автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Оценка технического состояния шестеренных насосов гидроприводов самоходных машин

На правах рукописи

Не

Исько Андрей Борисович

ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ШЕСТЕРЕННЫХ НАСОСОВ ГИДРОПРИВОДОВ САМОХОДНЫХ МАШИН

Специальность 05.02.02. - Машиноведение, системы приводов и детали машин

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Автореферат

Братск 2004

Работа выполнена на кафедре «Машиноведение и детали машин» Братского государственного университета.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент

Поскребышев Владимир Андреевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ Краев Михаил Васильевич кандидат технических наук, доцент Меновщиков Владимир Александрович

Ведущая организация:

СибНИИстройдормаш (г.Красноярск)

Защита состоится «28»декабря2004 г.

в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.01 при Красноярском государственном техническом университете по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26, КГТУ., Ауд. Г2-70

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного технического университета

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью составителя, заверенный печатью организации, просим выслать по указанному адресу на имя секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан: « /Г » ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета К212. 089.01 кандидат технических доцент

Сорокин Евгений Александрович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность работы. На надежность работы различных гидромеханических систем (например, гидромеханических систем дорожных, строительных, тяговых, лесозаготовительных и сельскохозяйственных машин) оказывает влияние безотказная работа их качающих узлов, обеспечивающих требуемую подачу и давление. Одна из причин отказов, в процессе эксплуатации самоходных гидрофицированных машин - ухудшение характеристик насосов и выход их параметров за допустимые пределы. В настоящее время, в исполнительных органах гидрофицированных машин широко применяются шестеренные насосы.

В гидрофицированных машинах требования к выходным параметрам (производительность, скорость и т.д.) устанавливаются как для машины в целом, так и для отдельных её элементов, узлов и агрегатов. При этом значения выходных параметров машины зависят от параметров, характеризующих состояние её отдельных элементов и узлов (насосов, гидромоторов, гидроцилиндров и т.д), и от роли, которую они играют в обеспечении требуемых показателей качества машины в целом. Для насосов такими параметрами являются: подача, создаваемое давление рабочей жидкости, объемный коэффициент полезного действия. Снижение показателей выходных параметров шестеренных насосов происходит из-за увеличения количества утечек рабочей жидкости вследствие износа элементов деталей и сопряжений.

Прогнозирование технического состояния и нормирование выходных параметров одна из задач развития теории надежности машин и гидромеханических систем

Представленная работа, посвящена вопросам исследования увеличения утечек, как следствие износа подшипников скольжения и торцов шестерен и прогнозированию остаточного ресурса.

Цель диссертационной работы: Разработать математическую модель, позволяющую прогнозировать влияние изменения размеров шестерен и их опор в

параметры насоса.

Задачи исследований:

1. Разработка схемы связности конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров, влияющих на функционирование насоса.

2. Разработка математической модели оценки технического состояния насоса с использованием топологического подхода.

3. Анализ и обобщение теоретических и экспериментальных исследований технического состояния насоса при изменении, вследствие износа, геометрических параметров.

4. Разработка методики прогнозирования изменения параметров, определяющих техническое состояние насоса.

Методы исследования. Для разработки модели оценки технического состояния шестеренного насоса, как сложной механической системы, использовались методы теории систем управления, графов, множеств, матричного исчисления, методы регрессионного анализа и статистические методы обработки экспериментальных данных. При решении матричных уравнений и уравнений регрессии, а также при выполнении графических работ использовались пакеты программ для работы на ЭВМ.

Научная новизна работы:

1. Насос рассмотрен как сложная механическая система с представлением его функционирования в виде топологической модели.

2. Разработана функциональная схема связности конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров, влияющих на техническое состояние шестеренных насосов.

3. Применен формализованный метод идентификации, состоящий из последовательных этапов построения математической модели объекта исследования: функциональная схема связи параметров, структурная схема, структурный граф (С-граф), матричная модель процесса функционирования шестеренных насосов.

4. Разработана математическая модель и аналитические выражения, позволяющие оценивать влияние различных технологических и триботехнических факторов на техническое состояние шестеренных насосов.

5. Предложена методика прогнозирования остаточного ресурса шестеренных насосов типа НШ - 10, с помощью номограммы.

Достоверность. Достоверность научных положений, выводов и результатов, сформулированных в диссертации, базируется на четком представлении задач и методов прогнозирования параметрической надежности сложных механических систем, полностью обоснована математическими выкладками, имитационным моделированием на ЭВМ, вычислительными экспериментами и подтверждается проведенными натурными испытаниями.

Практическая ценность. Получены теоретические и экспериментальные данные о влиянии различных факторов на техническое состояние насоса, которые могут быть учтены, при проектировании новых и модернизации существующих гидравлических приводов самоходных машин.

Разработана методика прогнозирования технического состояния (подачи, объемного КПД и мощности) насоса с учетом влияния конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов.

