автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Научные основы повышения надежности и обеспечения работоспособности гидроцилиндров повышенного типоразмера

На правах рукописи

Кобзов Дмитрий Юрьевич

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ГИДРОЦИЛИНДРОВ ПОВЫШЕННОГО ТИПОРАЗМЕРА

Специальность 05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и детали машин

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

005533891

3 ОКТ 2013

Томск 2013

005533891

Официальные оппоненты:

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Братский государственный университет».

Научный Ереско Сергей Павлович

консультант Заслуженный изобретатель РФ, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Основы конструирования машин» ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева», г. Красноярск Елисеев Сергей Викторович

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, директор института системного анализа и моделирования ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения», г. Иркутск Репин Сергей Васильевич

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Наземные транспортно-технологические машины» ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет», г. Санкт-Петербург Крауиньш Петр Янович

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Автоматизация и роботизация в машиностроении» ФГБОУ ВПО НИ «Томский политехнический университет», г. Томск

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)», г. Омск.

Защита диссертация состоится «18» октября 2013 года в 13.00 на заседании диссертационного совета Д 212.265.03 при ФГБОУ ВПО «Томский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу 634003, г. Томск, пл. Соляная 2, корпус 2, ауд. 303.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета: 634003, г. Томск, пл. Соляная 2, корп. 1, e-mail: klopotovaa@tsuab.ru.

Автореферат разослан: « // 2013 года

Учёный секретарь диссертационного совета д-р физ-мат. наук, доцент

1»

А. А. Клопотов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Экономическое развитие Российской Федерации и выход на мировые рынки промышленной продукции неразрывно связано с созданием высокоэффективных машин и оборудования, оснащенных гидравлическим приводом, обеспечивающим ряд существенных преимуществ: малые массу и габариты, возможность плавного бесступенчатого регулирования скоростей, упрощение процессов автоматизации и унификация, облегчение труда операторов, уменьшение времени рабочего цикла машины, увеличение усилия на рабочем органе, снижение нагрузок на элементы рабочего оборудования и металлоемкости конструкции в целом.

Однако, анализ эксплуатационной надёжности, произведенный по результатам обследований транспортно-технологических машин (ТТМ) в эксплуатации, показал, что отказы элементов гидравлического привода составляют половину от общего количества отказов, в гидроприводе максимальный процент отказов приходится на долю гидроцилиндров.

Существующая практика проектирования, устаревшие ГОСТы и обилие параметров, которые должен учитывать проектировщик не гарантируют системного обеспечения качества принимаемых проектных решений. Современные тенденции развития отечественного и зарубежного дорожного и строительного машиностроения включают рост единичных мощностей: машин и их полную гидрофика-цию, наряду с повышением качества и надёжносги. Применительно к гидроцилиндрам привода рабочего оборудования машин увеличение их единичных мощностей неразрывно связано с повышением уровня давления рабочей жидкости гидросистем, увеличением скорости и интенсивности перемещения штока и его хода, а следовательно, размеров гидроцилиндров.

Необходимость увеличения размеров связана с возрастанием эксплуатационных нагрузок, ухудшением условий и режима функционирования, что неизбежное приводит к снижению уровня их надёжности.

При использовании доминирующего принципа подобия конструкции не исключена вероятность создания заранее неработоспособного гидроцилиндра в связи с отсутствием критериев оценки работоспособности и надежности, позволяющих оценить целесообразность и возможность создания гидроцилиндров повышенного типоразмера.

Повышение уровня надёжности и обеспечение работоспособности гидроцилиндров повышенного типоразмера может быть достигнуто на этапе проектирования машин применением методов математического моделирования инвариантных решений, позволяющих имитировать эксплуатационные режимы работы и использовать многокритериальную оценку надёжносги: и работоспособности элементов конструкции гидроцилиндров с использованием программного обеспечения, реализующего данные модели на ЭВМ.

В силу вышесказанного, данная диссертационная работа посвящена созданию теоретических основ методологии повышения надёжности и обеспечения работоспособности существующих типовых и перспективных конструктивных схем гидроцилиндров повышенного типоразмера на этапе их проектирования и в процессе эксплуатации.

Результаты диссертационного исследования получены при выполнении тема-

тических планов госбюджетных научно-исследовательских работ Министерства образования и науки РФ (ГР №01890045279, №01910054187, №01980003263, №01200210508, №01200210512, N»01200706523) и хоздоговорной научно-исследовательской работы (ГР №01900052221), направленных на повышение надёжности и эффективности гидрофицированных технических объектов.

Объект исследования - гидроцилиндры повышенного типоразмера гидрофицированных ТТМ.

Предмет исследования: методы анализа, синтеза и проектирования конструктивных схем гидроцилиндров, учитывающие условия эксплуатации, рабочий процесс, режим работы, конструктивные параметры и параметры нагружения, а также критерии несущей и герметизирующей способностей, характеризующие надёжность и работоспособность гидроцилиндров повышенного типоразмера.

Цель работы: повышение надёжности и обеспечение работоспособности гидроцилиндров повышенного типоразмера путём аналитического описания и исследования их несущей и герметизирующей способностей с учётом характеристик, определяющих условия эксплуатации, рабочий процесс, режим работы и параметры нагружения гидроцилиндров.

Реализация поставленной цели предполагает поэтапное решение следующего круга задач:

- разработка методологии комплексной оценки надёжности и работоспособности гидроцилиндра повышенного типоразмера, описывающей условия, при которых данный технический объект гарантировано работоспособен для принятого уровня надёжности;

- анализ и формализация описания условий эксплуатации, рабочего процесса, режима работы и параметров нагружения гидроцилиндров ТТМ;

- разработка математической модели несущей способности гидроцилиндра повышенного типоразмера;

- разработка математической модели герметизирующей способности уплот-нительных узлов гидроцилиндра повышенного типоразмера.

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

1. Функциональный анализ условий эксплуатации, рабочего процесса, режима работы и параметров нагружения гидроцилиндров, описывающий, в отличие от предыдущих работ, эксплуатационное перемещение штока, угол наклона гидроцилиндра к поверхности тяготения, интенсивность использования его во времени, а также статические и динамические нагрузки, нагрузки, обусловленные кинематикой привода рабочего оборудования гидрофицированной ТТМ, а также дополнительные нагрузки, вследствие эксплуатационной деформации гидроцилиндра.

2. Математическая модель несущей способности гидроцилиндра повышенного типоразмера, учитывающая текущие и предельные прочностные характеристики материалов штока, гильзы (корпуса), поршня и направляющей втулки, и разработанный критерий работоспособности гидроцилиндра по несущей способности, ограничивающий 6-тигранной критериальной поверхностью массив основных его параметров в трёхмерном пространстве, в границах которого он гарантировано работоспособен.

3. Математическая модель герметизирующей способности уплотнительных

узлов гидроцилиндра повышенного типоразмера, учитывающая радиальное и/или угловое смещения элементов уплотняемых сопряжений, и разработанный критерий работоспособности гидроцилиндра по герметизирующей способности, ограничивающий 2-хгранной критериальной поверхностью массив основных его параметров в трёхмерном пространстве, в границах которого он гарантировано работоспособен.

4. Критерий надёжности гидроцилиндра, ориентированный на реакции, возникающие в его подвижных герметизируемых сопряжениях и определяющие такие основные их триботехнические характеристики, как интенсивность изнашивания и возникающие при трении повышенные температуры, и ограничивающий 4-хгранной критериальной поверхностью массив основных параметров гидроцилиндра в трёхмерном пространстве, в границах которого гидроцилиндр обладает надёжностью.

5. Комплексный критерий надёжности и работоспособности гидроцилиндра повышенного типоразмера, представляющий собой совокупность критериев работоспособности по несущей и герметизирующей способностям, а также критерия надёжности, ориентированного на безотказность и долговечность, образующий совокупность 3-х многогранных критериальных поверхностей, каждая грань которой является пределом эволюции данного техшгческого объекта, создающих пространство, внутри которого он гарантировано работоспособен для принятого уровня надёжности.

6. Методология оценки целесообразности создания перспективного гидроцилиндра повышенного типоразмера или модернизации существующего, основанная на определении расположения вершины вектора основных параметров проектируемого гидроцилиндра относительно конкретной критериальной поверхности, что позволяет выбрать направление модернизации.

7. Теоретические основы методов диагностирования гидроцилиндров по параметрам их несущей и герметизирующей способностей.

Практическая ценность работы:

1. Разработан алгоритм и программная реализация на ЭВМ методики исследования и оценки конструктивно-технологических и эксплуатационных параметров существующих и проектируемых перспективных конструктивных схем гидроцилиндра с учётом характеристик, определяющих условия его эксплуатации, рабочий процесс, режим работы и параметры нагружения, а также с учётом разработанных в работе критериев работоспособности и надёжности.

2. Разработаны теоретические основы метода безразборного измерения зазоров в подвижных герметизируемых сопряжениях гидроцилиндра, в том числе при наличии эксплуатационного искривления его длинномерных элементов с патентованием новых технических решений.

3. Разработаны основы метода испытания гидроцилиндра по параметрам герметизирующей способности с использованием традиционных и нетрадиционных рабочих сред (газов) с патентованием новых технических решений.

4. Запатентованы и апробированы новые конструкции гидроцилиндров повышенного типоразмера.

Реализация работы. Основные результаты работы внедрены: в ЗАО «НИИСтройдормаш» (г. Красноярск); в Научно-техническом центре «Гидротранс»

(г. Санкт-Петербург); в Научно-исследовательском и производственном объединении электронной техники и машиноведения (г. Улан-Батор, Монголия); в государственной строительной компании «Сонстолен-Бармат» (г. Улан-Батор, Монголия), а также используются в образовательном процессе в ФГБОУ ВПО «Братский государственный университет», и Монгольском государственном университете науки и технологии (г. Улан-Батор, Монголия), о чём свидетельствуют имеющиеся акты внедрения.

Обоснованность и достоверность научных положений, рекомендаций и выводов подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями, опирающимися на основные положения механики, теории механизмов и машин, общей теории надёжности и технической диагностики, гидравлики, теоретической и прикладной механики, сопротивления материалов, а также удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведённых с использованием оригинальных моделей и технологий с обработкой результатов исследований методами математической статистики при использовании стандартных программ Microsoft Excel, MathCAD v. 11, STATISTICA 6 и экспериментальных данных, полученных другими авторами, а также успешной апробацией полученных результатов на практике.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены: на Konferencja naukowo-techniczna na temet «Nowe technologie w budowie maszyn i re-generacji» Wyzsza szkola inzynierska im. Kazimierza Pulaskiego (Radom, Polska, 1989), на 2nd International Machinery Monitoring & Diagnotics Conference & Exhibit (Los Angeles, CA, USA, 1990), на International conference on Advanced technology and Equipment of Materials Handing ATEMH'94 (Shanghai, P.R.China, 1994), на 2nd International Conference on Material Handling & 15th International Conference on Automation in Warehousing ICMH/ICAW'97 (Beijing, P.R.China, 1997), на 3rd International Conference on Material Handling & International Conference on Freight Pipeline (Shanghai, P.R.China, 1999), на XII-XXII Научно-технических конференциях БрИИ-БрГТУ (Братск, 1991-2001), на Международной научно-практической конференции «Математическое моделирование в образовании, науке и производстве» Приднестровского ГУ (Тирасполь, 2001), на Межрегиональных научно-технических конференциях БрГТУ-БрГУ «Естественные и инженерные науки -развитию регионов» (Братск, 2002-2005), на Всероссийской научно-технической конференции СибАДИ «Роль механики в создании эффективных материалов, конструкций и машин XXI века» (Омск, 2006), на I международной научно-практической конференции МУНТ «Нынешнее состояние, проблемы и перспективы развития металлургии, машиностроения» (Улан-Батор, Монголия, 2006), Международной выставке-ярмарке «Идеи, изобретения, инновации», «IENA» (Нюрнберг, ФРГ, 2007, 2012), на IX Окружной конференции молодых учёных Сур ГУ ХМАО «Наука и инновации XXI века» (Сургут, 2009), на International conference: Mechanics Development Issues. (Ulaanbaatar, Mongolia, 2009, 2012), на Международных конференциях «Проблемы механики современных машин» ВСГТУ (Улан-Удэ, 2000, 2009), на Всероссийских научно-технических конференциях БрГУ «Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири» (Братск, 20082010), на Межрегиональной научно-технической конференции с международным участием «Механики XXI веку» (Братск, 2002-2011), на Международной научно-

практической конференции «Актуальные проблемы науки» (Тамбов, 2011), на Международных научно-технических конференциях Белорусско-Российского университета «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии» (Республика Беларусь, Могилёв, 2006, 2011), на 16-й Международной конференции «Решетневские чтения» (Красноярск, 2012), на II International Research and Practice Conference (Munich, Germany, 2012), на международной научно-практической конференции «Прогрессивные методы обеспечения работоспособности транс-портно-технологических средств, организации автотранспортных услуг и дизайна современных автомобилей» (Саратов, 2013).

Публикации. По теме диссертации в РФ и за рубежом опубликовано 274 научные работы, в том числе монографий - 7, в изданиях из перечня ВАК - 29, депонированных отчётов и разделов в депонированных отчётах по НИР - 43, авторских свидетельств СССР - 8, патентов РФ - 18.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов исследования, списка использованной литературы из 451 наименования. Объём работы составляет 371 страницу, 107 рисунков, 5 таблиц и 219 страниц приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность и раскрыта суть рассматриваемой проблемы, приведены общие положения и сформулирована цель исследований.

В первой главе на основе достижений отечественных и зарубежных учёных Абрамова Е.И., Алексеевой Т.В., Башты Т.М., Бедрина С.Ф., Биргера И.А., Буренина В.В., Васильченко В.А., Вильнера Я.М., Голубева А.И., Ереско С.П., Кавер-зина C.B., Ковалёва Я.Т., Колесниченко К.А., Комарова A.A., Кондакова JI.A., Макарова P.A., Лозовского В.Н., Марутова В.А., Маслова В.Т., Наземцева A.C., Неймана В.Г., Никитина Г.А., Осипова П.Е., Павловского С.А., Прокофьева В.Н., Ры-бальченко А.Л., Свешникова В.К., Сырицына Т.А., Харазова A.M., Goldoftas T., Hunt R.E., Sullivan J.A. и многих других, внёсших вклад в развитие гидравлического привода и повышении его надёжности, проведён анализ конструкции гидро-фицированного рабочего оборудования современных ТТМ, рассмотрены варианты конструктивно-технологического исполнения и параметры применяемых на них гидроцилиндров, представлена статистика отказов и исследованы основные повреждения элементов гидроцилиндров ТТМ, предложены модель структурно- и причинно-следственных связей гидроцилиндра, граф причинно-следственных связей эволюции параметров гидроцилиндров в свете известной тенденции их развития, а также схема формирования показателей надёжности гидроцилиндра, проведён анализ существующих научных основ повышения его надёжности и обеспечения работоспособности, применительно к гидроцилиндру, рассмотрены некоторые закономерности описания эволюции действительных и перспективных технических объектов, сформулирована цель и определены задачи исследования.

