% отказов пришлось только на две дета ли: блок цилиндров и распределитель. Результаты сравнительного количест венного анализа потерь мощности в АПГМНБ показали, что 55-^60 % объ емных и 25 % механических потерь приходится на распределительный узел.

Для диагностирования технического состояния выбран метод диагно стирования по изменению объемного КПД. В качестве индикатора, опреде ляющего объемные и механические потери гидромашины в процессе выра ботки ресурса, а следовательно, техническое состояние качающего узла i гидромашины в целом, выбрана величина износа элементов распределитель ного узла. Для непрерывного контроля износа деталей распределительной устройства гидромашин выбран весьма перспективный метод неразрушаю щего контроля - МПА.

Для сокращения объемов экспериментальных работ наиболее рациональны) является применение математических методов планирования эксперимента.

Во второй главе представлен расчет зависимости долговечности napi трения «блок цилиндров - распределитель» от нагрузки, частоты вращения геометрических параметров деталей, параметров шероховатостей контакта рующих поверхностей, механических свойств материалов деталей с учетор стационарного и переменного характера нагружения. Проведен статистический анализ результатов нормальных испытаний АПГМ второй гамм!

№ 1,5-П. В формулу определения долговечности пары трения «блок цилиндров - распределитель» введена поправка, учитывающая переменный характер на-гружения. Представлено выражение для описания зависимости величины износа в данном сопряжении от времени работы узла. Проведен выбор наиболее значимых параметров режимов нагружения гидромашин, влияющих на износ и, следовательно, на долговечность работы данной пары трения.

Для расчета характеристик изнашивания в паре трения скольжения «блок цилиндров - распределитель», используется общепринятая физическая модель торцевого распределительного устройства АПГМ, описанная в работах Т.М. Башты, В.Н. Прокофьева, A.B. Кулагина и др.

Был проведен расчет нормальной статической нагрузки Р (в Н) в паре трения «блок цилиндров - распределитель» при различных значениях давления р (в МПа) и получена аппроксимирующая зависимость:

Р = 62,42+15,19/? . (1)

Для обеспечения соответствия ускоренных и нормальных испытаний были проанализированы результаты нормальных ресурсных испытаний АПГМ № 1,5-II за восемь лет на предприятии ОАО «КЭМЗ», г. Ковров. Анализ показал обоснованность выбора величины износа торца блока цилиндров насоса в качестве индикатора работоспособного состояния АПН и привода в целом. В результате анализа был получен доверительный интервал для величины износа торца блока цилиндров насоса 15,0 мкм <h< 17,1 мкм, при попадании в который, с вероятностью 95%, принимается решение, что насос достиг состояния, соответствующего состоянию наработки 1000 часов. Это соответствует предельному значению гарантийной наработки на отказ по ТУ, который назначен исходя из 98% гамма-процентного ресурса, то есть -времени прекращения ресурсных испытаний.

Торцевое распределительное устройство является одним из основных узлов, определяющих работоспособность и долговечность АПГМ. Распределительная пара «блок цилиндров - торцевой распределитель» по характеру работы довольно близка к упорным (осевым) подшипникам скольжения.

Расчетная схема осевого подшипника скольжения представлена на рис. 1.

Рис. 1. Расчетная схема осевого

подшипника скольжения 1 - кольцевая пята; 2 - подпятник

Осевой подшипник скольжения состоит из плоской кольцевой пяты 1 (блока цилиндров), опирающейся на подпятник 2 (распределитель). Пята вращается с угловой скоростью со и нагружена осевой силой Р.

Учитывая особенность изнашивания деталей пары трения «блок цилиндров - распределитель», контактирование деталей происходит по кольцевой рабочей поверхности, для вычисления долговечности L данного узла получили выражение:

£ М (2)

где [А] - допустимая величина износа, мкм; J h - линейная интенсивность изнашивания материала более изнашиваемой детали (блока цилиндров), мкм/м; гвбц и г „ бц - внутренний и наружный радиусы блока цилиндров, м; со

- угловая скорость подвижного элемента, в нашем случае - блока цилиндров, с~};ки - коэффициент использования оборудования, учитывающий интенсивность изменения нагрузки в процессе работы пары трения.

Для упругого контакта трущихся деталей машин, вызывающего многоцикловое усталостное изнашивание контактирующих поверхностей согласно исследованиям Крагельского И.В., Добычина М.Н., Комбалова B.C., Михина Н.М. и др., линейная интенсивность изнашивания зависит от нормального давления в контакте, в степени больше единицы jh = с,, , где Ch - коэффициент, численно равный интенсивности изнашивания при единичном значении номинального давления; qa - номинальное давление в контакте; р-коэффициент, учитывающий параметры микрогеометрии изнашиваемой поверхности /?=(2v+l)"'; ty

- параметр кривой фрикционной усталости; v - параметр, характеризующий начальный участок опорной кривой профиля поверхности. В условиях вариации нагрузки, согласно исследованиям Крагельского И.В., интенсивность изнашивания можно выразить следующим образом:

где Jh - среднее значение линейной интенсивности изнашивания при среднем номинальном давлении; поправочный коэффициент, учитывающий влияние колебательности нагрузки; qa - среднее номинальное давление в

контакте; 5q - среднее квадратическое отклонение номинального давления.

Подставляя выражение (3) в формулу (2), получаем модифицированную формулу для определения долговечности пары трения «блок цилиндров - распределитель» с поправкой, учитывающей переменный характер нагружения:

_

Q <?„

4 '

+ (5)

Интенсивность изнашивания при колебаниях нагрузки около среднего значения всегда будет больше при сравнении с нагрузкой поддерживаемой на среднем уровне. Значение поправочного коэффициента £тем больше, чем выше коэффициент вариации нагрузки 6q/qa. Следовательно, учет нестационарности нагрузок при усталостном износе приводит к значительным количественным поправкам.