Методика прошла апробацию и внедрена на АРЗ ОАО «БЭСТ - 1», а так же на кафедре СДМ и О в курсе дисциплины «Основы гидравлики и гидропривода»

Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на научно-техническом семинаре по специальности 05.02.02 «Машиноведение, системы приводов и детали машин» при Красноярском государственном техническом университете (г. Красноярск), 2004 г.; на XXII научно-технической конференции Братского государственного технического университета, г. Братск, 2001 г.; межрегиональных научно-технических конференциях (Естественные и инженерные науки - развитию регионов). Братск: БрГТУ, 2002-2004 гг.

Публикации. По результатам работы опубликовано 12 печатных работ. Из них статей - 7, тезисов докладов — 5.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Общий объем работы 129 страниц основного текста, 57 рисунков, 6 таблиц. Список литературы содержит 71 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и основные задачи исследований, определена научная и практическая ценность работы, её новизна, перспективы применения.

Работа выполнена применительно к насосу НШ - 10, однако выводы и рекомендации могут быть распространены на другие марки шестеренных насосов в связи с их однотипностью конструкции, принципом работы и условиями эксплуатации.

В первой главе представлена классификация гидропривода. Описаны преимущества и недостатки объемного гидропривода, его основные параметры. Показаны основные типы применяемых гидравлических схем.

При рассмотрении функциональной схемы гидропривода самоходных машин, замечено, что:

- при отказе насоса возникает отказ всего гидропривода;

- постепенно нарастающий отказ насоса, влияет на техническое состояние всей машины.

Техническое состояние насоса определяется изменением следующих параметров: объемного коэффициента полезного действия, давления, подачи и мощности. Отклонение данных параметров, от первоначальных, происходит вследствие увеличения утечек в рабочей камере насоса. Это происходит по причине износа его деталей и узлов, под воздействием различных процессов.

Подача влияет на скорость перемещения штока гидроцилиндров и скорость вращения вала гидромоторов, которые определяют время цикла, а в конечном итоге производительность и другие технико-экономические показатели гидрофицированных машин. Таким образом, насосы оказывают большое влияние на работоспособность гидравлического привода гидрофицированной самоходной машины в целом.

На основании проведенного анализа использования в машиностроении насосов всех типов и марок для исследования выбраны шестеренные насосы. Приведены условия эксплуатации и область применения шестеренных насосов, а также определены места и основные причины возникновения утечек в них. Около 90% всех утечек в шестеренных насосах происходит по торцам шестерен. Существует множество способов компенсации торцевых зазоров, но в данной работе предложен метод определения влияния изменения межосевого расстояния и ширины шестерен на параметры определяющие техническое состояние шестеренных насосов.

Анализ исследований по определению надежности шестеренных насосов показал необходимость уточнения параметров, влияющих на их техническое состояние, что позволяет сделать следующие выводы:

- насосы НШ являются сложными механическими системами со всем комплексом характеристик;

- техническое состояние шестеренных насосов оценивается выходными параметрами, то есть подачей, объемным коэффициентом полезного действия и давлением.

Во второй главе описано устройство, принцип работы и теоретические основы расчета параметров насосов типа НШ.

Для шестеренного насоса НШ выбраны эксплуатационные, технологические и кинематические параметры, которые послужат теоретической основой идентификации математической модели оценки технического состояния шестеренных насосов.

На техническое состояние шестеренных насосов, оказывают следующие параметры: и - частота вращения приводного вала, ; Р2 - давление в напорной камере насоса, МПа; Я^ц - шероховатость поверхности вала, мкм; - шероховатость поверхности скольжения отверстий втулок, мкм; - шероховатость поверхности скольжения торцов шестерен, мкм; - шероховатость поверхности скольжения торцов втулок; с!вал - диаметр вала шестерни, мм; - диаметр отверстия втулки (подшипника скольжения), мм; - ширина шестерни, мм; -диаметр головок зубьев, мм;

- межосевое расстояние, мм; - угол зацепления, град; - зазор в подшипниках скольжения, мм; - рабочий объем насоса,

- утечки в рабочей камере, л/мин; Q - подача насоса, л/мин; Р -

мощность насоса, кВт; г| - объемный коэффициент полезного действия насоса.

Сформулирована гипотеза о влиянии изменения межосевого расстояния на увеличение объемных потерь в шестеренных насосах (рисунок 1).

Рисунок 1-Схема влияния изменениямежосевогорасстояния

наутечки

Данная гипотеза подтверждена с помощью фотографирования зоны зацепления шестеренного насоса НШ-10.

Проведены исследования уравнений процесса объемных потерь в шестеренном насосе. Выведена зависимость изменения теоретической подачи насоса как функции износа подшипников скольжения (изменение межосевого расстояния) Ди ширины Ь зуба:

0Т = 2 • 6 • л • [л • г„ • (й-Да,,) - 5 •/, • Да*], (1)

где - теоретическая подача, л/мин; - ширина шестерен насоса, мм; п - частота вращения ведущего вала, об/мин; гн - радиус начальной окружности шестерен насоса, мм; й - высота головок зубьев, мм; А а» - величина изменения межосевого расстояния, мм; 1} - длина активной зоны поверхности зуба, мм.