Выше перечисленное позволило заключить:

- из 239 установленных схем привода исполнительных органов реальных гид-рофицированных технических объектов, содержащих более 500 гидроцилиндров и работающих в поле тяготения, большинство либо уже применяются, либо могут бьггь использованы в качестве привода рабочего оборудования современных ТТМ;

при этом 39,7% из них содержат один гидроцилиндр, 27,6% - два, 18,4% - три, 11,7% - четыре и 2,6% - пять, то есть, более 60% схем являются многозвенными, в большинстве которых функционирование как минимум одного гидроцилиндра прямо или косвенно влияет на рабочий процесс, режим работы и параметры на-гружения остальных; в них всего 9,2% гидроцилиндров в процессе работы привода не изменяют своего пространственного расположения, из них 7% приходится на долю схем с одним гидроцилиндром, а оставшиеся 2,2% - с двумя; в большинстве из схем при функционировании гидроцилиндра в опорах его корпуса (85,6%) и штока (88,6%) наблюдается силовой поворот либо силовое вращение опорных элементов; в 75,4% случаев гидроцилиндр с другими элементами привода образует треугольник, а в 22,2% - многоугольник; наконец, наибольшее распространение из всего многообразия типов гидроцилиндров имеют гидроцилиндры одно- и двустороннего действия с односторонним штоком, доля которых составляет 85%, одностороннего действия с односторонним штоком - 1%, двустороннего действия с двусторонним штоком - 0,5%, плунжерных - 10%, телескопических - 1% и мо-ментных гидроцилиндров - 2,5%;

- в качестве предмета дальнейших исследований работоспособности и надёжности гидроцилиндров ТТМ целесообразно принять гидроцилиндр двустороннего действия с односторонним штоком, как самый распространённый; рассматривать конкретный гидроцилиндр следует в совокупности с другими элементами привода; исследуя отдельно каждый гидроцилиндр многозвенного рабочего оборудования ТТМ, необходимо учитывать влияние на его рабочий процесс, режим работы и параметры нагружения остальных; следует принимать во внимание изменение его пространственного расположения, что позволяет описать статическое и динамическое нагружение гидроцилиндра; необходимо учитывать возникновение в опорах гидроцилиндра крутящего момента, вызванного силовым поворотом или вращением элементов сопряжений, что позволяет описать действующие на гидроцилиндр нагрузки, обусловленные кинематикой рабочего оборудования ТТМ; следует принимать во внимание эксплуатационную поперечную деформацию гидроцилиндра;

- основными документами, регламентирующими параметры гидроцилиндра, в разные периоды времени и в разных странах были ГОСТ 6540-68, СТ СЭВ 393682, ГОСТ 16514-96, а также ISO 2944, 3320, 3322 и 4393, в соответствии с которыми предполагалась возможность создания гидроцилиндров по основному и дополнительному рядам с номинальным давлениемр=(0,63 ... 63) МПа, с ходом поршня (штока) z=(4 ... 10000) мм, с диаметрами поршня £>/=(4 ... 900) мм и штока D2=(4 ... 900) мм, с соотношением площадей давления в поршневой и штоковой полостях ф=(1,06 ... 5,26); применительно к гидроцилиндрам ТТМ эти параметры лежат в диапазонах: р=(2,5 ... 40) МПа; z=(50 ... 2000) мм; В¡=(32 ... 250) мм; <р=(1,33 и 1,6); скорость перемещения штока не оговаривается, но лежит в диапазоне dz/dt={0,1 ... 1,0) м/с, а, применительно к ТТМ не превышает 0,5 м/с (Рисунок 1,2);

- количественный анализ парка одноковшовых гидрофицированных машин свидетельствует о росте их размерных групп и увеличении номинального давле-

Рисунок 1. Массив параметров гидроцилиндров, регламентируемых в разные времена и в разных странах и область параметров гидроцилиндров ТТМ.

Рисунок 2. Распределение выпускаемых гидроцилиндров по основным параметрам.

ния рабочей жидкости в гидросистеме, приводящему к росту действующих на гидроцилиндр нагрузок (рисунок 3);

- основным недостатком названых стандартов является отсутствие каких-либо рекомендаций для выбора комплекса основных конструктивных параметров гидроцилиндра из всего массива представленной в нём информации при создании конкретного гидроцилиндра, что не гарантирует достижение ожидаемого положительного эффекта в итоге;

- анализ эксплуатационной надёжности гидроцилиндров ТТМ выявил их низкую надёжность (60 ... 80% отказов от общего их числа по гидроагрегатам) из-за следующих повреждений: у штока: износ поверхностей штока, образование на ней очагов коррозии, рисок, царапин, за-диров и вмятин, искривление штока, срыв резьбы проушины; у корпуса (гильзы): появление эллипсности и конусности, образование на уплотняемой поверхности рисок, царапин и задиров, трещины и разрыв корпуса; у направляющих втулок и поршней: неравномерный по периметру и ширине износ трущихся поверхностей, образование на них царапин и задиров; у уплотнителей всех назначений: старение материала, неравномерный по периметру и ширине уплот-

нителя, износ герметизирующих поверхностей, появление на них рисок и царапин,

разрыв уплотнителя; у подшипников проушин: износ поверхностей скольжения, частичное или полное разрушение составляющих; у головки (гайки гильзы) - срыв резьбы; у проушины штока - срыв резьбы и обрыв проушин, что в комплексе свидетельствует о том, что работоспособность гидроцилиндра следует рассматривать как совокупность его несущей способности и герметизирующей способности уп-лотнительных узлов;

- ухудшающиеся с ростом типоразмера гидроцилиндра условия его функционирования в силу их неразрывной взаимосвязи с режимом работы и параметрами нагружения гидроцилиндра вызывают в процессе эксплуатации их совместную прогрессирующую деградацию, которая может достигать катастрофических масштабов в условиях роста интенсивности использования гидроцилиндра;

- существующие методы повышения надёжности и обеспечения работоспособности гидроцилиндра количественно весьма ограничены, а качественно явно не полны и не совершенны, так как их базу составляет субъективный выбор из основного и дополнительного рядов предпочтительности названных стандартов стохастической комбинации основных конструктивных параметров гидроцилиндра: £>/, От, риг без учёта ряда характеристик, определяющих условия эксплуатации, рабочий процесс, режим работы и параметры нагружения гидроцилиндра, его несущую и герметизирующую способности, а также надёжность и работоспособность гидроцилиндра в целом. В связи с этим известные методы представляются более необходимыми, но недостаточными, так как даже при устранении всех имеющихся недостатков можно обеспечить работоспособность гидроцилиндра с требуемым уровнем надёжности лишь в пределах старого качества, уравновесив факторы, достигшие ныне своих пределов, с теми, которые ещё не полностью реализованы, и, тем самым, целиком исчерпать старую количественно-качественную определённость, свойственную существующим гидроцилиндрам.

- при разнообразии технических объектов, их рабочих процессов, режимов работы и условий эксплуатации формирование параметров работоспособности и показателей надёжности на любом этапе их эволюции в направлении некоторой генеральной тенденции развития обязательно подчиняется объективным законам,

размерная группа

размерная группа

Рисунок 3. Распределение выпускаемых моделей гидравлических экскаваторов и номинального давления в их гидросистемах по размерным трупам машин.

пренебрежение коими на начальных стадиях создания конкретного объекта не гарантирует достижения ожидаемого положительного эффекта в итоге.

Достижение поставленной в диссертационной работе цели основано на следующих положениях, описывающих изменение технического состояния объекта:

- функционирование любого технического объекта неизбежно сопровождается изменением его структурных, функциональных, технико-экономических параметров и параметров сопутствующих процессов, определённым образом взаимосвязанных между собой;

- весь спектр этих непрерывных микрособытий целесообразно представлять моделью структурно- и причинно-следственных связей объекта;

- необратимые изменения всех вышеперечисленных параметров вызывают такое же необратимое негативное изменение технического состояния объекта, неизбежно сопровождающееся дискретными макрособытиями смены видов его технического состояния;

- названный комплекс микро- и макрособытий целесообразно отображать графом причинно-следственных связей эволюции всех вышеназванных параметров в свете известной тенденции развития технического объекта;

- полученная в итоге логическая матрица событий позволяет выявить максимальное число критериев технического состояния объекта, предельные количественные оценки которых непременно соответствуют наступлению интересуемого вида его состояния для принятого уровня надёжности, при этом следует стремиться к минимизации их количества и степени взаимного перекрытия при одновременном повышении значимости каждого и обеспечении охвата всей сетки событий комплексом т критериев;

- выявленный комплекс критериев следует отобразить в 1,4с мерной системе координат с результирующим вектором Я. возможного варьирования основными конструктивными параметрами те:снического объекта для конкретного рабочего процесса, режима работы и условий эксплуатации (рисунок 4);

- установленная в результате совокупность ш-критериальных поверхностей технического состояния, каждая из которых является собственно его мерой, образует замкнутое т-гранное пространство количесгвенно-качественной определённости объекта со свойственными закономерностями количественных изменений,

_ /К л к. 1) \ \

°2«Р>

Рисунок 4. Пространство гарантированной работоспособности гидроцилиндра с заданным уровнем его надёжности в гу£-мерной системе координат.

в рамках которого объект гарантировано работоспособен с заданным уровнем надёжности и может совершенствоваться в соответствии с изначально заложенными принципами и согласно свойственным ему объективным законам в направлении некоторой генеральной тенденции своего развития;

- сканируя из начала ¿¡.¿-мерной системы координат соответственно вектором Л, исходной информации множество точек критериальных поверхностей, образующих /я-гранное пространство, можно описать весь массив комбинаций конструктивных параметров технического объекта для конкретных эксплуатационных факторов, при которых он не соответствует требованиям работоспособности для ранее принятого уровня надёжности, при этом весь массив можно разделить на группы параметров, каждая из которых описывает конкретную криволинейную поверхность этого пространства;

- расположение вершины результирующего вектора Я. вблизи какой-либо грани указывает на мероприятия по дальнейшему совершенствованию объекта, направленные на непреодоление этого конкретного предела надёжности и/или работоспособности, при этом данные мероприятия могут быть экстенсивного либо интенсивного характера с той или иной степенью целесообразности осуществления, в независимости от порядка приближённости к этому пределу;

- если же, прогнозируя надёжность и работоспособность гидроцилиндра в будущем, умозрительно продолжать известный вектор исходной информации с поочередным пересечением всех т критериальных поверхностей в точках «х», то можно оценить перспективность и целесообразность конкретной генеральной тенденции развития данного технического объекта в будущем.

Вторая глава посвящена исследованиям условий эксплуатации гидроцилиндров рабочего оборудования ТТМ, установлению характеристик их рабочего процесса и режима работы, выявлению и исследованию параметров статического и динамического нагружения, нагружения, обусловленного кинематикой привода рабочего оборудования ТТМ, а также нагрузок, действующих на гидроцилиндр вследствие его поперечной деформации в вертикальной плоскости с определением параметров их предельного нагружения в зависимости от действия комплекса нагрузок и отдельно по каждой.

Условия эксплуатации гидроцилиндров ТТМ подразделяются на две группы: внешние факторы окружающей среды и внутренние факторы состояния рабочей среды. Применительно к ТТМ, в первую группу факторов входят давление, температура, влажность и запылённость окружающего воздуха, а во вторую - чистота рабочей жидкости в гидросистеме ТТМ, её давление, температура, вязкость, плотность и газонасыщенность.

В зависимости от назначения и исполнения гидропривода температура окружающей среды может находиться в диапазонах: для полевого гидропривода традиционного исполнения -35 ... +35 °С с длительными периодами температур -15 ... +15 С; для северного исполнения - не ниже -55 °С; для тропического исполнения -10...+55 °С и для тропического исполнения во влажном климате +3 ... +45 °С. Являясь одним из наиболее активных факторов окружающей среды, температура существенно влияет на надёжность и работоспособность гидропривода. Так, её повышение ухудшает механические свойства большинства материалов, вследствие чего падает значение модуля упругости, снижается предел прочности, интенсифи-

цируется процесс старения многих пластмасс и резиновых материалов, теряется вязкость пропиточных и смазочных материалов, окисляется масло. Низкая температура снижает прочность материалов, уменьшает их пластичность, повышает хрупкость, вызывает загустение смазки.

Влажность окружающего воздуха при эксплуатации ТТМ в условиях длительных осенних и весенних периодов с температурой -15 ... +15 °С или во влажном климате нередко находится вблизи 100% и также оказывает значительное влияние на работоспособность привода.

Рисунок 5. Расчётные схемы для определения характеристик пространственного расположения гидроцилиндров рабочего оборудования некоторых одноковшовых гидрофицированных ТТМ различного функционального назначения.

Запылённость воздуха при работе ТТМ, в зависимости от расстояния над поверхностью земли, колеблется в пределах 0,5 ... 2,1 г/м3. Большая доля частиц соизмерима с зазором в подвижных узлах гидроагрегатов, в результате чего забиваются дроссели и каналы, а твёрдость некоторых компонентов пыли значительно превосходит твёрдость материалов сопряжённых, деталей, вызывая их быстрый абразивный износ, способствуя появлению на движущихся уплотняемых поверхностях рисок, царапин и задиров.

Температура рабочей жидкости для гидроприводов большинства ТТМ лежит в диапазоне 30 ... 70° С, а её вязкость, применительно к ТТМ, составляет (10 ... 45)-10'6 м2/с при плотности, находящейся в пределах 850 ... 896 кг/м3.

Газонасыщенность рабочей жидкости оказывает негативное влияние на ди-

намические характеристики гидропривода и его элементов из-за уменьшения модуля объёмной упругости жидкости, что снижает жёсткость и устойчивости всего привода при отсутствии активных сопротивлений на его исполнительном гидроцилиндре.