Для определения характеристик изнашивания пары трения «блок цилиндров - распределитель» можно использовать зависимости, применяемые для расчетов осевого подшипника скольжения. Используем методику расчета износа осевого подшипника скольжения, представленную Добычи-ным М.Н., Чичинадзе A.B. и др. Поскольку участки рабочих поверхностей пяты и подпятника, расположенные на разных расстояниях от оси вращения, изнашиваются с разной скоростью (у них разные пути трения), условие неразрывности контакта в процессе эксплуатации может быть выполнено лишь с учетом конечной жесткости контакта. Тогда износ в паре «блок цилиндров - распределитель» h за время t определяется по формуле:

( S

^ \ nv п»f ^ exp

где Vh0 - начальная скорость изнашивания, в момент времени t = 0; VhtB -конечная скорость изнашивания, при t -> оо; t - характерное время; Е, - параметр, зависящий от величины относительного размера сопряжения.

Таким образом, зная допустимую величину износа [А], можно определить время достижения критического состояния для данной пары трения, то есть время выработки ресурса.

В работе был проведен анализ влияния различных параметров внешних воздействий на процесс изнашивания применительно к паре трения «блок цилиндров - распределитель» АПГМ. В результате проведенного анализа, в качестве значимых параметров режимов нагружения, влияющих на долговечность пары «блок цилиндров - распределитель», при проведении испытаний АПГМ были выбраны давление нагнетания - р, угловая скорость вала гидромашины - со и коэффициент использования оборудования - ки, учитывающий интенсивность изменения нагрузки в процессе работы пары трения. При статическом характере нагружения учитывается частота реверса приложения нагрузки за цикл. При переменном нагружении коэффициент использования оборудования ки учитывает относительную частоту изменения нагрузки в единицу времени. Для АПГМ с наклонным блоком цилиндров и двойным несиловым карданом в качестве коэффициента использования оборудования принимаем частоту переброски люльки насоса отнесенную к одному переключению в секунду.

В третьей главе приведено аналитическое выражение связи коэффициента ускоренных ресурсных испытаний АПГМ и режимов нагружения при статическом и динамическом характере нагружения. Представлена методика определения продолжительности ускоренных испытаний АПГМ и ее апробация для гидромашин №1,5-11. Предложен способ ускоренных испытаний АПГМ и объемных гидропередач при периодическом нагружении. Приведены методические особенности применения МПА для определения износа деталей гидромашин. Представлена методика экспериментальных исследований методом ПФЭ влияния режимов нагружения АПГМ на техническое состояние гидромашин.

Эффективность ускоренных ресурсных испытаний характеризуется коэффициентом ускорения Ку, равным отношению времени наработки при нормальных режимах г„ к длительности работы при ускоренных испытаниях Ту, защищающих тот же ресурс Ку=т„ / ту.

Заменяя о формуле Ку время наработки т на долговечность I получили:

м.

•1кфя(гИбЧ+гвб11) сОфк^ф

1у 1ф J>lllя(rнб,|+rllf¡l|)||c■)l,kll¡¡

14

(6)

здесь все составляющие с индексом «н» относятся к нормальным режимам испытаний, а с индексом «ф» - к форсированным.

Сравнивая параметры форсированных и нормальных испытаний, входящие в формулу, и проводя соответствующие преобразования, получили формулу для определения коэффициента ускорения форсированных испытаний АПГМ при статическом нагружении:

Ку =

|+/»»,

Рн

Ф "-«Ф

(7)

где р,р мрн- давление нагнетания соответственно при форсированных и нормальных испытаниях; <Оф и а„ - угловая скорость вала гидромашины при форсированных и нормальных испытаниях; к„ф и кин - коэффициент использования оборудования при форсированных и нормальных испытаниях. При статическом нагружении учитывается частота реверса нагрузки за цикл.

Для случая, когда нагрузка имеет переменный характер, формула для определения коэффициента ускорения форсированных испытаний примет вид:

Ку =

— V *Р<, РФ

Рн

1+/Ч

°рф РФ

У аФ

1+ РК

'¿рУ*"^ а)-

Рч .

(8)

где рф и рн - средние значения давления нагнетания при форсированных й

нормальных испытаниях; фф иф„- среднеквадратические отклонения давления нагнетания при форсированных и нормальных испытаниях соответственно. При переменном нагружении коэффициенты использования оборудования киф и кии учитывают частоту изменения нагрузки в единицу времени.

Используя формулы (7) и (8), получили выражения для определения продолжительности ускоренных ресурсных испытаний АПГМ. Для случая статического нагружения

-т.

ь.

Рф

со.

к..

со.

(9)

'ф Лк ф

а для случая, когда нагрузка имеет переменный характер,

Г , У+/?', ^

= Т.,

I+/?(„

р„

Рф

1

р.

со..

1 +

8рф

. Рф

'у

(10)

Опираясь на проведенные расчетные и экспериментальные исследования, была разработана методика определения продолжительности ускоренных испытаний для АПГМ второй гаммы, включающая следующие шаги:

1) на основании анализа конструкторско-технологической документации определяют характеристики механических свойств материалов пары трения «блок цилиндров - распределитель» и шероховатость изнашивающей поверхности. По справочникам определяют значения параметра кривой фрикционной усталости 1У и параметра начального участка опорной кривой поверхности к Далее определяют величину показателя степени в формуле (7), если и нормальные, и форсированные испытания проводятся при одинаковом характере нагружения. Если характер нагружения нормальных и форсированных испытаний различается, то для определения коэффициента ускорения применяют формулу (8);

2) анализируют нормальные режимы испытаний гидромашин и, пропорционально циклограмме нагружения, определяют эквивалентные значения параметров нагружения при нормальных испытаниях, давления нагнетания -р„эт угловой скорости выходного звена - шнжв и относительной частоты переброски люльки насоса - к

и Н ЭКвУ

3) исходя из максимально-допустимых значений параметров рабочего режима, определяемых техническими условиями на исследуемые гидромашины, а также с учетом возможностей стендового оборудования, назначают форсированные режимы нагружения;

4) по формулам (9) или (10), в зависимости от характера нагружения нормальных и форсированных испытаний, определяют продолжительность ускоренных испытаний. Назначают продолжительность испытаний, округляя расчетное время до полного количества циклов в большую сторону.