Приведенный анализ взаимного влияния основных технологических, эксплуатационных, триботехнических параметров позволил объединить их и представить в виде единой схемы процесса функционирования насоса и изменения его технического состояния. Формализованная связь этого множества параметров разработана автором и приведена на рисунке 2.

Рисунок 2

- Схема связности конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров, влияющих на функционирование насоса

Рисунок 3-Блок-схема прогнозирования состояния элементов сложной системы

Традиционные (статистические) методы оценки надежности не позволяют в полной мере спрогнозировать поведение машины на этапе проектирования. Для прогнозирования технического состояния насоса как многофакторной системы предлагается использовать методы математического моделирования, системного анализа и т.д.

Предложена блок - схема (рисунок 3) этапов прогнозирования состояния элементов сложной системы с применением метода топологии.

В третьей главе приведено обоснование применения метода топологии, позволяющего формализовать в математическом виде взаимосвязь множества параметров, характеризующих техническое состояние шестеренного насоса.

Обоснована необходимость выполнения схем связности конструктивных, геометрических и эксплуатационных параметров, влияющих на функционирование насоса.

Разработана топологическая модель процесса функционирования шестеренного насоса.

На основе изучения технической литературы, устройства и работы насосов НШ построена структурная схема процесса функционирования шестеренного насоса (рисунок 4).

По методике «Синтез систем управления методом структурных графов» был построен С-граф процесса функционирования шестеренного насоса (рисунок 5), узлами которого являются передаточные функции объекта управления (Ж], ДО'м), а ветвями - параметры

Построенный С-граф отображает структурную схему системы, сохраняет все свойства топологических схем и дает возможность применить ранее разработанный математический аппарат топологии, упрощает переход от структурных схем к графам, сохраняя структурную связность элементов.

На основании рассмотренной методики синтеза многосвязных систем управления, коими являются шестеренные насосы, по структурному графу записываются матричные уравнения:

где Н = А -В - матрица операторов системы; А - матрица структуры графа; В - матрица коэффициентов системы; - матрица-столбец входных сигналов графа.

Рисунок 4 - Структурная схема процесса функционирования насоса НШ-10

Рисунок 5 - С-граф процесса функционирования для шестеренного насоса

Для проведения идентификации объекта обоснован и использован метод понижения размерности пространства факторов, сохраняющих точность модели, что позволяет целесообразно подойти к организации исследования объекта. Структурный анализ дает возможность выявить минимальное число факторов, информация о которых необходима для изучения объекта. Указанный прием понижения факторного пространства позволяет значительно сократить множество пространства состояний для изучения, что приводит к сокращению времени вычислительных операций.

Непосредственно из С-графа системы управления записываем матричное уравнение системы, при этом отпадает необходимость в вычислениях, связанных с перемножением матрицы структуры и матрицы коэффициентов системы.

Матрица уравнений системы имеет размерность 44 х 42. Работать с матрицей большой размерности и с символьными параметрами очень сложно. С учетом того, что она является разреженной, автором проведено понижение ее размерности в соответствии с описанной в диссертационной работе методикой. Полученное однородное матричное уравнение системы (рисунок 6) полностью отражает функциональную зависимость компонент в структуре.

XI Х2 XI Х4 Х16 Х20 XII х:< ХГО Х35 Х40 Х43 X« ХИ ХЯ Х5Л Х57 Х"< Х78 Х75 Х18

.1 \иа

Ш4 •1

ЧУ4 ■I

W5 W6 -1

«И 9* АН -1 ^•¡4-^1 Й

т 'АЧО W22 -1 «1)

4/1 •1 №23

т <ин •1

мш -1

•1

-1 VI5

«24 №9 -1 1

У/26 -1 1

\¥2 •1

М/30 Ш31 .1

4/20 •1

У/20 -1

-1

Рисунок 6 - Матричное уравнение после понижения порядка

Чтобы исключить трудно контролируемые параметры и свести к требуемым основным переменным

-^50> -^54» Л57), с учетом связности параметров процесса, функцио-

нальные зависимости искомых компонент выразятся в виде сле-

дующих зависимостей:

=ЛХиХг(1, х2\, Х43), (3)

(4)

Р(Хьт) иХг, Х2о, ХЦ, ^43), (5)

где Х\ - частота вращения приводного вала (п, об/мин); Х^ - давление в напорной камере насоса - диаметр вала шестерни (й^ал> мм);Хг| - диаметр отверстия втулки (Овт, мм);Х|з - ширина шестерни (Ь, мм).