Применительно к гидроцилиндру вышеперечисленные внешние и внутренние факторы в полной мере описывают условия его эксплуатации, являются объективными, случайными для конкретной ТТМ, а их неблагоприятное сочетание ускоряет возникновение отказа гидроцилиндра, в связи с чем, учитываются при исследовании его надёжности и работоспособности.

Рисунок 6. Возможные и рабочие диапазоны изменения пространственного расположения гидроцилиндров на примере рабочего оборудования одноковшового экскаватора.

К характеристикам рабочего процесса гидроцилиндра, шток которого осуществляет силовое возвратно-поступательное перемещение, а сам он в комплексе с рабочим оборудованием ТТМ совершает в пространстве гаюскопараллельное перемещение в гравитационном поле, отнесены угол его наклона к поверхности тяготения (горизонту) и рабочее перемещение штока гидроцилиндра с учётом на-гружения последнего эксплуатационным продольным сжимающим усилием.

Пространственное расположение гидроцилиндра, определяющее его статическое нагружение в поле тяготения, характеризуется, согласно разработанным расчётным схемам рабочего оборудования ТТМ (Рисунок 5), возможным диапазоном 0," изменения его пространственного расположения (Рисунок 6), который определяется кинематикой, размерами элементов рабочего оборудования и максимальной величиной хода г штоков рассматриваемого гидроцилиндра и всех, задействованных перед ним в комплексе, и описывается углами дня гидроцилиндров стрелы, рукояти и ковша, а также рабочим диапазоном в? его пространственного расположения (Рисунок 6), который лежит внутри возможного диапазона и определяется такими характеристиками рабочего процесса, как: рабочий ход гк штока, его связь с максимальным ходом г гидроцилиндра и давление р в его полостях и описывается углами ®РСГ К1 для конкретных значений при р/.

4

<5)35 «155

О"

Рабочий процесс гидроцилиндра с учётом его параметров £>/, Д?, р, z и ф отображён функцией

РРАБ=А\Р-*.<Ы&.Ъ\. (1)

Режим работы гидросистем ТТМ, а также силовых гидроцилиндров привода их рабочего оборудования определяется специфическими условиями выполнения конкретной машиной технологического процесса и характеризуется представленными в работе: коэффициентом использования ТТМ по времени, например в течение суток; коэффициентом интенсивности использования гидропривода в течение рассматриваемого промежутка времени; коэффициентом, учитывающим неустановившийся характер работы гидропривода; числом включений гидроприводаза час эксплуатации ТТМ; коэффициентами интенсивности использования гидроцилиндра в статическом и динамическом режимах под нагрузкой и без таковой; коэффициентом, учитывающим продолжительность моторного и насосного ходов

гидроцилиндра; суммарными про-должительностями времени соответственно выдвижения и обратного хода штока гидроцилиндра за один цикл работы гидропривода; коэффициентами продолжительности работы гидроцилиндра под нагрузкой соответственно в режиме моторного и насосного хода; суммарными продолжительностями времени работы гидроцилиндра под нагрузкой соответственно при выдвижении и вдвижении штока в течение одного цикла функционирования гидропривода конкретной ТТМ; коэффициентами интенсивности и концентрации нагрузки; коэффициентом долговечности, учитывающим переменность нагрузки по времени и срок службы гидроцилиндра и, наконец, собственно, нагрузкой, под которой подразумевается весь комплекс составляющих статической,

динамической нагрузки, а также нагрузки, обусловленной деформацией гидроцилиндра в процессе эксплуатации и кинематикой гидрофицированного привода рабочего оборудования ТТМ.

К статической нагрузке отнесены распределённая нагрузка qsi ... qs4 от веса длинномерных элементов гидроцилиндра в сборе, а также нагрузка от продольного сжимающего усилия создаваемого давлением р рабочей жидкости в поршневой полости гидроцилиндра, приложенного в опорах с эксцентриситетом ел$л ees и создающего дополнительные изгибающие моменты Mas и Mbs- Расчётная схема (рисунок 7) описывает оба стандартных варианта крепления гидроцилиндра на ра-

Рисунок 7. Расчётная схема нагружения гидроцилиндра статической нагрузкой.

бочем оборудовании ТТМ: на обеих проушинах или на цапфе корпуса и проушине штока. Результатом действия названного комплекса нагрузок является возникновение реакций Я^ и Ям опорах гидроцилиндра.

Для описания нагружения штока и корпуса по отдельности, а также для оцен-• ки функциональной деформации штока внутри корпуса гидроцилиндра использованы оригинальные расчётные схемы, позволяющие дополнительно оценить три-ботехнические характеристики контакта подвижных элементов гидроцилиндра в уплотняемых узлах трения «поршень - гильза» и «шток - направляющая втулка».

С учётом параметров £)/, Ц?, р, г и <р статическая нагрузка, действующая на гидроцилиндр, представлена функцией

1-стат (2)

К нагрузке, действующей на гидроцилиндр и обусловленной кинематикой привода рабочего оборудования конкретной ТТМ, относится возникающие в его

Рисунок 8. Расчётные схемы эксцентричного нагружения гидроцилиндра привода рукояти одноковшовой гидрофицированной ТТМ, на примере одноковшовых машин: 1 - экскаватор с обратной лопатой; 2 - экскаватор с прямой лопатой, погрузчик.

ментов опорных подшипников друг относительно друга, особенно в треугольных

эксцентриситетов в проушинах гидроцилиндра при различных направлениях поворота элементов опорных подшипников в процессе работы конкретной ТТМ.

ного приложения в опорах продольного сжимающего усилия, полный эксцентриситет еА,в которого является результатом суммы статического е^.а? и кинематического еЛ Вк эксцентриситетов (рисунок 9). Негативным проявлением действия этой нагрузки является возможный дополнительный рост реакций в подвижных герметизируемых сопряжениях гидроцилиндра. Анализ выражений для аналитического

представления полного, статического и кинематического эксцентриситетов, а также нагрузки, обусловленной кинематикой привода рабочего оборудования ТТМ с учётом параметров /3;, р, 2 и <р гидроцилиндра, оговариваемых ГОСТ 6540-68, СТ СЭВ 3936-82 и ГОСТ 16514-96, позволяет эту нагрузку отобразить функцией

^КИН =/з[О1.£>2,р,г,0]. (3>

Динамическая нагрузка, действующая на гидроцилиндр и возникающая в результате внезапного торможения многозвенного рабочего оборудования ТТМ при встрече с непреодолимым препятствием, удара им по трансформируемой среде либо резкого начала движения, представлена дополнительной распределённой по длине элементов гидроцилиндра поперечной цы(х) ... д^х) инерционной нагрузкой и изгибающими моментами Мм и Мы (рисунок 10). Характеристики движения УА В, Ул в, юс.р.к и соci.Pi.Ki рабочего оборудования ТТМ определены с учётом предложенных выражений для описания пространственного расположения гидроцилиндров для конкретного рабочего процесса по расчётным схемам (рисунок 1113).

На практике экспериментальному исследованию параметров движения подвергались гидроцилиндры рабочего оборудования наиболее динамичных ТТМ одноковшовых строительных экскаваторов П-У размерных групп при разработке

ими грунтов 3-4 категорий на строительных объектах Северо-запада России и Восточной Сибири. Лабораторные исследования проводились в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете, в университетах Лао Тогщ и Тог^ Л (Шанхай, КНР), а также в Братском государственном университете. Во всех случаях использовались высокочувствительные датчики, закреплённые на трапецеидальной рамке (рисунок 14) в трёх направлениях: вдоль гидроцилиндра (ось х), в вертикальной (ось у) и в горизонтальной (ось г) плоскостях. Последняя поочерёдно крепилась на корпусах гидроцилиндров рабочего оборудования (рисунок 15) ТТМ. Оператор машины с квалификацией не ниже 5-6 разряда в процессе эксперимента моделировал штатные и близкие к нештатным рабочие ситуации.

В процессе экспериментальных исследований динамики рабочего оборудования ТТМ установлено, что наибольшие ускорения по всем направлениям (оси х, у и £) возникают в гидроцилиндре рукояти, несколько меньшие значения ускорений

о, а ц, а

Рисунок 10. Расчётная схема нагружения гидроцилиндра динамической нагрузкой.

Рисунок 11. Расчётная схема для определения параметров движения рабочего оборудования многозвенной одноковшовой гидрофицированной ТТМ при оценке собственных скоростей движения элементов её рабочего оборудования.

имеют место у гидроцилиндра ковша и незначительные -

^рс

в гидроцилиндре стрелы.

Рисунок 12. Расчётная схема для определения параметров движения работающих гидроцилиндра рукояти и гидроцилиндра ковша при движущейся стреле, а также работающего гидроцилиндра ковша при одновременно движущейся рукояти многозвенной одноковшовой гидрофицированной ТТМ.

Анализ выражений для аналитического описания характеристик динамического нагружения гидроцилиндра рабочего оборудования ТТМ с учётом параметров £)/, О2, и ф позволил динамическую нагрузку представить функцией

¿ДЯЯ =/4|Р1.£>2../М&/А.г.®]- (4)

Рисунок 13. Расчётная схема для определения параметров движения работающего гидроцилиндра ковша при одновременно движущихся стреле и рукояти многозвенной одноковшовой гидрофицированной ТТМ.

В процессе функционального продольно-поперечного нагружения гидроцилиндра конкретной комбинацией нагрузок его длинномерные элементы деформируются в вертикальной плоскости до достижения устойчивого равновесия «деформация - нагрузка» с образованием у гидроцшшндра комплексного (полного) прогиба и, как следствие, возникновение дополнительного изгибающего момента, а также вызываемых им реакций в сопряжениях «шток - направляющая втулка» и «поршень - гильза» гидроцилиндра.

Рисунок 14. Трапецеидальная Рисунок 1:5. Расположение рамки на

рамка с вибродатчиками, гидроцилиндре ковша рабочего оборудования

установленными по осям х, у, г. одноковшового экскаватора.

Анализ выражений для аналитического представления дополнительной нагрузки, обусловленной деформацией гидроцилиндра, с учётом его параметров О/, Дг, р, г и (р позволил использовать функцию

£ДОП=/5[0\,02.Р,2,в]. (5)

В результате эксплуатационного воздействия на гидроцилиндр всего комплекса рассмотренных выше нагрузок параметры его нагружения в итоге определяются суммой всех её соответствующих составляющих. Примечательно, что статические реакции являются не только результатом действия распределённой нагрузки, но и реакций, вызванных действием эксцентрично приложенного продольного сжимающего усилия. Кинематические реакции создаются не только моментом трения, но и моментом от продольного усилия и возникшего кинематического эксцентриситета. Динамические реакции вызваны дополнительной распределённой динамической нагрузкой и реакциями от дополнительного изгибающего момента при торможении. Реакции, появляющиеся в результате функциональной деформации длинномерных элементов гидроцилиндра, вызваны действием момента от продольного усилия и собственно прогиба.

Параметры наибольшего нагружения гидроцилиндра с учётом распределения по длине гидроцилиндра всех эксцентриситетов найдены из трансцендентного вида условия максимума полного изгибающего момента, действующего на гидроцилиндр в результате его комплексного нагружения, применительно к координате опасного сечения, которое находится вблизи головки гидроцилиндра. Так как параметры динамического нагружения являются нежелательными, случайными и редко проявляющимися факторами, а величины изгибающих моментов, возникающих в опорах гидроцилиндра, практически не зависят от характеристик г и 0, определение параметров наибольшего нагружения гидроцилиндра базируется на анализе суммы изгибающих моментов от продольной и поперечной нагрузки с учётом эксплуатационной деформации гидроцилиндра.

В третьей главе в рамках исследования несущей (нагрузочной) способности гидроцилиндра конкретного конструктивного исполнения представлено аналитическое описание и проведено исследование напряжённо-деформированного состояния его элементов в результате эксплуатационного поперечного, продольного и продольно-поперечного нагружения отдельно каждой и всем комплексом выше установленных нагрузок.

Гидроцилиндр вследствие своих конструктивно-технологических особенностей, а также в результате эксплуатационного продольно-поперечного нагружения в поле тяготения деформируется в вертикальной плоскости (Рисунок 16) с возникновением у него полного прогиба ут{х), равного

Ут (х) = У а (х) + (х) + уу (х) + у8 (х) + уд (х) + ук(х) + уР(х) =

=Уто(х) + УР(х),

где: уа(х) - прогиб гидроцилиндра вследствие выборки технологических зазоров в его подвижных сопряжениях; у„(д:) - то же в результате возможного начального (технологического) искривления его длинномерных элементов при изготовлении; ут(х) - то же вследствие эксплуатационного (кумулятивного) искривления его штока; у8 (х) — то же из-за выборки дополнительных зазоров в результате радиальной деформации под давлением его корпуса; уе(х) — то же вследствие поперечного нагружения гидроцилиндра от действия весов его длинномерных элементов; У/, (х) - то же в результате наличия силового поворота в его опорных элементах, обусловленного кинематикой привода рабочего оборудования конкретной

TTM; yF{x) - то же вследствие его продольного нагружения при наличии вышеперечисленных напряжённых и ненапряжённых деформаций; Уто(х) ~ то же Д° приложения продольного сжимающего усилия.

Расчётные схемы и вид аналитических записей для оценки полного и всех составляющих прогиба гидроцилиндра, а также собственной деформации его длинномерных несущих элементов с учётом параметров D D2, р, z и <р позволили представлять деформацию гидроцилиндра функцией

DEF=fdPi.Di.p.z.e\. (7) El процессе работы гидроцилиндра его шток, совершая функциональные нозвратно-поступательные перемещения, поочерёдно подвергается сжатию и растяжению. При этом наибольшие отрицательные напряжения <ттш (.с) сжатия и аналогичные положительные сгтах(.х) растяжения являются ¡результатом действия на гидроцилиндр всего комплекса нагрузок, связанных с его основными параметрами £)/, D}, р, z и <р, а также кинематикой привода рабочего оборудования и пространственным расположением 0 гидроцилиндра. Для гидроцилиндров двустороннего действия с односторонним штоком справедливо неравенство |crmin (.г)()(сттах (х)(, то есть

Рисунок 16. Расчётные схемы для определения прогибов гидроцилиндра до и после его эксплуатационного продольно-поперечного нагружения, а также для оценки собственной деформации штока и корпуса.