С целью апробации зависимостей (9) и (10) по представленной методике был проведен расчет продолжительности ускоренных испытаний для АПГМ № 1,5-П с последующей экспериментальной проверкой путем проведения сравнительных ускоренных испытаний этих гидромашин в составе

объемного гидропривода.

Исходными данными для оценки коэффициента ускорения испытаний являются материалы пары трения, шероховатость поверхностей и вид технологической обработки, нормальное номинальное давление на контакте, внешние условия трения, температура, смазка. Из справочной литературы

были найдены ty = 6,5, v= 1,4.

Проанализировав режимы нагружения нормальных ресурсных испытаний рассматриваемых гидромашин, получили эквивалентные значения параметров нагружения/w« 8,58 МПа, ю„экв« 125,14 рад/с и киижв «0,188.

Исходя из максимально-допустимых значений параметров гидромашин, с учетом возможностей стендового оборудования, были назначены форсированные режимы нагружениярф = 12 МПа, соф = 312,06 рад/с и киф = 0,25.

Подстановкой полученных значений в формулу (9) определяем расчетную продолжительность ускоренных испытаний ту « 121,5 час. Окончательно продолжительность ускоренных испытаний назначаем путем округления расчетного времени до полного количества циклов в большую сторону. Принимаем продолжительность ускоренных испытаний г, = 128 час

(16 циклов по 8 часов).

Фактическое значение коэффициента ускорения испытаний в итоге будет Ку = т./ Ту = 1000 / 128 « 7,81.

Основываясь на анализе работоспособности АПГМ автором диссертации в соавторстве с .группой специалистов был предложен способ ускоренных испытаний гидропередач и их элементов, защищенный авторским свидетельством на изобретение (а.с. № 1705615 СССР). При разработке способа ускоренных испытаний гидропередач и их элементов были использованы такие принципы ускорения испытаний, как усечение спектра нагрузок и повышение скорости приложения нагрузок. Суть способа заключается в том, что с помощью переключения органа регулирования насоса элементы гидропередачи нагружают периодически изменяющимся давлением рабочей жидкости. В этом случае происходит более интенсивный износ и ускоренная приработка контактирующих элементов гидромашин при учащении циклов «разгон - торможение», при этом обеспечивается эквивалентность конечного технического состояния изделия при ускоренных испытаниях и в нормальной эксплуатации.

Для осуществления непрерывного контроля за процессом изнашивания деталей пары трения «блок цилиндров - распределитель» был применен МПА.

Для подготовки и проведения экспериментальных исследований, с целью сокращения их объемов, была проработана методика исследования влияния режимов нагружения АПГМ на их техническое состояние методом ПФЭ. В процессе эксперимента, в качестве главных факторов, влияющих на техническое состояние АПГМ, выделяются наиболее значимые параметры рабочего режима. Постоянство условий испытаний исключает влияние неучтенных факторов на результаты исследования.

В результате экспериментальной реализации матрицы планирования и вычисления выходных величин находят коэффициенты уравнения регрессии. Далее проводят статистический анализ полученных результатов эксперимента. Представленная методика проведения исследований методом ПФЭ была использована при экспериментальном определении влияния режимов нагружения АПГМ на износ пары «блок цилиндров - распределитель» и на величину коэффициента ускорения ресурсных испытаний.

В четвертой главе приводятся описание объекта исследований, схемы и описания испытательной установки, выбор регистрирующей аппаратуры, результаты проведенных экспериментов, анализ экспериментальных данных, а также сравнение результатов ускоренных и нормальных испытаний АПГМ второй гаммы.

Объектом исследований являются АПГМ с наклонным блоком цилиндров и двойным несиловым карданом, насосы переменной производительности типа № 1,5-ПД и гидромоторы постоянного рабочего объема № 1,5-ПМ. Эти гидромашины входят в состав силового следящего гидропривода Д-219-50.

Испытания проводились на стенде, собранном на базе штатного гидропривода Д-219-50, доукомплектованного необходимой контрольно-измерительной аппаратурой. В качестве нагрузки гидромотора использовались съемные инерционные диски, устанавливаемые на выходном валу и позволяющие создавать в силовых магистралях различные уровни давлений от 0 до 16 МПа.

Вся контролирующая аппаратура испытательного стенда формировала электрические (аналоговые) выходные сигналы, которые с помощью аналого-цифрового преобразователя «L-154» передавались в персональный компьютер для обработки и хранения.

МПА для контроля износа торца блока цилиндров насоса осуществлялся посредством комплекта, содержащего радиометр RTF 20046, сцинтилля-ционный измерительный зонд RET 27001 и соединительные кабели.

В данной работе решалась задача исследования влияния режимов нагружения АПГМ на износ торца блока цилиндров гидромашины.

Для удобства статистической обработки при проведении экспериментальных исследований формула для определения износа пары трения «блок цилиндров - распределитель» (5) была представлена в виде:

й(г) = Л[1-ехр(-Вг)] + С/, (11)

где коэффициенты А, В и С зависят от параметров режима нагружения.

Исследования проводились методом ПФЭ. Исследовалось влияние трех факторов: давления нагнетания - р; угловой скорости вала нагрузки - ф\ относительной частоты переключения люльки насоса - ки, каждый из которых варьировался на двух уровнях. Следовательно, число опытов было ЛГ=23 = 8.