Приведенные функциональные зависимости с выбранными параметрами модели (диаметры валов и втулок, шероховатости поверхностей трения, параметры зацепления, частота вращения) приняты для идентификации объекта исследования.

В четвертой главе для параметрической идентификации уравнений (3)-(5) выбран метод регрессионного анализа, который включает методы отыскания параметров математической модели и статистической обработки данных, полученных экспериментально или заимствованных из отчетов натурных испытаний насосов НШ-10. Математическую модель функционирования шестеренного насоса запишем в виде

где В - матрица-столбец коэффициентов регрессионной модели, равная

где X - матрица результатов наблюдений за параметрами; У - матрица-столбец результатов измерений выходных параметров.

На основании матричных уравнений получена математическая модель, решение которой велось с использованием экспериментальных замеров геометрических параметров: диаметров валов ¿/вал, подшипников скольжения Д,т и ширины шестерен Ь. Математическая модель составлена при следующих допущениях:

- обороты вала насоса постоянны;

- стенки напорного трубопровода абсолютно жесткие;

-диаметр напорного трубопровода постоянный по всей длине; -давление в напорной гидролинии постоянно; -температура рабочей жидкости постоянна. Для получения регрессионной модели с коэффициентами использовались экспериментальные данные геометрических размеров элементов и подачи для насосов одного типа, отработавших до различной степени износа этих элементов. Результаты экспериментов приведены в таблице 1. Экспериментальные замеры снимались на стенде, гидравлическая схема которого представлена на рисунке 7.

Таблица 1 - Экспериментальные замеры параметров шестерен-

ного насоса НШ-10

№ Наименование

<4ал» ММ ММ мм О,, л/мин

Л» ХЦ Х& Х$о

1 17,935 17,956 16,290 16,4

2 17,931 17,965 16,285 15,1

3 17,926 17,969 16,260 14,7

4 17,925 17,971 16,240 13,2

5 17,922 17,989 16,170 12,4

6 17,915 18,035 16,120 11,0

7 17,915 18,067 16,010 10,2

8 17,891 18,089 15,902 9,0

На основании данных таблицы 1 получены регрессионные модели изменения подачи насоса:

Для объемного КПД насоса регрессионная модель представлена уравнением

77= -0,07и+ 1,994,,- 1,99Д„+ 0,26. (9)

Для мощности насоса регрессионная модель представлена уравнением

Р— 0,1 и - 0,3р2 + 1,03 4и - 0.9 Бт + 0,2Ъ. (10)

Рисунок 7 - Гидравлическая схема стенда для определения подачи насоса: 1 - бак; 2 - электромотор; 3 - тахометр; 4- испытуемый насос; 5-манометр; 6-регулятор давления; 7- дроссель; 8 - расходомер; 9-фильтр; 10- термометр; 11 - вакуумметр

Уравнения составлены таким образом, что они позволяют определить выходные параметры насоса в зависимости от следующих величин:

- диаметр вала шестерни £/вап;

- диаметр подшипника скольжения Д,т",

- ширина шестерни

Построены зависимости выходных величин от изменения диаметров валов и втулок, а также от изменения ширины шестерен (рисунки 8-10).

Проведено сравнение результатов (рисунок 11). Прямая 1 получена с помощью аналитической (1) зависимости без учета объемного коэффициента полезного действия» прямая 2 получена с помощью регрессионной модели (8) определения подачи насоса с учетом изменения межосевого расстояния и ширины шестерен в насосе, прямая 3 получена с помощью аналитической зависимости (1) с учетом объемного КПД. Погрешность при вычислении математических моделей не превышает 10 %, что можно объяснить погрешностями при выполнении замеров.

Рисунок 8 - График зависимости 0=$ф,с1,Ъ)

кВт

0.5

0.4

0.3

0 и

« ^

Л \ У \

у А \\ >

д

94 17*92 1Г90

Рисунок 9 - График

зависимости (2, л/мин

■ ■<" ■•<" м

17 94 18 00 18 06 Р.ММ 16 3 16 14 15 98 Ь,ММ

Рисунок 10- График зависимости Р =/(©, Л, Ъ)

0 08 ТГГ

15 98 Ь,ММ 0 16 Да^мм

II

"га"

Рисунок 11 - График подачи насоса НШ-10

На основании проделанной работы сформулирована методика прогнозирования остаточного ресурса шестеренных насосов (рисунок 13), при изменении межосевого расстояния и ширины шестерен, которая объединяет три основных этапа.

Первый этап - демонтаж насоса, например при проведении планового ТО и Р.

Второй этап - разборка и проведение замеров геометрических параметров шестеренных насосов (диаметров валов, втулок и ширины шестерен).

Третий этап - с использованием номограммы (рисунок 12), определить состояние выходных параметров шестеренного насоса, в зависимости от диаметров валов, втулок и ширины шестерен.