цикл нагружения штока является явно знакопеременным и асимметричным с отрицательными средними напряжениями <тт(х) и амплитудой сга(х). Согласно модели усталостного разрушения, устанавливающей связь эквивалентных нормаль* *

ных напряжений аэкв(х) с знакопеременными оа(х) и постоянными ат(х) напряжениями в момент разрушения, в ks раз превышающими текущие напряжения сга(х) и сгт(х), условие прочности штока определяется переменными напряжениями сг,!,^ (х) = vor сжатия из-за постоянно возрастающего в процессе изнашивания поршня и направляющей втулки прогиба уа (х) гидроцилиндра, постоянными супшх (.г) = const растяжения и пределами выносливости его материала o_j и о// прочности при изгибе, уменьшенного в учётом статистического коэффициента ks запаса прочности до допускаемых напряжений [сг_1Я \ш. То есть, в результате

воздействия на гидроцилиндр внешних факторов и вследствие внутреннего функционального взаимодействия его элементов текущие функциональные напряжения (*)= ^гаш Л непостоянны во времени и непрерывно возрастают, достигая, по мере накопления эксплуатационных повреждений, своих предельных значений.

В процессе функционирования продольно и поперечно нагруженного гидроцилиндра его гильза (корпус) подобно штоку подвержена воздействию повторяющихся переменных положительных напряжений. Напряжённо-деформированное состояние гильзы гидроцилиндра отображается напряжениями ег^^х) растяжения, описываемыми четвёртой теорией прочности с учётом напряжений ^Д*). ау и ст., соответственно характеризующих переменные по оси X гидроцилиндра осевые напряжения и независимые от расположения рассматриваемого сечения гильзы окружные и радиальные. Первые представлены суммой постоянных и переменных во времени кумулятивных напряжений. При этом на практике следует стремиться к тому, чтобы напряжения сг^ (х) уменьшались по мере роста

напряжений <тх(г), а последние находились вблизи значения (ст,, +аг)/2 и не превышали величины (ст„ + егг). Если же имеет место <тД;с)<(сг, + <т,), то наиболее опасным случаем, надо полагать состояние, при котором сг, {х) = 0. Присутствие дискриминанта указывает на наличие предела распространения исследуемой функции егтах(х). С учётом модели разрушения условие безотказного состояния гильзы гидроцилиндра определяется кумулятивными напряжениями аг(х)=ах(х) = уог и коэффициентом запаса прочности. То есть, в результате воздействия на гидроцилиндр вышеопределённых внешних факторов и внутреннего функционального взаимодействия его элементов, текущие эксплуатационные напряжения <т1(х) = сгх(х) непостоянны во времени и непрерывно возрастают, неизбежно достигая по мере накопления эксплуатационных повреждений своих предельных значений.

Напряженное состояние элементов поршневого и штокового герметизируемых сопряжений гидроцилиндра, а именно: поршня в сопряжении «поршень -гильза» и втулки в сопряжении «шток - направляющая втулка» характеризуется парами напряжений <зтахПЭ и [<*см]п Д™ поршня, а также <ттахЯВЯ и

\рсм ]цв для направляющей втулки. В первом случае учитывается эксцентричное смещение элементов сопряжения, а во втором - угловое, так как из-за эксплуатационной деформации гидроцилиндра в сопряжении «поршень - гильза» угол между поршнем и гильзой уменьшается до нуля, а в сопряжении «шток - направляющая втулка» - значительно увеличивается, что значительно ухудшает условия функционирования этого сопряжения.

Вид аналитических записей для оценки напряжений несущих элементов гидроцилиндра и подвижных элементов его уплотняемых сопряжений с учётом параметров О/, £>?, р,г и ф позволил представить их функциями для гильзы, штока, направляющей втулки и поршня, соответственно:

ЯГ = (8)

(9)

^НВ =/9[й-02 ^у1сЬс,р,г,&\, (10)

=Ло[А^2.Р.г,0]. (11)

Проведённые экспериментальные исследования имели своей целью проверку положений вышеописанного аналитического исследования напряжённо-деформированного состояния гидроцилиндра и его конструктивных элементов и проводились как в условиях эксплуатации при исследовании характера повреждений, так и в лабораторных условиях с использованием существующих стендов, а также специально разработанных оригинальных приспособлений (рисунок 17, 18) и моделей.

Рисунок 17. Д:„г::сст::-:сс:;сс для контроля угловой несоосности несущих длинномерных элементов гидроцилиндра в условиях эксплуатации.

Рисунок 18. Лабораторная установка для исследования угловой несоосности штока и гильзы гидроцилиндра, обусловленной наличием зазоров в сопряжениях.

Проверка положений третьей главы относительно взаимосвязи зазоров в подвижных герметизируемых сопряжениях гидроцилиндра и угловой несоосности его штока и корпуса (гильзы) проводилась с использованием контактного диагностического устройства (рисунок 17), а также лабораторной установки, в основу которой положен контроль величины магнитного сопротивления воздушного зазора между датчиком и поверхностью штока по запатентованной технологии (рисунок 18). Проверка положений третьей главы с использованием оригинальной модели гидроцилиндра из оптически прозрачного материала проводилась: относительно радиальной деформации под давлением его гильзы (рисунок 19), относительно поперечной деформации гидроцилиндра в результате силового поворота элементов опорных подшипников (рисунок 19), относительно поперечной деформации гидроцилиндра при его продольном и продольно-поперечном нагружении (рисунок 20), относительно деформации штока внутри гидроцилиндра при его продольном нагружении (рисунок 20).

Положения аналитического исследования нашли своё подтверждение в процессе экспериментальных исследований в условиях эксплуатации при изучении распределения стрелы остаточной деформации (прогиба) штока по его длине (рисунок 21). Экспериментальное исследование механизма образования эксцентриситета в опорах гидроцилиндра проводились методом поляризации света с использованием модели, выполненной из оптически прозрачного материала на лабораторной установке (рисунок 22, 23).

и

исследования радиальной деформации корпуса гидроцилиндра под давлением при приложении крутящего момента в опоре.

Рисунок 20. Принципиальная схема и фрагменты экспериментального исследования продольного прогиба гидроцилиндра и деформации штока внутри корпуса.

Рисунок 21. Искривлённые штоки гидроцилкндров рабочего оборудования и механизма поворота самоходного скрепера (Д> =0,055 м).

Проведённые экспериментальные исследования в своём большинстве носили качественный характер и не имели своей целью установление эмпирических зави-

симостей исследуемых процессов, а полученные численные результаты имеют отклонение от теоретических в пределах от 4% до 8%, что вполне соответствует цели и условиям экспериментов.

Рисунок 22. Лабораторная установка для исследования механизма образования эксцентриситета в опорах, гидроцилиндра методом поляризации света.

Рисунок 23. Фрагменты экспериментального исследования механизма образования эксцентриситета в проушине гидроцилиндра в лабораторних условиях.

В четвёртой главе в рамках исследования герметизирующей способности (герметичности) уплотнительных узлов возвратно-поступательного перемещения (движения) на основе анализа многочисленных работ отечественных и зарубежных учёных представлено уточнённое аналитическое описание и исследование рабочего процесса уплотнителя в условиях повреждённого контртела, применительно к цели и задачам данных диссертационных исследований.

В соответствии с этим проанализировано состояние теории и специфики рабочего процесса уплотнительных узлов гидроцилиндров ТТМ, произведён анализ влияния состояния поверхности контртела, а также его радиального (эксцентричного) и углового смещения на герметизирующ>то способность уплотнительных узлов гидроцилиндра с описанием соответствующих утечек в сопряжениях «поршень - гильза» йупиг и <2упэг и «шток - направляющая втулка» <2упмш >

0.упэш и <2упн • Экспериментальная проверка сделанных аналитических уточнений проводилась с учётом соответствия режимов лабораторных испытаний эксплуатационным условиям с установлением уровней варьирования исследуемых факторов при планировании экспериментальных исследований на лабораторном оборудовании с использованием традиционной и нетрадиционной рабочих сред на основании известной и запатентованной технологий.

Вид аналитических записей для оценки наружных утечек и внутренних пере-

течек рабочей жидкости через его уплотняемые сопряжения с учётом параметров

А?, р, г и ф позволил представить их функциями:

ОУПМш =/11 [^2 :р;<Ь/А]; (12)

ОУПЭщ =/п[1>2:р]\ (13)

оупнш =Ьг\ог;р;Лу/<1хЛг/ь\, (14)

вУПМГ =/14 \Р1.-р;<Ь/Л]; (15)

<2УПЭГ =/15[01.р]. (16)

Пятая глава посвящена созданию комплексной характеристики основных параметров гидроцилиндра, условий его эксплуатации, рабочего процесса, режима работы и параметров нагружения, применительно к гидроцилиндрам ТТМ, критерия работоспособности гидроцилиндра отдельно по его несущей способности и герметизирующей способности его уплотнительных узлов, а также комплексного критерия надёжности и работоспособности гидроцилиндра.

С целью минимизации числа основных параметров £>/, й2, р, гиф гидроцилиндра при максимальной суммарной информативной значимости целесообразно принять комплексную характеристику Д/ основных параметров гидроцилиндра в виде (рисунок 4)

Я,- =/1б[Д2(ф)-/>Д (17)

и обозначить её вектором

{<?\р.*\ (18) применительно к декартовой системе координат с осями: абсцисса - орди-

ната - г, аппликата—р.

Параметр Дг(ср) принят в качестве основного диаметрального размера гидроцилиндра, так как его шток является наиболее нагруженным элементом, а коэффициент <р связывает диаметр £>/<р) с отсутствующим в векторе Д диаметром поршня записью

А2 (19)

Ф-1

что, несомненно, придаёт комплексной характеристике параметров гидроцилиндра законченную форму, отвечающую требованиям необходимости и достаточности для данного технического объекта.

С позиции работоспособности гидроцилиндра из перечисленных во второй главе характеристик целесообразно выделить следующие: давление р рабочей жидкости; угол 0 наклона гидроцилиндра к поверхности тяготения и рабочее перемещение его поршня (штока), которое для большей достоверности оценки работоспособности гидроцилиндра необходимо представить величиной полного хода поршня г; скорость его движения сЬ/Ж, определяемая характеристиками насосной установки ТТМ и диаметрами поршня 0\ и штока £Ь; все поперечные нагрузки, действующие на гидроцилиндр, тем или иным образом через удельный вес материалов элементов гидроцилиндра связанные с его основными параметрами А, £)2 и г. При этом, все продольные нагрузки, кроме уже перечисленных величин, дополнительно определяются давлением р жидкости в полостях гидроцилиндра. С

учётом этого комплексная характеристика условий эксплуатации, рабочего процесса, режима работы и параметров нагружения гидроцилиндров ТТМ представлена записью

&к = /п[Огк(20) Несущая способность, под которой подразумевается способность гидроцилиндра выполнять возложенные на него по назначению функции без возникновения у него и его конструктивных элементов критических напряжений и деформаций, описывается, применительно к продольно-поперечно нагруженному гидроцилиндру для ¡-того текущего момента времени по отношению к текущим <т,(х), у,{х) и допускаемым [<т], \у(х)] напряжениям и деформациям, соответственно неравенствами

<г,«<М; (21)

уХх)<Ых)]. (22)

Отсюда, комплексный критерий 1Уогк(ис) работоспособности гидроцилиндра по несущей способности представлен системой (23)

\.°2(?>)•Р' 2<&} - 1я/; О Г [ОгС^.я.г.О] ^ [ор~\Г',

Work(HC) -

<Т,(*) =

Л(*>-

<Тпих ПЭ, lD2(<Р)>P,z,0] — [ОСМ 1яi Сщах НВН, [°2 (Р). Р. г, ®] ^ [&СМ \нв \ ут[D2(fp),p,z,@] <[уз~\ш', УТ [Ог{<Р),Р>2®]^1Уз}ш-

(23)

в которой: [a.ijilui, [ар]г, [oaAn, Wcm]hb - предельные характеристики прочности материалов штока, гильзы (корпуса), поршня и направляющей втулки, соответственно.

Величины: а ш.[Ог((р),р,х,Щ, or.[Dz((p),p,z,G>}, сттахт. [D2(í9),p,z,0] и CTmaxWa/í [02(«p),p)Z)Q], соответственно их i-тые значения для проектируемого

гидроцилиндра, рассчитанные с учётом характеристики условий эксплуатации, рабочего процесса, режима работы и параметров нагружения гидроцилиндров. При этом абсцисса* является координатой опасного сечения.

Применительно к поршню и направляющей втулке абсциссу х необходимо полагать равной координате приложения действующей в сопряжении нагрузке, то есть (/0 + z) и (/i +/2), соответственно.

Касательно полного прогиба гидроцилиндра yT.[D2{<p),p,z,Q], абсциссу х,

как и в первом случае с напряжениями, для вновь проектируемого гидроцилиндра следует принимать равной величине (/0 + z), то есть координате опасного сечения,

лежащей на участке штока.

Для гидроцилиндров исполнения 2 (б) - проушина на штоке, цапфа на корпусе - критерий работоспособности штока целесообразно описывать собственной его деформацией уТш [D2(p),p,z,0] в точке её максимального значения. При этом в

обоих случаях текущие прогибы ут.[02(<р),р,г,@] и уТшсн. [О2(?>).Р,г,0] должны

ограничиваться значением деформации [уз]ш, соответствующим моменту возникновения заклинивания штока в корпусе гидроцилиндра

Таким образом, комплексный критерий 1¥агк(НС) работоспособности гидроцилиндра по несущей способности согласно записи (23) ограничивает пространство в системе координат с осями, соответствующими основным параметрам гидроцилиндра: Дг(ф) - абсцисса, г - ордината, р - аппликата, 6-тью критериальными поверхностями:

,и]ш ~<*Щ [1>г(9),Р,г,0] = О;

[ст/>]г -стг [Д2((»),р,7,0] = О;

1л - ^тах лэ, [¿>2 (?>)> Р. г.0] = 0;

\PCM~\HB -<?тахНВН [02(<р),с1у/¿х, р,г,в] = 0; <24)

[Уз]ш ~УТ [°2(?').Р,г,0] = О; /

[Уз]ш-УТшсн [¿>2(¥>).Р.2,0]=О.

I

Вершина вектора Л,- =[£>2 основных параметров гидроцилиндра при

выполнении всех вышеперечисленных условий сканирует эту б-тигранную критериальную поверхность, а близость её к конкретной при планируемых характеристиках [£>2 (ф), распределяет возможность и целесообразность создания перспективного гидроцилиндра или модернизации существующего по критерию несущей способности.