Исследование объекта велось в окрестностях точки базового режима. За базовый был принят режим с номинальными значениями параметров нагружения: р' = 10 МПа; со = 209,3 рад/с; к\, = 0,20. За верхние и нижние уровни параметров были приняты соответственно: рв = 12 МПа; юв = 301,4 рад/с; ки в = 0,25; рн~8 МПа; <уя= 117,2 рад/с; £иЯ = 0,15.

В качестве теоретического уравнения регрессии было выбрано выражение, учитывающее не только влияние факторов по отдельности, но и их сочетания, которые рассматриваются как независимые и равноценные наряду с другими. В данном исследовании выходными параметрами являются величины коэффициентов А, В и С в выражении (11) зависимости износа пары трения «блок цилиндров - распределитель» от времени.

В результате математическая модель зависимости износа элементов торцевого распределителя гидромашины от параметров рабочего режима р, а, к „ и времени работы t приняла вид:

й(/) = А [1 - ехр(-Я /)]+С /;

А = 10,301;

В = 1,33-10~2р +2,56 -10"4 о+2,65-10"'+6,43 • 10~5 -(р-10)(®-209,3) + +6,68-10~2(р-10)(£„ -0,2)+1,27-10~3(й>-209,3)(&„ -0,2)-1,87-10"'; (12)

С = 4,18-10~3 р + 8,01-НГ5 а +8,35-10"2^ +2.0-10'5(/>-Ю)(а>-209,3) + + 2,09-10-г(р-10)(*„-0,2)+ 4,ОЫО"4 (о-209,3)(А:„ -0,2)-5,89-10"г,

где А - величина износа, мкм; р - давление нагнетания, МПа; а - угловая скорость вала нагрузки, рад/с; ки - относительная частота переключения органа управления (люльки) насоса; í - время работы на данном режиме, час.

Адекватность представления результатов эксперимента полученным уравнением регрессии (12) установили с помощью критерия Фишера. Статистическая проверка проводилась при 5% уровне значимости.

Графики зависимостей износа от времени испытаний при различных режимах нагружения приведены на рис. 2.

18 16 14 12 X 10

//Л //X '//л /Л ~У7/ V//

гз ж/. 'ЛИ/. мм иА ././.А

•-"2 1

200

400

600

900

1000

500 Время. 1. час

Рис. 2. Графики зависимостей износа торца блока цилиндров АПГМ от времени испытаний, при различных режимах нагружения: 1 - р = % МПа, о = 117,2 рад/с, ки = 0,15 ; 2-р = 10 МПа, т = 209,3 рад/с, ка=0,2;3- р = \2 МПа, о = 301,4 рад/с, к, = 0,25 ; 4 - область (доверительный интервал) для величины износа торца блока цилиндров насоса, соответствующего состоянию наработки 1000 часов при нормальных испытаниях

На основе вышеописанного экспериментального материала был проведен анализ влияния параметров режимов нагружения АПГМ на величину коэффициента ускорения ресурсных испытаний.

Решалась задача определения зависимости коэффициента ускорения испытаний от давления нагнетания, угловой скорости вращения вала гидромашины и относительной частоты переключения люльки насоса. Анализировалась зависимость, представленная выражением (7). Анализ проводился методом ПФЭ.

Данное уравнение было представлено в обобщенном виде:

Ку — кпо„р

Е±

,Рн

\К

\1

У

и ф

(13)

где ктпр - поправочный коэффициент; К, I, М- показатели степени у соответствующих отношений факторов режима нагружения.

Исследуемая зависимость представляет собой степенное выражение трех независимых факторов, имеющее явно нелинейный характер. Для линеаризации выражения (13) его прологарифмировали, и получили

РФ_

Рн

+ Ь\&

а.,.

и ф

(14)

\%Ку=и\ ^

(р^ Ч1 = х2; (к Л Ли ф

Уф Ф Л»,

1®» ;

= хх\

М - а.

^Кощ, =а»; К = а1;

и записано линейное уравнение:

и = а0 + ахх{ + а2х2 + а3х3.

В качестве плана эксперимента был выбран ПФЭ 23. Значения базового уровня факторов были скорректированы: р" = 10 МПа; а = 209,3 рад/с; к „ = 0,20, а значения верхнего и нижнего уровней параметров остались неизменными.

В данном исследовании выходным параметром является величина, равная логарифму от коэффициента ускорения испытаний и = ^ Ку, где Ку определяется как отношение времени окончания испытаний в базовом режиме г ко времени окончания испытаний на исследуемом режиме то есть КУ1 = г > • Согласно расчетам, проведенным во второй главе данной работы, время окончания испытаний определяется по попаданию величины износа торца блока цилиндров в доверительный интервал 15,0 мкм < А < 17,1 мкм, соответствующий состоянию наработки насоса 1000 часов в нормальном режиме.

В результате получили зависимость коэффициента ускорения испытаний от параметров нагружения в следующем виде:

К„

Р±

Ур»

\2,707

ч 0,998

\0,998

и ф

(15)

Адекватность представления результатов эксперимента полученным уравнением регрессии (15) установили с помощью критерия Фишера. Статистическая проверка проводилась при 5% уровне значимости.

Для установления соответствия ускоренных и нормальных испытаний было проведено сопоставление результатов этих испытаний. По результатам расчетов, проведенных в третьей главе, были назначены форсированные режимы нагружения и определена продолжительность ускоренных испытаний.

Были проведены ускоренные испытания АПГМ с наклонным блоком цилиндров с двойным несиловым карданом № 1,5-П в составе объемного гидропривода продолжительностью 128 часов.