Рисунок 12 - Номограмма для определения параметров насоса НШ-10 по подаче Q, замеренной на стенде или на работающем агрегате гидропривода

Номограмма составлена при следующих допущениях:

- обороты вала насоса постоянны п = 1680 об/мин;

- давление в напорной гидролинии постоянно рх = 2 МПа;

-температура рабочей жидкости постоянна Т= 45°С; - значения параметров при объемном КПД менее 0,7-0,6 не учитывать.

Далее конструктор в зависимости от полученных данных дает заключение об остаточном ресурсе и рекомендации по эксплуатации шестеренного насоса.

Методику выполнения этапов разработки модели прогнозирования технического состояния насоса НШ-10 показана в виде блок-схемы (рисунок 14).

Рисунок13-Блок-схема методикипрогнозирования остаточногоресурса шестеренногонасоса типа НШ-10

Рисунок 14- Блок-схема методики прогнозирования техническогосостояния шестеренного насоса типа НШ-10

В основных результатах и выводах сформулированы основные научные положения и результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана схема связности конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров, влияющих на функционирование насоса.

2. Получена теоретическая зависимость подачи шестеренного насоса от изменения ширины шестерен и межосевого расстояния.

3. Разработана математическая модель оценки технического состояния насоса с использованием топологического подхода. Получены регрессионные уравнения для подачи, объемного КПД и мощности шестеренного насоса.

4. Разработана методика прогнозирования изменения параметров, определяющих техническое состояние шестеренного насоса на примере НШ -10.

5. Полученные результаты теоретических исследований согласуются в пределах 10 %.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Поскребышев. Принципиальная схема параметрической надежности шиберного насоса./ Поскребышев В.А., Исько А.Б. // XXII научно-техническая конференция Братского государственного технического университета: Материалы конференции. -Братск: БрГТУ, 2001. - С.208.

2. Поскребышев. Параметрическая надежность гидропривода./ Поскребышев В.А., Тарновская Е.В., Исько А.Б. // Труды Братского государственного технического университета. Т.2.-Братск: БрГТУ, 2001.-С. 129.

3. Поскребышев. Моделирование надежности механической системы./ Поскребышев ВА, Тарновская Е.В., Исько А.Б. // Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ: Межвуз. темат. сб. тр. Вып. 8 / СПбГАСУ.- СПб., 2002. -С.262.

4. Поскребышев. Динамика выпуска насосов для гидроприводов машин./ Поскребышев В.А., Тарновская Е.В., Исько А.Б. // Труды Братского государственного технического университета. -Т. 2.- Братск: БрГТУ, 2002.-С. 125.

5. Поскребышев. Применение теории синтеза статических систем в исследовании параметрической надежности гидронасоса./ Поскребышев В.А., Тарновская Е.В., Исько А.Б. // Труды Братского государственного технического университета. - Т. 2.-Братск: БрГТУ, 2002. -С. 128.

6. Поскребышев. Реализация структурного метода при решении многофакторных задач триботехники./ Поскребышев В.А., Исько А.Б. // Естественные и инженерные науки - развитию регионов: Материалы межрегиональной научно-технической конференции.- Братск: БрГТУ, 2003. -С.135.

7. Поскребышев. Моделирование параметрической надежности методом структурных графов./ Поскребышев В.А., Исько А.Б. // Труды Братского государственного технического университета.- Т.2.- Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2003. - С. 194.

8. Поскребышев. Теоретические основы определения утечек в шестеренных насосах гидропривода./ Поскребышев В.А., Егоров Д.В., Исько А.Б. // Труды Братского государственного технического университета.- Т. 2,- Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2004. -С.141

9. Исько. Моделирование процесса изменения подачи насосов методом структурных графов./ Исько А.Б. // Труды Братского государственного технического университета.- Т. 2.- Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2004. -С. 139.

Соискатель:

А.Б. Исько

Исько Андрей Борисович

ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ШЕСТЕРЕННЫХ НАСОСОВ ГИДРОПРИВОДОВ САМОХОДНЫХ МАШИН

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 08.10.04. Формат 84 х 108 '/16 Печать трафаретная Уч.-изд. л. 1,5. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 303

Отпечатано в издательстве ГОУ ВПО «БрГУ» 665709, Братск, ул. Макаренко, 40

»26178

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ И

ВЫБОР ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Общие сведения о гидроприводах и гидросхемах.

1.2. Обоснование выбора объекта исследования.

1.3. Типы шестеренных насосов и условия эксплуатации гидроприводов оборудованных шестеренными насосами.

1.4. Состояние вопроса оценки технического состояния шестеренных насосов.

1.5. Выводы по главе.

ГЛАВА 2. ПРИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЯ И МЕТОДЫ

ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ШЕСТЕРЕННЫХ НАСОСОВ.

2.1. Устройство, принцип работы и теоретические основы расчета параметров насосов типа НШ.

2.2. Анализ факторов, влияющих на выходные параметры шестеренных насосов.

2.3. Планирование этапов прогнозирования изменения технического состояния шестеренных насосов.