Герметизирующая способность, под которой подразумевается способность уплотнительных (герметизируемых) узлов гидроцилиндра исключать наружные утечки и внутренние перетечки рабочей жидкости при работе гидроцилиндра, описывается, применительно к продольно-поперечно нагруженному гидроцилиндру для ¿-того текущего момента времени по отношению к текущим Qi и допускаемым [<2] утечкам (перетечкам) рабочей жидкости неравенством

6« * Ы- (25)

С учётом этого комплексный критерий И^го работоспособности гидроцилиндра по герметизирующей способности целесообразно записать следующим образом

IV

оН-(ГС) ■

"I

оупнш

(26)

'Н^Кш Г1'

где: ()упм, (2упэ и ()упн - утечки, учитывающие соответственно влияние состояния

повреждённой подвижной уплотняемой поверхности, а также влияние радиального и углового смещений основных элементов уплотнительных узлов на их герметичность; [0\щ и [£?]/-- соответственно предельные значения утечки через штоко-вый уплотнительный узел и внутренней перетечки через поршневой, которые оговариваются требованиями ГОСТ 18464-87 «Гидроцилиндры. Правила приёмки и методы испытаний»; йутиАх)Ш - угол контакта штока с направляющей втулкой в точке 10+г), равный (Рисунок 27)

¿УТШ (*)/<& = ¿уТГ г (х)/ск- <1утшт О) / ■ (27>

Здесь: с1уТПу (*)/<& и ¿утши (х)/с1х - суммарные (полные) углы наклона сечений гильзы с направляющей втулкой и штока в точке их взаимного контакта. При этом в поршневом сопряжении этот угол в силу малости равен нулю.

С учётом этого комплексный критерий ИГолргэ работоспособности гидроцилиндра по герметизирующей способности, согласно записи (26), ограничивает пространство в той же системе координат, 2-мя критериальными поверхностями

Вершина вектора Я,- =[02(ф).Л2] основных параметров гидроцилиндра при выполнении всех вышеперечисленных условий сканирует эту 2-хгранную критериальную поверхность, а близость этой вершины к конкретной поверхности, как и в случае с несущей способностью, определяет возможность и целесообразность создания перспективного гидроцилиндра или модернизации существующего по критерию герметизирующей способности.

С позиции общей теории надёжности, гидроцилиндр следует рассматривать, как технический объект с такими деградирующими в процессе эксплуатации свойствами надёжности, как безотказность и долговечность.

Анализируя каждое из названных свойств надёжности в отдельности, отметим, что безотказность гидроцилиндра непосредственно определяется герметизирующей способностью его уплотнительных узлов и несущей (нагрузочной) способностью длинномерных элементов и соответственно должна определяться предлагаемыми выше критериями ¡Уагк(ГС) и 1Уогк(1ГС)-

Долговечность, применительно к гидроцилиндру, определяется его ресурсом по конкретной составляющей герметизирующей или несущей способности, а именно:

- по напряжениям в единицах измерения таковых:

(28).

СК/пи \ЕЬ(<р),р4ут /сЬсЛг/сН\

0УПМШ [02(<?),р.Л2/сИ\

¡л,

(28)

<аг =[аР]г-аг.[02{<р),р,2,Щ\

(29)

(30)

°тах/7Э

= [°"СМ 1я - стшах го, [Ог^.Р.г.©];

1<гтинвн ^слляд -о'тахявяд^гс'р),^.^®];

- по деформациям в единицах измерения прогиба:

- по наружным утечкам

яупмш. [о2{ф),р,(ые11\ 'вш = - £ • 2упэш. [о2 (V). р}

- по внутренним перетечкам

[булл/ г. [£>2 (¥>), рМ

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

в единицах измерения течи, например, в соответствии с требованиями ГОСТ 18464-96 «Гидроцилиндры. Правила приёмки и методы испытаний», а также от средней скорости роста составляющих их переменных в процессе функционирования гидроцилиндра по мере накопления его конструктивными элементами эксплуатационных повреждений:

=с!{аш.[02{<р),р,2,щ}1<11-.

°пахНВН

уйш

О-упм ,„. = <*( X \<2упэш\Пг(9),р\

(}упнш. [¿>2 (<Р)'РЛтш,

)/Л;

уОг

-лъ

[оупэг^шр]

/Л

(37)

(38)

(39)

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

выраженной в единицах измерения конкретной составляющей, отнесённой ко времени, например, машино-часам работы гидрофицированной ТТМ.

Отсюда, ресурс гидроцилиндра в требуемых единицах времени касательно конкретной составляющей критериев ¡Уогк(Гс) и 1Уогк(НС) принимает вид:

(45)

Т =1 /V ■

т = / /V ■ Ут( Уъ' Ут('

Т =Г /V '

УТшСЦ }'ТШСН1 УТщсщ '

IV,

Уц ' /Уи,

(46)

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)

(52)

Анализ выражений (45)-(52) показывает, что ресурс гидроцилиндра определяется не только удалённостью вершины вектора = [о2(<р);/>;г] основных параметров гидроцилиндра от конкретной критериальной поверхности — выражения (29)-(36), но и от скорости уменьшения этого расстояния с течением времени вследствие накопления конструктивными элементами гидроцилиндра эксплуатационных повреждений — выражения (37)444).

Очевидно, что основной причиной возникновения последних является изнашивание трущихся элементов подвижных герметизируемых сопряжений гидроцилиндра, главным образом его направляющей втулки и поршня, в силу малости их контактной поверхности при значительном пути г трения соответственно по штоку и гильзе. Из основных положений трибологии следует, что долговечность узла трения определяется интенсивностью изнашивания составляющих его элементов, основной причиной которого, в соответствии с основным уравнением изнашивания при имеющем место упругом контакте, справедливо полагается действующая в узле нагрузка ра, связанная с линейной (безразмерной) интенсивностью изнашивания известной записью

Понятно, что в случае с гидроцилиндром в качестве нагрузки ра выступают составляющие её реакции, возникающие в подвижных герметизируемых сопряжениях гидроцилиндра «поршень - гильза» и «шток - направляющая втулка» и отнесённые к площади контакта. С учётом этого комплексный критерий надёжности гидроцилиндра по долговечности в своей основе должен быть ориентирован на реакции, возникающие в его подвижных герметизируемых сопряжениях, применительно к создаваемому гидроцилиндру. При этом реакции должны бьггь связаны с основными триботехническими характеристиками: интенсивностью изнашивания и возникающими при трении повышенными температурами.

Отсюда, критерий надёжности гидроцилиндра целесообразно представить системой

т „1 + Р< *к~ Ра

(53)

Ешт.Ш<р),р,2,&]<[я\

в которой: Яц[ .Я-р >&Г ' текущие значения реакций в подвижных со-

пряжениях гидроцилиндра, а М^гг ] " допускаемые либо пре-

дельные их значения соответственно по отношению к предельной интенсивности изнашивания и возникающей при этом температуре.

С учётом этого критерий Яе1(гц) надёжности гидроцилиндра, согласно записи (54), ограничивает пространство в системе координат \_DAp), р, г] основных параметров гидроцилиндра 4-мя критериальными поверхностями:

№шт

[Д]Г/ - «г,. ШФ),р,2,Щ = 0; (55)

Вершина вектора Ну- = (*Р\р>2] основных параметров гидроцилиндра при

выполнении всех вышеперечисленных условий сканирует эту 4-хгранную поверхность, а близость её к конкретной грани при планируемых характеристиках [£>2 (ф). Р. ^определяет возможность и целесообразность создания перспективного гидроцилиндра или модернизации существующего по критерию надёжности.

Таким образом, комплексный критерий ^ надёжности и работоспособности гидроцилиндра представлен комбинацией предложенных выше двух критериев работоспособности 1Уогк(Гс)

и ^огк(нс) > а также критерия Ие1(гц) надёжности, образующих при названных выше условиях в системе координат [Дг(р), р, А основных параметров гидроцилиндра соответственно 2-х, б-ти и 4-хгранные критериальные поверхности, соответственно

МогКНС)'

Куюгк = Щ>гк(ГС) ^ (56)

КеЦГЦ)-

При этом, в зависимости от субъективной комбинации основных параметров гидроцилиндра £Ь(ф), 2, р, а также условий эксплуатации, рабочего процесса, режима работы и параметров нагружения эти многогранные критериальные поверхности, каждая из которых является пределом эволюции объекта, могут соприкасаться, разнообразно пересекаться либо не пересекаться вообще, находясь при этом по разные стороны друг от друга в принятой координатной системе [Дг(ф), р.

Перечисленные выше варианты означают следующее (рисунок 4):

- если в направлении либо вблизи вершины вектора Л,- = [£>2(ф),р,г] этп поверхности соприкасаются, то в этом случае возможно создание изначально неработоспособного гидроцилиндра с соответствующим отрицательным уровнем надёжности;

- если в направлении либо вблизи вершины вектора Л,- =[£)2(ф)'Р>2] эти по-

верхности не пересекаются либо пересекаются, но в обоих случаях с доминированием поверхностей одного из критериев работоспособности, то в этом случае возможно создание изначально неработоспособного гидроцилиндра и, с целью недопущения этого, необходимо обратить большее внимание на причины нарушения герметизирующей или несущей (нагрузочной) способности гидроцилиндра;

- если в направлении либо вблизи вершины вектора Щ = [¿>2(9),р,г] эти поверхности не пересекаются либо пересекаются, но в обоих случаях с доминированием поверхностей критерия надёжности, то в этом случае, на первый взгляд работоспособный гидроцилиндр является ненадёжным по какой-либо из вышеперечисленных причин и способен потерять работоспособность в любой момент.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ,

1. В настоящее время отсутствует научно обоснованная методология выбора основных параметров О/, Ц?, р, г и <р гидроцилиндра, которые до настоящего времени назначались субъективно, что не гарантировало создание работоспособных гидроцилиндров повышенного типоразмера.

2. Параметрами рабочего процесса гидроцилиндров ТТМ являются: эксплуатационное перемещение штока и угол наклона гидроцилиндра к поверхности тяготения, которые определены с учётом алгоритма функционирования многозвенного рабочего оборудования, а также рабочего (моторного и насосного) хода штока, как под нагрузкой, так и без таковой в динамическом и статическом режимах работы конкретного гидроцилиндра рабочего оборудования ТТМ.

3. Показателями режима работы гидроцилиндров являются интенсивность использования ТТМ и её гидропривода по времени.

4. Полная нагрузка, действующая на гидроцилиндр повышенного типоразмера, является результатом действия: статической нагрузки, нагрузки, обусловленной кинематикой гидрофицированного привода ТТМ, динамической нагрузки, а также дополнительной нагрузки. При этом задача определения параметров наибольшего комплексного нагружения гидроцилиндра должна проводиться в отношении конкретного рабочего процесса.

5. Для описания условий эксплуатации, рабочего процесса, режима работы и параметров нагружения гидроцилиндров ТТМ используется комплексная характеристика Як = /2[-02(ф).Р.г,¿г/с/г,0], которая учитывается при оценке показателей надёжности и параметров работоспособности по несущей и герметизирующей способностям гидроцилиндра повышенного типоразмера.

6. Математическая модель несущей (нагрузочной) способности гидроцилиндра повышенного типоразмера описывает предложенный критерий Ш^ис) его работоспособности по несущей способности, учитывающий текущие и предельные прочностные характеристики штока, гильзы (корпуса), поршня и направляющей втулки и представляющий собой 6-тигранную критериальную поверхность в системе координат с осями: £>г(<р) - абсцисса, г - ордината, р - аппликата), ограничивающую пространство, вне которого гидроцилиндр является неработоспособным по причине потери прочности.

7. Математическая модель герметизирующей способности гидроцилиндра повышенного типоразмера описывает предложенный критерий ^агк/гс/ его работо-

способности по герметизирующей способности, учитывающий влияние состояния подвижной уплотняемой поверхности, влияние радиального и углового смещений основных элементов уплотнительных узлов на их герметичность и представляющий собой 2-хгранную критериальную поверхность в той же системе координат, ограничивающую пространство, вне которого гидроцилиндр является неработоспособным по причине разгерметизации уплотнительных узлов.

8. Оценка надёжности гидроцилиндра повышенного типоразмера основана на использовании разработанного критерия Яы<гщ, ориентированного на реакции, возникающие в его подвижных герметизируемых сопряжениях и определяющие такие основные триботехнические характеристики, как интенсивность изнашивания и возникающие при трении повышенные температуры. При этом этот критерий представляет собой 4-хгранную критериальную поверхность в той же системе координат [£>Хф)> г, р], ограничивающую пространство, в границах которого гидроцилиндр обладает надёжностью по названным триботехническим характеристикам.

9. Предложенный комплексный критерий К^гк надёжности и работоспособности гидроцилиндра повышенного типоразмера представляет собой совокупность критериев работоспособности 1У0гк(ГС) и Кгшо, а также критерия К^щ надёжности, ориентирован на его работоспособность, безотказность и долговечность и образует совокупность 3-х многогранных критериальных поверхностей, каждая грань которой является пределом эволюции данного технического объекта, создающих пространство, внутри которого он гарантировано работоспособен для принятого уровня надёжности.

10. Перспективность и целесообразность создания или развития данного технического объекта в будущем оценивается по расположению вершины вектора

=[д2основных параметров гидроцилиндра к одной из 12-ти граней, которые могут соприкасаться, разнообразно пересекаться либо не пересекаться, находясь по разные стороны друг от друга в принятой координатной системе.

11. Внедрение результатов проведённого исследования позволяет увеличить ресурс работоспособного гидроцилиндра повышенного типоразмера до 2-х раз, в том числе, за счёт повышения достоверности оценки его показателей надёжности и параметров работоспособности.

12. Приведенная методология может бьггь положена в основу создания специализированной САПР гидроцилиндров повышенного типоразмера, которая позволит значительно повысить инвариантность и качество принимаемых проектных решений при одновременном сокращении сроков проектирования.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

- в монографиях:

1. Кобзов Д.Ю. Гидроцилиндры дорожных и строительных машин. Часть 1. Конструкция. Надёжность. Перспективы развития / Д.Ю. Кобзов // Братск, ин-дустр. ин-т. - Братск, 1998. - 59 е., ил., библиогр. 246 назв. - Рус. - Деп. в МАШ-МИР 13.08.1998, № 2-сд1998.