В процессе испытаний контролировали температурный режим, чистоту рабочей жидкости и периодически проверяли соответствие характеристик гидромашин требованиям технических условий. С помощью МПА контролировали износ торца блока цилиндров насоса. Величина износа, измеренная с помощью МПА после 128 часов ускоренных испытаний, составила 16,34 мкм. По окончании испытаний была проведена проверка характеристик гидромашин на соответствие требованиям ТУ, а затем разборка гидромашин и

обмер элементов ходовых частей. Величина износа торца блока цилиндров составила 16,9 мкм. Расхождение по величине износа торца блока цилиндров АПН № 1,5-Н измеренного с помощью МПА и методом микрометриро-вания, составило, примерно, 3,5%. Характер и параметры износа рабочих поверхностей деталей гидромашин соответствовали данным, получаемым при нормальных испытаниях. Результаты испытаний подтвердили эквивалентность режимов нормальных и ускоренных испытаний АПГМ с наклонным блоком цилиндров с двойным несштовым карданом второй гаммы, что позволило рекомендовать к использованию разработанную методику определения продолжительности ускоренных испытаний.

В приложениях содержатся результаты нормальных испытаний АПГМ второй гаммы № 1,5-П за восемь лет эксплуатации, исходные тексты программ для расчетов коэффициентов уравнений регрессии и статистическою анализа полученных результатов экспериментальных исследований методом ПФЭ, реализованных в программе «МаШсасЗ», графики зависимости износа торца блока цилиндров от времени при различных параметрах нагружения, акты внедрения результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. При проведении ускоренных форсированных испытаний АПГМ в качестве индикатора, характеризующего процесс выработки ресурса АПГМ, выбрана величина износа элементов торцевого распределительного устройства. Диагностирование технического состояния по величине износа предпочтительно проводить с помощью МПА.

2. Выбраны и обоснованы наиболее значимые параметры режимов нагружения АПГМ - это давление нагнетания, угловая скорость вращения вала гидромашины и частота переброски люльки насоса, оказывающие существенное влияние на износ и долговечность пары «блок цилиндров - распределитель».

3. Получена модифицированная формула для определения долговечности узла «блок цилиндров - распределитель» от параметров нагружения АПГМ, позволяющая учитывать переменный характер нагружения гидромашины.

4. Разработана методика ускоренных испытаний АПГМ, учитывающая параметры физико-механических характеристик материалов и микрогемет-рию контактирующих поверхностей выделенных критичных элементов гидромашин, позволяющая определять продолжительность таких испытаний.

5. Получено техническое решение для ускорения стендовых испытаний гидромашин и гидропередач, заключающееся в том, что с помощью переключения органа регулирования насоса элементы гидропередачи нагружают периодически изменяющимся давлением рабочей жидкости.

6. Построена математическая модель, позволяющая определять величину износа в паре трения «блок цилиндров - распределитель» от выбранных значимых параметров режимов нагружения гидромашины и времени работы узла, а также время окончания ресурсных испытаний. Адекватность модели подтверждена результатами практических испытаний, расхождение расчетных данных и опытных значений износа торца блока цилиндров не превышало 5%.

7. Получена уточненная зависимость коэффициента ускорения ресурсных испытаний АПН № 1,5-ПД от параметров режима нагружения.

8. Разработана конструкция испытательного стенда на базе объемного электрогидравлического привода II гаммы Д-219-50. В стенде применен комплект специального измерительного оборудования для контроля износа торца блока цилиндров насоса с помощью МПА.

9. Выполнен расчет продолжительности ускоренных ресурсных испытаний для АПГМ № 1,5-П. Проведены сравнительные ускоренные испытания АПГМ № 1,5-П, коэффициент ускорения составил Ку~1,%\. Результаты испытаний подтвердили эквивалентность режимов нормальных и ускоренных испытаний.

10. Результаты диссертационной работы внедрены на ОАО «ВНИИ «Сигнал», г.Ковров, а также используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «КГТА им.В.А.Дегтярева» в курсах дисциплин «Основы инженерного и научного эксперимента» и «Автоматизация испытаний ГМ».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Сергеев, Ю.В. Исследование влияния режимов нагружения аксиально-поршневых гидромашин на продолжительность их испытаний / Ю.В. Сергеев, С.А. Воронов, В.К. Кутузов // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2008. - № 6. - С. 38-41 (соискатель - 50%).

2. Воронов, С.А. Экспериментальные исследования поля температур трущейся поверхности торцевого распределителя аксиально-поршневого гидромотора / С.А. Воронов, Ю.В. Сергеев // Трение и смазка в машинах и механизмах. - 2011. - № 5. - С. 37-42 (соискатель - 30%).

3. Сергеев, Ю.В. Методика расчета коэффициента ускорения испытаний гидромашин и ее апробация / Ю.В. Сергеев // Научно-технический вестник Поволжья. - 2011. - №5. - С. 237-241.

Статьи и материалы научных конференций

4. Сергеев, Ю.В. Анализ методов ускорения испытаний гидропередач и разработка методики определения коэффициента ускорения испытаний / Ю.В. Сергеев // Гидропневмоавтоматика и гидропривод - 2005. Сборник научных трудов. - Ковров: KITA, 2006. - С. 206-211.

5. Сергеев, Ю.В. Разработка методики определения коэффициента ускорения испытаний гидромашин и ее экспериментальная проверка / Ю.В. Сергеев // Исследование, проектирование, испытание и эксплуатация приборных устройств военной техники: материалы Всероссийской научно-технической конференции. Владимир, 28-30 мая 2008 г. - М.: Российская академия ракетных и артиллерийских наук, 2008. - С. 141-144.

6. Сергеев, Ю.В. Методика определения коэффициента ускорения испытаний и формирование режимов нагружения ускоренных испытаний насоса в составе гидропривода / Ю.В. Сергеев, С.Ю. Умеренкова // Вооружение Технология Безопасность Управление: материалы IV межотраслевой

конференции аспирантов и молодых ученых. В 3 ч. Ч. 2. - Ковров: ГОУ ВПО «КГТА им. В .А. Дегтярева», 2009. - С. 52-60 (соискатель - 80%).

7. Сергеев, Ю.В. Метод полного факторного эксперимента в обработке результатов испытаний на изнашивание деталей гидромашин / Ю.В. Сергеев // Вооружение Технология Безопасность Управление: материалы V научно-технической конференции аспирантов и молодых ученых. В б ч. Ч. 1. - Ковров: ГОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярева», 2010. - С. 246-257.