2.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ШЕСТЕРЕННОГО

НАСОСА.

3.1 Формулирование подхода к построению математической модели сложных объектов.

3.2 Принцип построения топологической модели процесса функционирования шестеренного насоса.

3.3 Выводы по главе.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ШЕСТЕРЕННОГО НАСОСА.

4.1 Вывод уравнений процесса функционирования шестеренного насоса.

4.2 Основные этапы прогнозирования технического состояния насосов типаНШ.ИЗ

4.3 Выводы по главе.

На надежность работы различных гидромеханических систем (например, гидромеханических систем дорожных, строительных, тяговых, лесозаготовительных и сельскохозяйственных машин) оказывает влияние безотказная работа их качающих узлов, обеспечивающих требуемую подачу и давление. Одна из причин отказов, в процессе эксплуатации самоходных гидрофицированных машин - ухудшение характеристик насосов и выход их параметров за допустимые пределы. В настоящее время, в исполнительных органах гидрофицированных машин широко применяются шестеренные насосы.

В гидрофицированных' машинах требования к выходным параметрам (производительность, скорость и т.д.) устанавливаются как для машины в целом, так и для отдельных её элементов, узлов и агрегатов. При этом значения выходных параметров машины зависят от параметров, характеризующих состояние её отдельных элементов и узлов (насосов, гидромоторов, гидроцилиндров и т.д), и от роли, которую они играют в обеспечении требуемых показателей качества машины в целом. Для насосов такими параметрами являются: подача, создаваемое давление рабочей жидкости, объемный коэффициент полезного действия. Снижение показателей выходных параметров шестеренных насосов происходит из-за увеличения количества утечек рабочей жидкости вследствие износа элементов деталей и сопряжений.

Прогнозирование технического состояния и нормирование выходных параметров одна из задач развития теории надежности машин и гидромеханических систем

Представленная работа, посвящена вопросам исследования увеличения утечек, как следствие износа подшипников скольжения и торцов шестерен и прогнозированию остаточного ресурса.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана схема связности геометрических параметров шестерен, втулок' подшипников скольжения и колодцев корпуса, материалов шестерен, втулок и колодцев корпуса; шероховатостей поверхностей деталей в зонах контакта, частоты вращения шестерен, давления на входе и выходе из насоса, влияющих на подачу, объемный КПД и мощность насоса.

2. Получена теоретическая зависимость подачи шестеренного насоса от изменения ширины шестерен и межосевого расстояния.

3. Разработана математическая модель оценки технического состояния насоса с использованием топологического подхода. Получены регрессионные уравнения для подачи, объемного КПД и мощности шестеренного насоса в зависимости от изменения диаметров валов и втулок, а так же от ширины вал-шестерен.

4. Разработана методика прогнозирования технического состояние шестеренного насоса НШ - 10 с использованием номограммы.

5. Полученные результаты теоретических исследований согласуются с экспериментальными в пределах 10 %.

1. Алпатов Ю.Н., Синтез систем управления методом структурных графов., Иркутск., ИГУ., 1988, е.-184.

2. Артоболевский И.И., Теория механизмов и машин., изд-е третье; Изд-во: «Наука», М., 1975, с. 639.

3. Асфальтобетонные заводы. Андросов A.A., Засов И.А., Зеличенок Г.Г. Изд-во «Транспорт», 1968 г., стр. 1-273.

4. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. -М.: Машиностроение, 1974. 606 с.

5. Берж К. Теория графов и её применение. М.: Изд-во иностр. лит. 1962. -319 с.

6. Бирюков М.П. Динамика и прогнозирующий расчёт механических систем. Минск «Высшая школа» 1980. - 192 е., ил.

7. Блох JI.C. Практическая номография. М., «Высшая школа», 1971,328 стр. с илл.

8. Войнов К.Н. Прогнозирование надежности систем. Д.: Машиностроение. Ленинград. Отделение, 1978 С. - 208с., ил.

9. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник -М.: Машиностроение, 1983. -301 е., ил.

10. Ю.Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Наука, 1967. - 575с.11 .Гидропривод машин лесной промышленности. Осипов П.Е., Муратов B.C. « Лесная промышленность», 1970 г., 312.

11. ГОСТ 14628-69 Аппаратура для измерения шероховатости поверхности профильным методом. Профилометры контактные системы, методы и средства поверки. Комитет стандартов, мер и измерительных приборов при совете министров СССР, Москва 1969.

12. ГОСТ 27.301 83 Надежность в технике. Прогнозирование надежности изделий при проектировании. Общие требования. Государственный комитет по стандартам. Москва. Издательство стандартов, 1983.

13. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы. Башта Т.М. и др. М., «Машиностроение», 1970, 504 стр.

14. Гидравлическое оборудование строительных и дорожных машин. М.: Стойиздат, 1978. 166 с.