2. Кобзов Д.Ю. Гидроцилиндры дорожных и строительных машин. Часть 2. Условия эксплуатации, рабочий процесс, режим работы и параметры нагружения / Д.Ю. Кобзов, В.А.Тарасов, A.A. Трофимов // Братск, гос. техн. ун-т. - Братск, 1999. - 108 е., ил., библиогр. 179 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 01.12.1999, № 3552-В1999.

3. Кобзов Д.Ю. Гидроцилиндры дорожных и строительных машин. Часть 3. Несущая способность. / Лапшин B.JI., Тарасов В.А., Жмуров В.В. // Братск, гос. ун-т. - Братск, 2011. - 88 е., ил., библиогр. 93 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ РАН 27.01.2011, №27-В2011.

4. Кобзов Д.Ю. Гидроцилиндры дорожных и строительных машин. Часть 4. Герметизирующая способность. / Сергеев А.П., Кобзов Д.Ю., Лханаг Д. // Братск, гос. техн. ун-т. - Братск, 2003. - 44 е., ил., библиогр. 116 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 14.07.2003, № 1376-В2003.

5. Кобзов Д.Ю. Гидроцилиндры одноковшовых гидрофицированных машин. / Кобзов Д.Ю., Жмуров В.В. // Братск, гос. ун-т. - Братск, 2010. - 105 е., ил., библиогр. 80 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 17.05.2010, №288-В2010.

6. Кобзов Д.Ю. Гидроцилиндры дорожных и строительных машин. Часть 5. Техническое диагностирование. / Кобзов Д.Ю., Ереско С.П., Трофимов A.A., Кулаков А.Ю., Жмуров В.В. // Братск, гос. ун-т. - Братск, 2011. - 119 е., ил., библ. 130 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ РАН 21.07.2011, №360-В2011.

7. Кобзов Д.Ю. Гидроцилиндры дорожных и строительных машин. Часть 6. Работоспособность. Надёжность. Варианты модернизации. / Кобзов Д.Ю., Ереско С.П., Жмуров В.В. // Братск, гос. ун-т. - Братск, 2012. - 43 е.: ил., библиогр. - 78 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ РАН, 27.04.2012, № 198-В2012.

- в изданиях из перечня ВАК:

8. Кобзов Д.Ю. Выбор оптимальных форм штока гидроцилиндра / Кобзов Д.Ю., Лханаг Д., Дэлэг Д., Тарасов В.А. // Научный вестник НГТУ, Новосибирск, 2007. №4 (29). С. 191-195.

9. Кобзов Д.Ю. Совершенствование конструкции привода ковша одноковшовых гидрофицированных дорожных и строительных машин / Кобзов Д.Ю., Жмуров

B.В., Плешивцева C.B. // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Научный журнал ИрГУПС, Иркутск, 2007. №3 (15). С. 40-46.

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

11. Кобзов Д.Ю. Модернизация конструкции опор гидроцилиндра привода ковша одноковшовых гидрофицированных дорожных и строительных машин / Кобзов Д.Ю., Дэлэг Д., Жмуров В.В., Лханаг Д. // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Научный журнал ИрГУПС, Иркутск, 2008. №1 (17). 2008.

C. 28-33.

12. D. Yu. Kobzov. Dialectical approach to the insight into engineering objects evolution / D. Yu. Kobzov, Lkhanag Dorligsuren, Deleg Dorjbjol // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Научный журнал ИрГУПС, Иркутск, 2008. №1 (17). С. 93-99.

13. Кобзов Д.Ю. О расчёте экономической эффективности модернизации гидроцилиндров ДСМ / Кобзов Д.Ю., Кобзов А.Ю., Жмуров В.В. // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Научный журнал ИрГУПС, Иркутск,

2008. №3(19). С. 26-30.

14. Кобзов Д.Ю. Методика определения эксцентриситета в опорах крепления гидроцилиндра / Кобзов Д.Ю., Ереско С.П. // Горное оборудование и электромеханика. Научно-аналитический и производственный журнал. Изд-во «Новые технологии». М„ 2009. №3. С. 38-43.

15. Кобзов Д.Ю. О потерях на трение в гидроцилиндрах машин / Кобзов Д.Ю., Кобзов А.Ю., Лханаг Д. // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Научный журнал ИрГУПС, Иркутск, 2009. №2 (22). С. 47-50.

16. Кобзов Д.Ю. Экспресс-диагностика несущей способности гидроцилиндров машин / Кобзов Д.Ю., Усова С.В. // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Научный журнал ИрГУПС, Иркутск, 2009. №3 (23). С. 174-179.

17. Кобзов Д.Ю. Несущая способность и ресурс гидроцилиндров машин / Кобзов Д.Ю., Кобзов А.Ю., Лханаг Дорлигсурэнгийн // Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск, 2009. №2. С. 24-28.

18. Кобзов Д.Ю. О диагностическом параметре несущей способности гидроцилиндров машин / Кобзов Д.Ю., Усова С.В., Фурзанов С.Ю. // Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск, 2009. №2. С. 29-32.

19. Kobzov D. Hydrocylinder diagnostic parameters / Kobzov D„ Kobzova S., Lkhanag D. // Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск,

2009. №3. С.21-25.

20. Кобзов Д.Ю. О промежуточной сенсорной опоре гидроцилиндра повышенного типоразмера / Кобзов Д.Ю., Черезов С.А., Жмуров В.В., Кобзова И.О. 11 Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск, 2009. №4. С. 46-53.

21. Кобзов Д.Ю. Влияние радиального смещения основных уплотнительных узлов гидроцилиндра на его герметизирующую способность / Кобзов Д.Ю., Жмуров В.В., Кобзова И.О. // Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск, 2010. №3 (7). С. 49-54.

22. Кобзов Д.Ю. Влияние состояния поверхности контртела на герметизирующую способность уплотнительных узлов гидроцилиндра / Кобзов Д.Ю., Жмуров

B.В., Кобзова И.О. // Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск, 2010. №3 (7). С. 54-57.

23. Кобзов Д.Ю. Влияние углового смещения длинномерных элементов уплотнительных узлов гидроцилиндра на его герметизирующую способность / Кобзов Д.Ю., Жмуров В.В., Кобзова И.О. И Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск, 2010. №4(8). С. 19-22.

24. Кобзов Д.Ю. Прогиб гидроцилиндра в результате радиальной деформации под давлением его корпуса / Кобзов Д.Ю., Жмуров В.В., Кобзова И.О. // Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск, 2010. №4 (8). С. 22-28.

25. Кобзов Д.Ю. К расчёту продольного прогиба гидроцилиндра / Кобзов Д.Ю., Жмуров В.В., Кобзова И.О., Лханаг Д // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Научный журнал ИрГУПС, Иркутск, 2010. №4 (28). 2010.

C. 64-69.

26. Кобзов Д.Ю. Оценка продольной жёсткости гидроцилиндра / Кобзов Д.Ю.,

Тарасов В.А., Жмуров B.B // Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск, 2011. №1 (9). С. 31-35.

27. Кобзов Д.Ю. Варианты расчёта продольного прогиба гидроцшшндра / Коб-зов Д.Ю., Жмуров В.В., Кобзова И.О. // Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск, 2011. №2 (10). С. 45-49.

28. Dmitriy Kobzov. The hydraulic system with auxiliary touch supporting Hydrocyl-inder / Dmitriy Kobzov, Sergey Cherezov, Dorlig Lkhanag. / Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск, 2011. №2 (10). С. 50-51.

29. Кобзов Д.Ю. Расчёт направляющих качения гидроцилиндра / Кобзов Д.Ю., Кобзова И.О., Лханаг Д. // Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск.-№3(11). С. 35-40.

30. Кобзов Д.Ю. О бортовом диагностировании гидроцилиндров по параметрам несущей способности / Кобзов Д.Ю., Кулаков А.Ю., Лханаг Д. // Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск, 2011. №3 (11). С. 40-45.

31. Кобзов Д.Ю. О критериях работоспособности и надёжности гидроцшгандров / Кобзов Д.Ю., Ереско С.П. // Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск, 2012. №1 (13). С. 38-45.

32. Кобзов Д.Ю. Практические рекомендации по повышению конструктивной надежности гидроцилиндров / Кобзов Д.Ю., Жмуров В.В., Кобзова И.О., Кулаков

A.Ю. // Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск, 2012. №1 (13). С. 45-49.

33. Кобзов Д.Ю. Учёт искривления длинномерных элементов гидроцилиндра при оценке его полной деформации / Кобзов Д.Ю., Жмуров В.В., Кобзова И.О., Кулаков А.Ю. // Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск, 2012.-№2(14). С. 27-39.

34. Кобзов Д.Ю. О механизме образования эксцентриситета в опорах гидроцилиндра / Кобзов Д.Ю., Ереско С.П., Жмуров В.В., Кобзова И.О., Лханаг Д. // Вестник Таджикского технического университета. Душанбе, 2012. №3 (19). С. 77-78.

35. Кобзов Д.Ю. О надёжности и работоспособности гидроцилиндров повышенного типоразмера / Кобзов Д.Ю. // Вестник Таджикского технического университета. Душанбе, 2012. №4 (20). С. 30-39.

36. Кобзов Д.Ю., Кобзова И.О., Кулаков А.Ю., Липецкий В.И., Трофимов A.A. Диагностирование гидроцилиндра по параметрам герметизирующей способности его уплотнительных узлов / Кобзов Д.Ю., Кобзова И.О., Кулаков А.Ю., Липецкий

B.И., Трофимов A.A. // Системы. Методы. Технологии. Научный журнал БрГУ, Братск, 2013. №1 (17). С. 27-33.

- в других изданиях опубликовано 208работы, основными из которых являются:

37. Кобзов Д.Ю. О характеристиках пространственного расположения гидроцилиндров рабочего оборудования одноковшовых строительных экскаваторов / Кобзов Д.Ю., Сергеев А.П. // Повышение эффективности машин и вибрационные процессы в строительстве. ЯПИ, Ярославль, 1989. С. 95-100.

38. Kobzov D.Y.There must be no alternative to the right choice of diagnostic parameters. Proceedings of the 2nd International Machinery Monitoring & Diagnostics

Conference & Exhibit / Kobzov D.Y., Martynenko O.P., Gubanov V.G. // Los Angeles, CA, USA, 1990. 10. 22-25. pp. 374-380.

39. Кобзов Д.Ю. Критерий выбора гидроцилиндров гидромеханических передач / Кобзов Д.Ю. // Совершенствование рабочих процессов строительных и дорожных машин. ИПИ, Иркутск, 1991. С. 72-78.

40. Кобзов Д.Ю. К вопросу о возможности создания гидроцилиндров повышенных типоразмеров / Кобзов Д.Ю. - М. 1992. - 14 с. - Деп. в МАШМИР 10.12.92. № 49-сд92.

41. Кобзов Д.Ю. Оценка деформации штока и корпуса гидроцилиндра / Кобзов Д.Ю., Хютте В.И. -М. 1992. - 11 е.-Деп. в МАШМИР 10.11.92. № 52-сд92.

42. Кобзов Д.Ю. Анализ критериев оценки герметичности гидроцилиндров строительных машин / Кобзов Д.Ю., Сергеев А.П. - М. 1992. - 42 с. - Деп. в МАШМИР 30.11.92. № 53-сд92.

43. Dmitriy Yu. Kobzov. Some aspects of dialectical approach to the insight into engineering objects evolution. Proceedings of the International conference on Advanced & Equipment of Materials Handling TEMH'94 / Dmitriy Yu. Kobzov, Svetlana V. Kob-zova.//Shanghai, China, 1994.10.25-27. pp. 724-730.

44. Кобзов Д.Ю. Условия эксплуатации и некоторые важные особенности рабочего процесса гидроцилиндров дорожных и строительных машин / Кобзов Д.Ю., СвиридоИ.В., Губанов В.Г.-М. 1995.-37 с.-Деп. МАШМИР 1995. № 15-сд94.

45. Кобзов Д.Ю. Некоторые закономерности совершенствования технических объектов / Кобзов Д.Ю. // Строительные и дорожные машины и их использование в современных условиях: Сб. тр. СПбГТУ, С.-Пб., 1995. С.71-73.

46. Кобзов Д.Ю. Об оптимальном выборе формы поперечного сечеция штока гидроцилиндра / Кобзов Д.Ю., Тарасов В.А. // Строительные и дорожные машины и их использование в современных условиях: Сб. тр. СПбГТУ, С.-Пб., 1995. С. 106.

47. Кобзов Д.Ю. Определение уровней варьирования факторов, исследуемых при испытаниях уплотнителей гидроцилиндров / Сергеев А.П., Кобзов Д.Ю. — М. 1995. - 6 с. - Деп. в МАШМИР 1995. № 4-сд95.

48. Кобзов Д.Ю. Обработка и статистический анализ результатов экспериментальных исследований уплотнителей гидроцилиндров / Сергеев А.П., Кобзов Д.Ю.

- М. - 10 с. - Деп. МАШМИР 1995. № 5-сд95.

49. Кобзов Д.Ю. Оценка соответствия режимов испытаний уплотнительных узлов гидроцилиндров условиям их эксплуатации / Сергеев А.П., Кобзов Д.Ю. - М.

- 6 с. - Деп. в МАШМИР 1995. № 6-сд95.

50. Кобзов Д.Ю. Экспериментальные исследования влияния на герметичность и ресурс уплотнителей гидроцилиндров экскаваторов одностороннего износа направляющих элементов герметизируемых сопряжений / Сергеев А.П., Кобзов Д.Ю. - М. - 20 с. - Деп. в МАШМИР 1995. № 7-сд95.

51. Кобзов Д.Ю. Математическое планирование экспериментальных исследований уплотнителей гидроцилиндров / Сергеев А.П., Кобзов Д.Ю. - М. - 10 с. - Деп. в МАШМИР 1995. № 8-сд95.

52. Dmitriy Yu. Kobzov. Some development generalities of the real and perspective technical objects / Dmitriy Yu. Kobzov, Svetlana V. Kobzova. // Hydraulics Pneumatics & Seals. China, 1997, №1. pp. 35-36.

53. Dmitriy Yu. Kobzov. Hydraulic system for the high power hydraulic cylinder. Proceedings of the 2nd International Conference on Material Handling and the 15 International Conference on Automation in Warehousing ICMH / Dmitriy Yu. Kobzov, Svetlana V. Kobzova // CAW'97. Beijing, China, 1997. 10. 20-22. pp. 739-740.