8. Сергеев, Ю.В. Исследование износа деталей гидромашин методом поверхностной активации / Ю.В. Сергеев // Гидропневмоавтоматика и гидропривод - 2010: сб. науч. трудов. - Ковров: ГОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярева», 2010,-С. 45-52.

9. Сергеев, Ю.В. Методика ускоренных испытаний гидропередач и их элементов и ее экспериментальная проверка / Ю.В. Сергеев // Научные и методические исследования института - техническому и культурному прогрессу: материалы XVI научно-технической и научно-методической конференции КТИ. - Ковров: КТИ, 1993. - С. 124-125.

10. Сергеев, Ю.В. Определение параметров режима ускоренных ресурсных испытаний гидромашин с помощью метода поверхностной активации / Ю.В. Сергеев // Гидромашиностроение. Настоящее и будущее: материалы Международной научно-технической конференции. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - С. 60-61.

Н.Сергеев,Ю.В. Ускоренные форсированные испытания гидравлических машин и агрегатов / Ю.В. Сергеев, В.К. Кутузов // XVI Туполевские чтения: материалы международной молодежной научной конференции. -Казань: КГТУ, 2008. - С. 221-222 (соискатель - 80%).

Авторское свидетельство СССР

12.А.С. № 1705615 СССР, МКИ3 К 15 В 19/00. Способ ускоренных испытаний гидропередач и их элементов / П.Ю. Балашов, А.Н. Густомясов, В.Ю. Круглов, М.А. Маранцев, Ю.Б. Орлов. А.Ю. Рыбаков, Ю.В. Сергеев. -№ 4711455/29; заявл. 29.06.89; опубл. 15.01.92, Бюл. №2.-2 с. (соискатель -20%).

Личный вклад соискателя:

[I] - методика ускоренных испытаний гидромашин и рекомендации по формированию режимов испытаний АПГМ; [2], [11] - выбор и обоснование наиболее значимых факторов при проведении ускоренных испытаний; [3], [5], [6], [9] - методика определения коэффициента ускорения испытаний АПГМ, проведение испытаний; [4] - анализ методов ускорения испытаний гидромашин, определение коэффициента ускорения испытаний; [7] - результаты экспериментальных исследований износа в распределительной паре АПГМ методом ПФЭ; [8], [10] - особенности применения МПА при исследовании износа деталей гидромашин; [12] - учет влияния периодического нагружения на ускорение испытаний гидромашин и гидропередач.

Изд. лиц. № 020354 от 05.06.97 г. Подписано в печать 24. 10. 2011 ] Формат 60x84/16. Бумага писчая №1. Гарнитура «Тайме». Печать офсетна? Усл.печ.л. 1,16. Уч.-изд.л. 1,21. Тираж 100 экз. Заказ № 856.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярева» 601910, Ковров, ул. Маяковского,19.

61 12-5/1236

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ковровская государственная технологическая академия имени В.А.Дегтярева»

На правах рукописи

УДК 621.22

Сергеев Юрий Васильевич

УСКОРЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ГИДРОМАШИН

Специальность 05.02.02 - машиноведение, системы приводов и детали машин

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор заслуженный изобретатель РСФСР, Лауреат Государственной премии СССР Кутузов Владимир Кузьмич

Ковров 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ УСКОРЕНИЯ

ИСПЫТАНИЙ ГИДРОМАШИН И ГИДРОПРИВОДОВ..... 11

1.1. Виды испытаний гидроприводов и их элементов............ 11

1.2. Методы ускорения испытаний и способы их реализации..... 20

1.3. Основные принципы ускорения испытаний................ 26

1.4. Способы испытаний гидроагрегатов, гидроприводов и их элементов............................................... 27

1.5. Способы контроля окончания ресурсных испытаний........ 31

1.6. Методы диагностирования технического состояния гидроприводов и их элементов................................... 34

1.7. Выводы по главе....................................... 37

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ

ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПАРЫ ТРЕНИЯ «БЛОК ЦИЛИНДРОВ -РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ» АПГМ ОТ РАБОЧИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРА НАГРУЖЕНИЯ ГИДРОМАШИНЫ..................................... 39

2.1. Особенности конструкции АПГМ с двойным несиловым карданом ................................................ 39

2.2. Физическая модель торцевого распределительного устройства АПГМ............................................... 42

2.3. Анализ результатов испытаний АПГМ второй гаммы на гарантийную наработку................................... 48

2.4. Вывод формулы для определения долговечности пары трения «блок цилиндров - распределитель»...................... 53

2.5. Основные положения усталостной теории износа........... 55

2.6. Зависимость износа в паре трения «блок цилиндров - распределитель» от времени работы узла........................ 58

2.7. Влияние нагружения на процесс изнашивания................. 62

2.8. Влияние физико-механических и фрикционных свойств материалов, относительной скорости и температуры в зоне трибо-логического контакта на трение и изнашивание................65

2.9. Выбор и обоснование значимых параметров нагружения при проведении ресурсных испытаний АПГМ, влияющих на износ пары «блок цилиндров - распределитель»................. 69

2.10. Выводы по главе....................................... 73

ГЛАВА 3. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ АПГМ........................................ 75

3.1. Зависимость продолжительности ускоренных ресурсных испытаний от параметров режима нагружения гидромашины. ... 75

3.2. Методика определения продолжительности ускоренных форсированных испытаний................................. 81

3.3. Пример расчета продолжительности ускоренных ресурсных испытаний для АПГМ № 1,5-П.......................... 82

3.3.1. Расчет коэффициентов в формулах для определения продолжительности ускоренных испытаний АПГМ № 1,5-П........ 83