15. Гидро-пневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Объёмные гидро- и пневмомашины и передачи. / А.Д. Андреев, JI.B. Бартошевич, Н.В. Богдан и др.; Под ред. В.В. Гуськова. Мн.: Выш.шк., 1987. - 310 е.: ил.

16. Гидравлика и гидропривод / Гейер В.Г., Дулин B.C., Боруменский А.Г. Заря А.Н. М., Изд-во «Недра», 1970. 302 стр.

17. Гидравлика и гидропривод / Гейер В.Г., Дулин B.C., Заря А.Н. М.: Недра, 1991.-331с.

18. Гидро- и " пневмопривод и его элементы. Рынок продукции: каталог/коллектив составителей М.: Машиностроение, 1992.- 232 е.: ил.

19. Джонсон К. Механика конкретного взаимодействия: Пер. с англ. М.: Мир, 1989.- 510 с., ил.

20. Каверзин C.B., Лебедев В.П., Сорокин Е.А. Обеспечение работоспособности гидравлического привода при низких температурах.-Красноярск: 1997.-240 с.

21. Каверзина A.C. Повышение работоспособности гидравлического привода улучшением всасывающей способности насосов. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук Красноярск, КГТУ, 2004. -103с.

22. Калмуцкий B.C. Прогнозирование ресурса деталей машин и элементов конструкций/ Под ред. В.В. Аджера; Кишиневский политехнический ин-т. им. С. Лазо. Кишинев: Штиинца, 1989. - 160с.

23. Коржавин Б.Б., Лебедев О.В., Исследования гидросред и систем., Ташкент., 1973., стр. 120.

24. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Камбалов B.C. Основы расчётов на трение и износ. М., «Машиностроение», 1977. 526 с. с ил.

25. Крайнев А.Ф. «Механика машин», М., Фундаментальный словарь. Машиностроение, 2000.- 904 е., ил.

26. Краткий физико-технический справочник, T-I, под общей редакцией К.П. Яковлева., М., Гос. из-во физ-мат. литературы., 1960.,с-446.

27. Крагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин: Справочник М.: Машиностроение, 1984. 280 е., ил. (основы проектирования машин)

28. Крутил ин Д. А. Разработка алгоритмического и программного обеспечения для синтеза систем управления топологическим методом: Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук Братск, БрГТУ, 1999.-170с.

29. Кравцов В.В. и др. Экспериментальное исследование гидроприводов: Программы и методики испытаний/ В.В. Кравцов, А.Ю. Домогаров, И.С. Леладзе; МАДИ ТУ. М., 1993. - 83с.

30. Коллектив авторов. Надежность и долговечность строительных и дорожных машин/ Сборник научных трудов под общей редакцией к.т.н. доц. C.B. Каверзина. Выпуск 2 Красноярск, КПИ, 1975. - 222с.

31. Ковалевский В.Ф., Железняков Н.Т., Бейлин Ю.Е. Справочник по гидроприводам горных машин. 2-е Изд. Перераб. и доп. М.: Недра, 1973. 504 с.

32. Кранощеков, П.С. Принципы построения моделей/ П.С. Кранощеков, A.A. Петров. М.: МГУ, 1983. - 264 с.

33. Левитин М.А. Развитие системного подхода в трибологии. Ташкент: ФАН, 144 с.

34. Машиностроительный гидропривод./ Л.А. Кондаков, Г.А. Никитин, В.Н. Прокофьев и др. Под ред. В.Н. Прокофьева. М., Машиностроение, 1978495 е., ил. (материалы, твёрдости, шероховатости деталей НШ по ГОСТ.)

35. Надёжность тракторов (оценка, нормирование, испытание): Тр. М: - (Гос. Науч.- исслед. Трактор, ин-т). Вып. 263/отв. Ред. И.П. Зубиетов. 1979. - 67

36. Надёжность строительных машин, М., Стройиздат, 1975. 296 с. На обороте тит. и. авт.: Г.П. Гриневич, Е.А. Каменская, А.К. Алферов, A.B. Златопольский.

37. Надёжность и эффективность в технике: Справочник: В Ют Редсовет: B.C. Авдуевский (пред) и др. -М.: Машиностроение, 1987 .22 см.

38. Надёжность технических систем: Справочник/С.Р. Барлоу, Ю.К. Беляев, В.А. Богатырёв и др.; Под ред. H.A. Ушакова.- М.: Радио и связь, 1985.-606с., ил.; 24 см.

39. Надёжность и долговечность напорных гидротранспортных систем/Л.И. Махарадзе, Т.Ш. Гочиташвили, Д.Г. Сулаберидзе, JI.A. Алехин.- М.: Недра, 1984.- 119 с.; ил.

40. Осипов А.Ф. Объемные гидравлические машины коловратного типа. М.: Машиностроение, 1971.-208с.

41. Осипов П.Е., Мурашов "B.C., Гидропривод машин лесной промышленности., «Лесная промышленность»., 1970. с. 312.