54. Кобзов Д.Ю. Моделирование формы поперечного сечения стержней / Кобзов Д.Ю., Тарасов В.А., Лханаг Д. // Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ: Межвуз. темат. С<>. тр. Вып.7. СПбГАСУ. С-Пб., 2001. С. 102-107.

55. Кобзов Д.Ю., Тарасов В.А., Бороздин О.П. Об одной математической модели поперечного сечения стержня / Тарасов В. А., Кобзов Д.Ю. // Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ: Межвуз. темат. Сб. тр. Вып.7. СПбГАСУ С-Пб., 2001. С. 102-108.

56. Кобзов Д.Ю. Граф причинно-следственных связей эволюции параметров гидроцилиндров / Кобзов Д.Ю., Кубасов Е.Б., Плешивцева C.B.. Черезов С.А. // Механики XXI веку. Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием: Сборник докладов. Братск: БрГУ, 2005. С. 27-31.

57. Dmitriy Yu. Kobzov. Hydraulic cylinder. Troubleshooting by the air / Dmitriy Yu. Kobzov, Alexey A. Trofimov, Lkhanag D. Hydraulic cylinder // Механики XXI веку. Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием: Сборник докладов. Братск: БрГУ, 2005. С. 65-66.

58. Кобзов Д.Ю. Математическая модель гидрофицированного привода поворота ковша одноковшового экскаватора / Кобзов Д.Ю., Жмуров В.В., Черезов С.А. // Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ: Межвуз. темат. Сб. тр. Вып.12. СПбГАСУ. С-Пб., 2006. С. 43-50.

59 Кобзов Д.Ю. Математическая модель несушей способности гидроцилиндров машин / Кобзов Д.Ю., Плешивцева C.B., Жмуров В.В. // Математическое моделирование, численные методы и комплексы профамм: Межвуз. темат. Сб. тр. Вып.12. СПбГАСУ. С-Пб., 2006. С. 54-57.

60. Кобзов Д.Ю. Образование эксцентриситета на цапфе гидроцилиндра / Кобзов Д.Ю., Жмуров В В., Плешивцева C.B. // Роль механики в создании эффективных материалов, конструкций и машин XXI века / Всероссийская научно-техническая конференция: Труды. Омск: СибАДИ, 2006. С. 230-233.

61. Кобзов Д.Ю. Следящая опора гидроцилиндра / Кобзов Д.Ю., Черезов С.А., Першин С.А. // Нынешнее состояние, проблемы и перспективы развития металлургии, машиностроения: Материалы 1-ой международной научно-практической конференции. Инженерно-механический институт. МГУНТ, Улан-Батор, 2006. С. 114-115.

62. Кобзов Д.Ю. Описание математической модели, блок-схемы алгоритма программы оптимизации параметров модернизированного гидрофицированного привода поворота ковша одноковшового экскаватора / Кобзов Д.Ю., Жмуров В.В., Плешивцева C.B. // Нынешнее состояние, проблемы и перспективы развития металлургии, машиностроения: Материалы 1-ой международной научно-практической конференции. Инженерно-механический институт МГУНТ, Улан-Батор, 2006. С. 116-121.

63. D. Yu. Kobzov. On selecting the optimum form of the hydraulic cylinder rod cross-section / D. Yu. Kobzov, D. Lkhanag, D. Deleg, V. A. Tarasov // Metallurgy and

machinebuilding. MUST, Ulaanbaatar, 2008. №1. C. 50-53.

64. Кобзов Д.Ю. Гидроцилиндр / Кобзов Д.Ю., Тарасов В. А., Плешивцева С.В. // Изобретатели - машиностроению. М., 2009. №1. С. 14-16.

65. Кобзов Д.Ю. Система диагностирования гидроцилиндра по параметрам несущей способности / Кобзов Д.Ю., Усова С.В., Фурзанов С.Ю. // Проблемы механики современных машин: Материалы четвертой международной конференции ВСГТУ. Улан-Удэ, 2009 Т.4. С. 76-79.

66. Кобзов Д.Ю. Конструкция гидрофицированного привода поворота ковша одноковшовой машины / Кобзов Д.Ю., Кулаков А.Ю., Усова С.В. // Актуальные проблемы науки: сб. науч. Тр. по мат-лам Междунар. Науч.-практ. конф. 30 мая 2011 г.: в 4 частях. Часть 1; М-во обр. и науки РФ. Тамбов: Изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2011. С. 35-37.

67. Кобзов Д.Ю. «Optimum form of the hydraulic cylinder rod cross-section» / Кобзов Д.Ю., Ереско С.П., Лханаг Д., Дэлэг Д., Тарасов В.А. // Материалы международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2011». Могилев, Белорус. Рос. Ун-т, 2011. С. 106-109.

68. Кобзов Д.Ю. О геометрических характеристиках направляющих качения гидроцилиндров / Кобзов Д.Ю., Кобзова И.О., Лханаг Д. // Механики XXI веку. Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием: Сборник докладов. Братск: БрГУ, 2011. С. 150-159

69. Кобзов Д.Ю. О надёжности и работоспособности гидроцилиндров повышенного типоразмера / Кобзов Д.Ю., Ереско С.П // Мат-лы 16-й Международной конференции «Решетневские чтения», Красноярск: СибГАУ, 2012. С. 247-248.

70. Кобзов Д.Ю., Бортовое диагностирование гидроцилиндров по параметрам несущей способности : Мат-лы 16-й Международной конференции «Решетневские чтения», Красноярск: СибГАУ, 2012. С. 249-250.

71. Kobzov D. Yu. Express diagnostics of cylinder strokes of machines according to the parameters of bearing resistance / Kobzov D. Yu., Zhmurov V.V., Kobzova I.O., Ku-lakov A. Yu // Science and Education : materials of the II international research and practice conference, Vol. 1, March, December 18th-19th, 2012/ publishing office Vela Verlag Waldkraiburg - Munich - Germany, 2012. pp. 182-190.

- авторские свидетельства СССР и патенты РФ:

72. А. с. №1386758 СССР, МКИ F15B15/04, E02F9/22. Гидросистема / Алексе-енко П.Д., Кобзов Д.Ю., Решетников Л.Л., Сергеев А.П. (СССР). - №4131905/2506; заявл. 08.12.87; опубл. 07.04.88, Бюл. №13.

73. А. с. №1465640 СССР, МКИ F15B15/14. Гидроцилиндр / Алексеенко П.Д.. Кобзов Д.Ю., Адаменко П.Д., Решетников Л.Л. (СССР). - №4129576/25-29; заявл 08.10.86; опубл. 15.03.89, Бюл. №10.

74. А. с. №1467374 СССР, МКИ G01B15/14. Способ измерения зазоров / Алексеенко П.Д., Кобзов Д.Ю., Губанов В.Г., Сергеев А.П. (СССР). - №4156972/25-28; заявл. 08.12.86; опубл. 23.03.8, Бюл. №11.

75. А. с. №1585699 СССР, МКИ G01M3/26. Способ определения утечек через штоковые уплотнительные узлы гидроцилиндров / Кобзов Д.Ю., Калашников Л.А., Губанов В.Г., Сергеев А.П. (СССР). - №4405841/25-28; заявл. 06 04 88* опубл. 15.08.90, Бюл. №30.

76. А. с. №1682646 СССР, МКИ F15B15/14. Гидроцилиндр / Кобзов Д.Ю., Рука-

вишников В.А., Сергеев А.П., Войткевич В.Б., Губанов В.Г., Липецкий И.А., Соколов Ю.Н. (СССР). - №4757903/29; заявл. 13.11.89; опубл. 07.10.91, Бюл. №37.

77. А. с. № 1735620 СССР, МКИ F15B15/04. Гидросистема / Кобзов Д.Ю., Хют-те В.И., Губанов В.Г., Калашников Л.А., Тарасов В.А, Крохичев A.C. (СССР). -№4776659/29; заявл. 02.01.90; опубл. 23.05.92, Бюл. №19.

78. А. с. №1807255 СССР, МКИ F15B15/00. Гидроцилиндр / Кобзов Д.Ю., Сергеев А.П., Губанов В.Г., Войткевич В.Б., Кобзов А.Ю., Тигунцев A.M., Тарасов В.А, Осминкин O.K. (СССР). - №4751982/29; заявл. 23.10.89; опубл. 07.04.93, Бюл. №13.

79. А. с. №1807256 СССР, МКИ F15B15/14. Гидроцилиндр /Кобзов Д.Ю., Рукавишников В.А., Сергеев А.П., Губанов В.Г., Войткевич В.Б., Липецкий И.А., Соколов Ю.Н. (СССР).-№4760296/29; заявл. 20.11.89; опубл. 07.04.93, Бюл. №13.

80. Патент №2046893 РФ, МКИ E02F9/22. Гидросистема / Кобзов Д.Ю. (РФ). -№ 5025828/03; заявл. 07.02.92; опубл. 27.10.95, Бюл. №30.

81. Патент №2050479 РФ, МКИ F15B15/04. Гидросистема / Кобзов Д.Ю., Тарасов В.А., Кобзов А.Ю. (РФ). - №5026822/06; заявл. 12.02.92; опубл. 20.12.95, Бюл. 35.

82. Патент №2059766 РФ, МКИ E02F9/22. Гидрофицированный привод поворота ковша землеройной машины / Кобзов Д.Ю. (РФ). - №5042343/03; заявл. 18.05.92; опубл. 10.05.96, Бюл. №13.

83. Патент №2072455 РФ, МКИ F15B15/00. Гидроцилиндр/Кобзов Д.Ю., Тарасов В.А., Свиридо И.В. (РФ). - №94006983/06; заявл. 25.02.94; опубл. 27.01.97, Бюл. №3

84. Патент №2079752 РФ, МКИ F16J1/24, F02F3/00. Гидроцилиндр / Синицын Б.М., Кобзов Д.Ю., Синицын А.Б. (РФ). - №94006984/06; заявл. 25.02.94; опубл. 20.05.97, Бюл. №14.

85. Патент №2100665 РФ, МКИ F15B11/00. Гидросистема / Кобзов Д.Ю., Хютге В.И., Кобзов А.Ю. (РФ). - №94039481/06; заявл. 27.09.94; опубл. 27.12.97, Бюл. №36.

86. Патент №2130585 РФ, МКИ G01B5/14. Способ измерения зазоров / Кобзов Д.Ю., Сергеев АП., Трофимов A.A. (РФ). - №97107045/28; заявл. 30.04.97; опубл. 20.05.99, Бюл. №14.

87. Патент №2133395 РФ, МКИ F16J7/00, F15B15/14. Шток гидроцилиндра / Кобзов Д.Ю., Тарасов В.А. (РФ). - №95121842/06; заявл. 26.12.95; опубл. 20.07.99, Бюл. №20.

88. Патент №2139510 РФ, МКИ G01M3/00. Способ испытания гидроцилиндров на герметичность / Кобзов Д.Ю., Трофимов A.A. (РФ). - №97121659; заявл. 22.12.97; опубл. 10.10.99, Бюл. №28.

89. Патент №2168074 РФ, МКИ F15В19/00. Стенд для ресурсных испытаний гидроцилиндров / Кобзов Д.Ю., Трофимов A.A., Тарасов В.А., Головатюк В.В. (РФ). -№99112160/06; заявл. 04.06.99; опубл. 27.05.01, Бюл. №15.

90. Патент №2181452 РФ, МКИ F16J7/00. Шток гидроцилиндра/Кобзов Д.Ю., Тарасов В.А. (РФ). - №2000108897/06; заявл. 10.04.00; опубл. 20.04.02, Бюл. №11.

91. Патент №2208095 РФ, МКИ E02F3/38. Гидрофицированный привод поворота ковша одноковшовой машины / Кобзов Д.Ю., Коробка П.Л., Перевощиков Е.А., Жмуров В.В. (РФ). - №2001131290/03; заявл. 19.11.2001; опубл. 10.07.03, Бюл.

92. Патент №2212570 РФ, МКИ Р15В15/20. Гидроцилиндр / Кобзов Д.Ю., Тарасов В.А., Соколов Ю.Н., Перевощиков Е.А. (РФ). - №200113289/06; заявл. 19.11.2001; опубл. 20.09.03, Бюл. №26.

93. Патент №2270298 РФ, МКИ Е02РЗ/43. Гидрофицированный привод поворота ковша одноковшовой машины / Кобзов Д.Ю., Жмуров В.В., Ермашонок С.М., Свиридо И.В. (РФ). - №2004116601/03; заявл. 31.05.04; опубл. 20.02.06, Бюл. №5.

94. Патент №2272940 РФ, МКИ Р15В15/12, Р15В15/16. Гидроцилиндр / Кобзов Д.Ю., Тарасов В.А., Плешивцева С.В. (РФ). - №2004116600; заявл. 31.05.04; опубл. 27.03.06, Бюл. №9.

95. Патент № 2440465 РФ, МКИ Е03р3/38. Гидрофицированный привод поворота ковша одноковшовой машины / Кобзов Д.Ю., Жмуров В.В., Кобзова И.О. (РФ). -№2010115720/03; заявл. 20.04.10; опубл. 20.01.12, Бюл. №2.

96. Патент № 2447327 РФ, МКИ Р15В15/00. Гидроцилиндр / Кобзов Д.Ю., Огар П.М., Кобзова И.О. (РФ). - №2010109585/06; заявл. 15.03.2010; опубл. 20.09.12, Бюл. №10.

97. Патент № 2447328 РФ, МКИ Р15В15/20, Р15В1/02. Гидроцилиндр / Кобзов Д.Ю., Жмуров В.В., Кобзова И.О. (РФ). - №2010130584/06; заявл. 20.07.10; опубл. 10.04.12, Бюл. 10.

Подписано в печать 21.06.2013 Формат 60*84 Печать трафаретная Уч.-изд. л. 2,5. Усл. печ. л. 2,5. Тираж 150 экз. Заказ 109. Отпечатано в РИО ФГБОУ ВПО «БрГУ» 665709, Братск, ул. Макаренко, 40

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УДК 69.002.51.192:621.225.2.001.24

05201351884

На правах рукописи

КОБЗОВ Дмитрий Юрьевич

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ГИДРОЦИЛИНДРОВ ПОВЫШЕННОГО ТИПОРАЗМЕРА

05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и детали машин

Диссертация

на соискание учёной степени доктора технических наук

Научный консультант: Заслуженный изобретатель РФ д.т.н., профессор Ереско С.П.