3.3.2. Определение эквивалентных значений параметров нагружения

при нормальных испытаниях АПГМ № 1,5-П......................86

3.3.3. Назначение форсированных режимов нагружения для ускоренных испытаний АПГМ № 1,5-П ....................... 87

3.3.4. Определение продолжительности ускоренных форсированных ресурсных испытаний АПГМ №1,5-11.................... 88

3.4. Способ ускоренных испытаний АПГМ и объемных гидропередач ................................................ 89

3.5. Методические особенности использования МПА для определения износа пар трения АПГМ.......................... 91

3.5.1. Общие положения.................................... 91

3.5.2. Рекомендации по применению МПА............................................94

3.5.3. Методика экспериментального исследования износа торца блока цилиндров АПГМ с помощью МПА..................................94

3.6. Методика экспериментального исследования влияния режимов нагружения АПГМ на их техническое состояние................97

3.6.1. Основные положения методики проведения исследования ... 97

3.6.2. Статистический анализ полученных результатов эксперимента 100

3.6.3. Формирование математической модели исследования..............101

3.7. Выводы по главе...........................................................102

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АПГМ ВТОРОЙ ГАММЫ В УСЛОВИЯХ УСКОРЕННЫХ СТЕНДОВЫХ

РЕСУРСНЫХ ИСПЫТАНИЙ........................................................104

4.1 Объект исследований........................................................104

4.2 Описание испытательной установки....................105

4.3 Результаты исследования влияния режимов нагружения АПГМ на износ пары «блок цилиндров - распределитель» ... 110

4.4 Результаты экспериментального исследования влияния режимов нагружения АПГМ на величину коэффициента ускорения ресурсных испытаний........................................................................122

4.5 Сравнение результатов ускоренных и нормальных ресурсных испытаний АПГМ..........................................................................130

4.6 Выводы по главе..................................................133

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................134

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ........................................136

ПРИЛОЖЕНИЕ 1..............................................................................................150

ПРИЛОЖЕНИЕ 2..............................................................................................152

ПРИЛОЖЕНИЕ 3..............................................................................................157

ПРИЛОЖЕНИЕ 4..............................................................................................176

ПРИЛОЖЕНИЕ 5.............................................................................180

ПРИЛОЖЕНИЕ 6..............................................................................................183

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Гидроприводы и агрегаты на их основе широко распространены в различных отраслях промышленности, станкостроении, энергетическом комплексе, в авиационной, военной, дорожно-строительной и прочих областях науки и техники, где требуются управляющие и силовые системы и устройства, обеспечивающие широкий диапазон регулирования мощности с малыми массогабаритными характеристиками при высоком КПД. Гидромашины являются основными элементами гидроприводов и определяют параметры их надежности. Жесткая конкуренция в условиях рыночных отношений, когда необходимо обеспечивать высокое качество разработок в кратчайшие сроки, вызывает необходимость непрерывного совершенствования конструкций и, соответственно, ускорения проектирования и освоения производства новых моделей гидромашин.

В жизненном цикле разнообразных изделий машиностроения и в том числе гидромашин и гидроприводов испытаниям отводится особая роль. Подавляющая часть временных затрат при проектировании, отработке и доводке изделий приходится на проведение испытаний. Рациональный выбор объемов и продолжительности проведения испытаний, а особенно поиск путей сокращения испытаний имеет важное научное и практическое значение. Ускорение испытаний - резерв снижения себестоимости продукции.

Внедрение ускоренных испытаний позволяет сократить период создания и доводки новых гидромашин и гидроприводов, сократить длительность и затраты на проведение периодических и технологических испытаний, ускорить внедрение мероприятий по увеличению надежности и ресурса гидромашин в процессе серийного производства.

Вместе с тем, обоснованное назначение режимов проведения ускоренных испытаний является сложной задачей, поскольку эксплуатация современных гидроприводов и агрегатов характеризуется большим разнообразием условий применения, широким диапазоном рабочих режимов, воздействием динамиче-

ских нагрузок, переменных условий окружающей среды и т.п., оказывающих существенное влияние на их надежность и ресурс. Еще одним важным вопросом применения ускоренных испытаний является подтверждение соответствия их результатов и результатов испытаний в нормальных условиях.

В связи с этим разработка научно-обоснованной методики, позволяющей определять продолжительность ускоренных испытаний гидромашин и назначать режимы нагружения, является актуальной задачей.

Цель исследования - разработка научно-обоснованной методики определения продолжительности испытаний в зависимости от параметров режима и характера нагружения гидромашин, разработка способа ускоренных испытаний АПГМ и средств для его реализации с целью сокращения продолжительности ресурсных испытаний АПГМ.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

- проведением анализа существующих методов ускорения испытаний, способов их реализации в приложении к АПГМ и способов диагностирования технического состояния гидромашин в процессе испытаний;

- выбором критерия окончания ускоренных ресурсных испытаний АПГМ и наиболее значимых параметров режимов нагружения гидромашин;

- разработкой уточненной зависимости долговечности распределительного узла АПГМ;

- разработкой математической модели износа в паре трения «блок цилиндров - распределитель»;

- разработкой методики определения коэффициента ускоренных ресурсных испытаний АПГМ;

- апробацией данной методики для конкретной гидромашины и проведением сравнительных ускоренных ресурсных испытаний;

- разработкой способа ускоренных испытаний АПГМ.

Методы исследования. В работе использовались основные положения теории роторных АПГМ, теории трения и изнашивания, средства вычислитель-

ной математики, методы математического моделирования, математические методы планирования многофакторного эксперимента, методы статистической обработки и анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- предложена модифицированная формула для определения долговечности пары трения «блок цилиндров - распределитель» АПГМ, позволяющая учитывать переменный характер нагружения гидромашин;

- разработана математическая модель, позволяющая определять величину износа в паре трения «блок цилиндров - распределитель» АПГМ в зависимости от параметров нагружения и продолжительности работы гидромашины;

- разработана методика ускоренных испытаний АПГМ, позволяющая определять продолжительность таких испытаний в зависимости от параметров режима и характера нагружения гидромашин.