Братск -2013

• \

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................8

1. ИСТОРИЯ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ..................................................................................11

1.1. Анализ конструкции гидрофицированного рабочего

оборудования современных ТТМ.................................................................11

1.2. Конструктивно-технологическое исполнение и параметры гидроцилиндров рабочего оборудования ТТМ..................................13

1.3. Статистика отказов и основные повреждения элементов гидроцилиндров ТТМ....................................................................................22

1.4. Модель структурно- и причинно-следственных связей гидроцилиндров ТТМ....................................................................................25

1.5. Граф причинно-следственных связей эволюции параметров гидроцилиндров ТТМ в свете известной тенденции их развития............32

1.6. Анализ существующих научных основ повышения надёжности и обеспечения работоспособности гидроцилиндров ТТМ........................41

1.7. Некоторые закономерности диалектического описания эволюции действительных и перспективных технических объектов.........................45

1.8. Постановка цели и определение задач исследования.................................49

2. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ, РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА, РЕЖИМА РАБОТЫ И ПАРАМЕТРОВ НАГРУЖЕНИЯ ГИДРОЦИЛИНДРОВ ТТМ................................................................................51

2.1. Условия эксплуатации гидроцилиндров ТТМ............................................51

2.2. Рабочий процесс гидроцилиндров ТТМ......................................................55

2.2.1. Возможные диапазоны изменения пространственного расположения гидроцилиндров ТТМ..............................................55

2.2.2. Использование хода штока гидроцилиндров в

процессе функционирования ТТМ.....................................................66

2.2.3. Функционирование гидроцилиндров многозвенного

рабочего оборудования ТТМ..............................................................68

2.2.4. Рабочие диапазоны изменения пространственного

расположения гидроцилиндров ТТМ................................................72

2.3. Режим работы гидроцилиндров ТТМ..........................................................77

2.4. Исследование параметров статического нагружения гидроцилиндров ТТМ....................................................................................82

2.4.1. Статическое нагружение гидроцилиндров ТТМ..............................82

2.4.2. Статическое нагружение штока и корпуса гидроцилиндров

ТТМ..............................................................................86

2.4.3. Анализ параметров статического нагружения гидроцилиндров ТТМ..........................................................................94

2.5. Исследование параметров нагружения гидроцилиндров ТТМ, обусловленного кинематикой гидрофицированного привода..................97

2.5.1. Образование эксцентриситета в опорах

гидроцилиндров ТТМ..........................................................................97

2.5.2. Нагружение гидроцилиндров и их элементов, обусловленное кинематикой ТТМ...................................................109

2.5.3. Анализ параметров кинематически обусловленного нагружения гидроцилиндров ТТМ..................................................112

2.6. Исследование параметров динамического нагружения гидроцилиндров ТТМ..................................................................................117

2.6.1. Динамическое нагружение гидроцилиндров и их элементов.......117

2.6.2. Определение параметров движения гидроцилиндров многозвенного рабочего оборудования ТТМ.................................124

2.6.3. Определение параметров наибольшего динамического нагружения гидроцилиндров многозвенного рабочего оборудования ТТМ............................................................................140

2.7. Дополнительное нагружение гидроцилиндров ТТМ в

результате их функциональной деформации.............................................145

2.8. Определение параметров наибольшего нагружения

гидроцилиндров ТТМ комплексом нагрузок...........................................147

2.9. Экспериментальное исследование параметров движения

гидроцилиндров ТТМ.................................................................................150

2.10. Выводы по главе и практические результаты исследования..................154

3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО

СОСТОЯНИЯ ГИДРОЦИЛИНДРОВ И ИХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ...............................................................................................158

3.1. Прогиб гидроцилиндра вследствие наличия зазоров в его герметизируемых сопряжениях...................................................................158

3.2. Прогиб гидроцилиндра в результате возможного начального искривления его длинномерных элементов..........................................162

3.3. Прогиб гидроцилиндра вследствие эксплуатационного искривления его штока................................................................................171

3.4. Прогиб гидроцилиндра в результате

радиальной деформации под давлением его корпуса...............................173

3.5. Прогиб гидроцилиндра вследствие его

поперечного нагружения.............................................................................183

3.6. Прогиб гидроцилиндра до приложения

продольного сжимающего усилия..............................................................188

3.7. Прогиб гидроцилиндра в результате наличия

силового поворота его опорных элементов...............................................191

3.8. Прогиб гидроцилиндра вследствие его

динамического нагружения.........................................................................194

3.9. Прогиб гидроцилиндра в результате его

продольного нагружения.............................................................................196

3.10. Прогиб гидроцилиндра вследствие его

эксплуатационного продольно-поперечного нагружения..................203

3.11. Исследование напряжённо-деформированного состояния гидроцилиндра вследствие его эксплуатационного

продольно-поперечного нагружения..........................................................207

3.11.1. Напряжённо-деформированное состояние штока гидроцилиндра.................................................................................209

3.11.2. Напряжённо-деформированное состояние корпуса гидроцилиндра.................................................................................214

3.11.3. Напряжённое состояние элементов

герметизируемых сопряжений гидроцилиндра.............................217

3.11.3.1. Напряжённое состояние элементов поршневого уплотнительного узла гидроцилиндра...............................218

3.11.3.2. Напряжённое состояние элементов штокового уплотнительного узла гидроцилиндра..............................219

3.12. Аналитическое исследование продольной жёсткости гидроцилиндра............................................................................................221

3.13. Экспериментальное исследование характеристик напряжённо-

деформированного состояния гидроцилиндра и его элементов.........223

3.14. Выводы по главе и практические результаты исследования................237

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ УЗЛОВ ГИДРОЦИЛИНДРОВ..................................242

4.1. Состояние теории и специфика рабочего процесса уплотнительных узлов гидроцилиндров ТТМ..........................................242

4.2. Анализ влияния состояния поверхности контртела на герметизирующую способность уплотнительных узлов гидроцилиндра..............................................................................................250

4.3. Анализ влияния радиального смещения основных элементов уплотнительных узлов гидроцилиндра на его герметизирующую способность..................................................................252

4.4. Анализ влияния углового смещения основных элементов уплотнительных узлов гидроцилиндра на

его герметизирующую способность...........................................................258

4.5. Экспериментальное подтверждение влияния повреждений элементов уплотнительных узлов гидроцилиндра на его

герметизирующую способность..................................................................262

4.5.1. Соответствие режимов испытаний уплотнительных

узлов гидроцилиндра условиям эксплуатации................................263

4.5.2. Уровни варьирования факторов, исследуемых при

испытании уплотнительных узлов гидроцилиндра...................265

4.5.3. Математическое планирование экспериментальных исследований......................................................................................266

4.5.4. Результаты экспериментальных исследований...............................268

4.6. Выводы по главе и практические результаты

исследования.................................................................................................273

5. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ГИДРОЦИЛИНДРОВ ТТМ.................................................................275

5.1. Комплексная характеристика основных параметров гидроцилиндра....275

5.2. Комплексная характеристика условий эксплуатации, рабочего процесса режима работы и параметров нагружения гидроцилиндров ТТМ..............................................................276

5.3. Критерий работоспособности гидроцилиндра по

несущей способности...................................................................................278

5.4. Критерий работоспособности гидроцилиндра по герметизирующей способности..................................................................281

5.5. Критерий надёжности гидроцилиндра.............................................282

5.6. Комплексный критерий надёжности и работоспособности гидроцилиндра...........................................................................................287

5.7. Практические рекомендации по повышению конструкционной надёжности гидроцилиндров ТТМ..............................................................288

5.8. Практические рекомендации по повышению эксплуатационной

надёжности гидроцилиндров ТТМ.............................................................295

5.8.1. Теоретические основы метода диагностирования

гидроцилиндров ТТМ по параметрам несущей способности......297

5.8.2. Теоретические основы метода диагностирования гидроцилиндров ТТМ по параметрам герметичности...............299

5.8.3. Теоретические основы метода локализации повреждений элементов гидроцилиндров ТТМ.........................................311

5.9. Оценка экономического эффекта от модернизации гидроцилиндров ТТМ..............................................................316

5.10. Выводы по главе и практические результаты

исследования.................................................................................325

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.................329

СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ.....................................332

ПРИЛОЖЕНИЕ 1................................................................................................372

ПРИЛОЖЕНИЕ 2................................................................................................400

ПРИЛОЖЕНИЕ 3................................................................................................523

ПРИЛОЖЕНИЕ 4................................................................................................525

ПРИЛОЖЕНИЕ 5................................................................................................530

ВВЕДЕНИЕ

Очевидно, что качественное повышение эффективности капитального строительства возможно, в частности, за счёт индустриализации и совершенствования организации строительного производства. Не последняя роль в решении этой проблемы принадлежит комплексной механизации строительно-монтажных работ, широкому внедрению которой способствует насыщение строительства высокопроизводительными транспортно-технологическими машинами (ТТМ), расширение их технологических возможностей и совершенствование организации эффективного использования [1-11].

Из существующих ныне тенденций развития отечественных ТТМ [8, 9, 1119], в определённой степени совпадающих с зарубежным опытом [16, 20-25], особо можно выделить рост единичных мощностей машин и их полную либо частичную гидрофикацию наряду с повышением качества и надёжности.

Применительно к гидроцилиндрам привода рабочего оборудования машин, увеличение их единичных мощностей, кроме всего прочего, неразрывно связано с повышением уровня давления рабочей жидкости гидросистем, увеличением скорости перемещения штока и его хода, а, следовательно, размеров гидроцилиндров, и, зачастую, интенсивности использования во времени [21-28].

В конечном итоге, негативным проявлением этого, применительно к гидроцилиндрам повышенного типоразмера, является резкое увеличение эксплуатационных нагрузок, ухудшение условий и режима функционирования [29-32], а, вслед за этим, неизбежное многогранное снижение их надёжности, как комплексного свойства технических объектов [33, 34] - в лучшем случае. В худшем - не исключена вероятность создания заранее неработоспособного гидроцилиндра. Всё вышеизложенное в полной мере качественно отражено и количественно проиллюстрировано, например, в работах отечественных и зарубежных исследователей [29-32, 35-44].

Подытоживая приведённые логические рассуждения, нельзя не отметить, что существующая ныне в машиностроении естественная тенденция к росту

единичных мощностей ТТМ, к сожалению, неизбежно отрицательно сказывается на надёжности и работоспособности используемых на них гидроцилиндров.

Если же принять во внимание тот факт, что все физические величины объективны и имеют пределы, а борьба с их технологическим или эксплуатационным накоплением известными методами чрезвычайно сложна, а подчас неэффективна или экономически неоправданна, то вообще оказывается под вопросом целесообразность и сама возможность создания гидроцилиндров повышенного типоразмера.

Суть создавшегося положения вполне очевидна с позиций закона, раскрывающего взаимную связь количественных и качественных изменений и констатирующего, что накопление незаметных, постепенных количественных изменений в определённый для каждого конкретного процесса момент с необходимостью приводит к существенным, коренным, качественным изменениям, к скачкообразному переходу от старого качества к новому [45].

Другими словами, стихийное, непредсказуемое накопление количественных изменений факторов, определяющих надёжность и работоспособность гидроцилиндра, обусловленное субъективным, нерегулируемым увеличением его основных параметров, достигнув ныне своих пределов, вызвало «надлом» старого качества и потребовало рождения нового со свойственными только ему закономерностями и мерой, в которой уже заложена иная количественная определённость, то есть породило необходимость осуществления на данном этапе скачка в создании перспективного гидроцилиндра повышенного типоразмера [46].

Здесь под субъективным, нерегулируемым увеличением основных параметров гидроцилиндра подразумевается характерное проявление такого доминирующего ныне при его создании принципа «жёсткого» подобия конструкции, во главу угла которого поставлена лишь необходимость в разработке такового или повышения его типоразмера. Возможность же реализации этой необходимости в любой момент эволюции типоразмера гидроцилиндра без

ущерба для параметров его работоспособности и показателей надёжности и полагается не вызывающей сомнения.

Между тем, научные основы такого подхода, в идеале отражающие его достаточность, а на практике призванные обеспечить работоспособность перспективного гидроцилиндра с требуемым уровнем надёжности, не столь убедительны и обладают целым рядом недостатков [47].

Так, в частности, основными документами, регламентирующими параметры гидроцилиндра, в разные периоды времени и в разных странах были ГОСТ 6540-68, СТ СЭВ 3936-82, ГОСТ 16514-96, а также ISO 2944, 3320, 3322 и 4393, в соответствии с которыми предполагается возможность создания гидроцилиндров по основному и дополнительному рядам с номинальным давлением /?=(0,63 ... 63) МПа, с ходом поршня (штока) z=(4 ... 10000) мм, с диаметрами поршня D]=(4 ... 900) мм и штокаD2-(4 ... 900) мм, с соотношением площадей давления в поршневой и штоковой полостях ф=(1,06 ... 5,26). Применительно к гидроцилиндрам ТТМ эти параметры лежат в диапазонах: р=(2,5 ... 40) МПа; z=(50 ... 2000) мм; Д?=(32 ... 250) мм; ф=(1,33 и 1,6); скорость перемещения штока не оговаривается, но лежит в диапазоне dz/dt={0,1 ... 1,0) м/с, а, применительно к ТТМ не превышает 0,5 м/с (Рисунок 1, 2);

Однако, в перечислениях руководящих документах отсутствуют каких-либо рекомендации для выбора комплекса названных основных конструктивных параметров гидроцилиндра из всего массива представленной в них информации при создании конкретного гидроцилиндра, что не гарантирует достижение ожидаемого положительного эффекта в итоге;

В силу вышесказанного, данная диссертационная работа посвящена созданию научных основ и разработке практических рекомендаций повышения надёжности и обеспечения работоспособности реальных и перспективных гидроцилиндров повышенного типоразмера для рабочего оборудования ТТМ в соответствии с предлагаемой методологией [48-51].

1. ИСТОРИЯ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ конструкции гидрофицированного рабочего оборудования современных ТТМ

Анализ кинематических особенностей выявленных 239 схем привода исполнительных органов (Рис. 1.1-1.22. Приложение 1) реальных гидрофициро-ванных технических объектов [1,2, 52-122], содержащих 501 гидроцилиндр и работающих в поле тяготения, в пределах, выше или ниже линии горизонта, в условиях, обозначенных объективными требованиями и субъективными намерениями потребителей, позволил сделать следующие заключения.

Во-первых, рас