Практическая ценность работы заключается

- в разработке научно-обоснованной методики определения продолжительности ускоренных ресурсных испытаний АПГМ, эффективность которой апробирована на конкретных гидромашинах;

- в разработке способа ускоренных испытаний АПГМ и объемных гидропередач при периодическом нагружении;

- в разработке конструкции испытательного стенда с комплектом специального измерительного оборудования для контроля износа торца блока цилиндров насоса с помощью МПА, благодаря которому реализована методика проверки сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований зависимости износа в паре «блок цилиндров - распределитель» АПГМ от параметров нагружения методом ПФЭ.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы использовались при подготовке программы и методики ускоренных ресурсных испытаний АПН с рабочим объемом 15 см3/об АЮИЖ.063234.020 на предприятии

ОАО «ВНИИ «Сигнал», г. Ковров и позволили сократить примерно в 5 раз время на проведение данных испытаний. Рекомендации по применению методов ускоренных испытаний АПГМ внедрены в виде «Методики определения времени испытаний гидромашин и гидропередач при периодическом нагружении».

Результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярева» в курсы дисциплин «Основы инженерного и научного эксперимента» и «Автоматизация испытаний ГМ», а также используются в учебно-исследовательских работах, курсовом и дипломном проектировании студентов, обучающихся по специальности 150802 «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались

- на международной научно-технической конференции «Гидропневмоавтоматика и гидропривод», Ковров, КТИ, 1995 г.; международной научно-технической конференции «Гидромашиностроение Настоящее и будущее», Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004 г.; международной молодежной научной конференции «XVI Туполевские чтения», Казань, КГТУ, 2008 г.; всероссийской научно-технической конференции «Исследование, проектирование, испытание и эксплуатация приборных устройств военной техники», Владимир, ВлГУ, 2008 г.; научно-технической конференции аспирантов и молодых ученых с международным участием «Вооружение Технология Безопасность Управление», Ковров, «КГТА им. В.А.Дегтярева», 2009, 2010 гг.;

- на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава Ковровского технологического института (Ковровской государственной технологической академии): Научно-техническая и научно-методическая конференция КТИ «Научные и методические исследования института - техническому и культурному прогрессу», Ковров, КТИ, 1993, 1995 гг.

Публикации. По материалам диссертационных исследований опубликованы 12 печатных работ, в том числе: 8 - научно-технических статей, 3 из кото-

рых в журналах, входящих в перечень рецензируемых изданий, рекомендованных ВАК; 1 - авторское свидетельство на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержащего общие выводы, списка литературы из 133 наименований, 6 приложений. Работа изложена на 183 страницах машинописного текста, содержит 11 рисунков, 22 таблицы.

В первой главе приводится обзор видов испытаний гидроприводов и их элементов, обзорный анализ методов ускорения испытаний и способов их реализации, приведены принципы ускорения испытаний. Представлен обзор способов контроля окончания ресурсных испытаний и методов диагностики технического состояния гидроприводов и их элементов.

Во второй главе представлен расчет зависимости долговечности пары трения «блок цилиндров - распределитель» от нагрузки, частоты вращения, геометрических параметров деталей, параметров шероховатостей контактирующих поверхностей, механических свойств материалов деталей с учетом стационарного и переменного характера нагружения. Проведен статистический анализ результатов нормальных испытаний АПГМ второй гаммы № 1,5-И. В формулу определения долговечности пары трения «блок цилиндров - распределитель» введена поправка, учитывающая переменный характер нагружения. Представлено выражение для описания зависимости величины износа в данном сопряжении от времени работы узла. Проведен выбор и обоснование наиболее значимых параметров режимов нагружения гидромашин, влияющих на износ и, следовательно, на долговечность работы данной пары трения.

В третьей главе приведено аналитическое выражение связи коэффициента ускоренных ресурсных испытаний АПГМ и режимов нагружения при статическом и динамическом характере нагружения. Представлена методика определения продолжительности ускоренных испытаний АПГМ и ее апробация для гидромашин №1,5-11. Предложен способ ускоренных испытаний АПГМ и объемных гидропередач при периодическом нагружении. Приведены методические

особенности применения МПА для определения износа деталей гидромашин. Представлена методика экспериментальных исследований методом ПФЭ влияния режимов нагружения АПГМ на техническое состояние гидромашин.

В четвертой главе приводятся описание объекта исследований, схемы и описания испытательной установки, выбор регистрирующей аппаратуры, результаты проведенных экспериментов, анализ экспериментальных данных, а также сравнение результатов ускоренных и нормальных испытаний АПГМ второй гаммы.

В приложениях содержатся результаты нормальных испытаний АПГМ второй гаммы № 1,5-II за восемь лет эксплуатации, исходные тексты программ для расчетов коэффициентов уравнений регрессии и статистического анализа полученных результатов экспериментальных исследований методом ПФЭ, реализованных в программе «МаЙгсас!», графики зависимости износа торца блока цилиндров от времени при различных параметрах нагружения, акты внедрения результатов работы.

Положения, выносимые на защиту:

- модифицированная формула для определения долговечности пары трения «блок цилиндров - распределитель» АПГМ;

- математическая модель износа пары трения «блок цилиндров - распределитель» АПГМ;

- методика определения продолжительности ускоренных испытаний АПГМ от параметров режима и характера нагружения гидромашин;

- способ ускоренных испытаний гидропередач и их элементов, его теоретическое обоснование;

- проверка сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований ускоренных ресурсных испытаний АПГМ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ УСКОРЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ ГИДРОМАШИН И ГИДРОПРИВОДОВ

В главе приводится обзор видов испытаний гидроприводов и их элементов, обзорный анализ методов ускорения испытаний и способов их реализации, приведены принципы ускорения испытаний. Представлен обзор способов контроля окончания ресу