42. Пижурин, A.A., Исследование процессов деревообработки/ A.A. Пижурин, М.С. Розенблит. -М.: Лесная промышленность, 1984. 232 с.

43. Прикладная статистика: Классификация и снижение размерности: Под. Ред. С.А. Айвазяна.: Ф. И С., 1989 607с.

44. Проников A.C. Надёжность машин.- М.: Машиностроение, 1978.- 592 е., ил.- (Межиздательская серия «Надёжность и качество»).

45. Поскребышев. Параметрическая надежность гидропривода./ Поскребышев В.А., Тарновская Е.В., Исько А.Б. // Труды Братского государственного технического университета. Т.2.- Братск: БрГТУ, 2001. С. 129 - 135.

46. Поскребышев. Моделирование надежности механической системы./ Поскребышев В.А., Тарновская Е.В., Исько А.Б. // Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ: Межвуз. темат. сб. тр. Вып. 8 / СПбГАСУ.- СПб., 2002. С.262 - 269.

47. Поскребышев. Динамика выпуска насосов для гидроприводов машин./ Поскребышев В.А., Тарновская Е.В., Исько А.Б. // Труды Братскогогосударственного технического университета. Т. 2.- Братск: БрГТУ, 2002.-С. 125 - 127.

48. Исько. Моделирование процесса изменения подачи насосов методом структурных графов./ Исько А.Б. // Труды Братского государственного технического университета.- Т. 2.- Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2004. С. 139 - 141.

49. Проников A.C., Надежность машин., М., Машиностроение., 1978. 592 с.

50. Проников A.C., Параметрическая надежность машин. М.; Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 560с.: ил.

51. РТМ 44 46. Методика статистической обработки эмпирических данных., Москва - 1966.

52. Справочник конструктора дорожных машин. Под ред. канд. техн. наук И.П. Бородачёва., М., Машиностроение 1965.

53. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М.: Наука, 1981.

54. Сушков Ю.А. Графы зубчатых механизмов. Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1983.-215 е., ил.

55. Сырицын Т.А., Надежность гидро- и пневмопривода., М., Машиностроение., 1981., с. 216.

56. Теория механизмов., под. Ред. В.А. Гавриленко., «Высшая школа», М., 1973., с-509.

57. Ушаков Л.С., Котылев Ю.Е., Кравченко В.А. Гидравлические машины ударного действия.- М: Машиностроение, 2000. 416 с., ил.

58. Э.Л. Хайкин, Т.К. Камалов, О.В. Лебедев. Научные основы эксплуатационной надёжности гидропривода машин, применяемых в сельском хозяйстве Каракалпакии. «Каракалпакстан», Нукус, 1983 г., с. 156.

59. Хазов Б.Ф., Дидусев Б.А. Справочник по расчёту надёжности машин на стадии проектирования.- М.: Машиностроение. 1986.- 224 е., ил. (основы проектирования машин).

60. Харазов A.M., С.Ф. Цвид. -Методы оптимизации в механической диагностике машин. М.: Машиностроение, 1983.- 132 е., ил.

61. Шульц В.В. Форма естественного износа деталей машины и инструмента.-Л.: Машиностроение. Ленинград, отделение, 1990.- 208., ил.

62. Юдин Е.М. Шестеренные насосы. М.: Машиностроение, 1964. - 232с.

63. Уотерхауз Р. Б. Фреттинг-коррозия: Пер. с англ. Л.: Машиностроение, 1976. 270с.

64. Bowden F. P. and Tabor D. The friction and lubrication of solids. «Clarendon Press». Oxford, 1954, p. 372, part 11, 1964, p. 544.

65. Barwell F. T. Tribology in production. Product Eng. (G Brit) N7, 1972, p. 253 -261.

66. Fleischer G. Probleme der Zuverlässigkeit von Maschinen. «Wiss. z. Technische Hochschule O. Guericke Magdeburg», 1972, 16 No4 s. 289 290.

67. Statnikov R.B., Matisov J.B. Milticriteria Optimization and Engineering, N.Y.: Chfpman and Hall, 1995, 236 p.1. АКТо внедрении результатов НИР в учебный процесс

68. Указанные результаты включены в дисциплину « Основы гидравлики и гидропривода »-лабораторная работа

69. Зав. Кафедрой СДМиО « >004г.1. И.М.Ефремов

70. Учебно-методическое управление БрГТУ2004г.1. Т.1 ЬРадина

71. УТВЕРЖДАЮ» Главный инженер АезШЖгБЭСТ-1 г. Братскаf;- Ii,1. Ш- у^Ду В.В.Жданкинia ()октября 2004 г.1. АКТо внедрении результатов научно-исследовательской работы

72. Назначение внедренной разработки оценка и прогнозирование технического состояния шестеренных насосов поступающих на ремонт, установленных на машинах и диагностирование насосов прошедших ремонт и восстановление.

73. Вид внедрения схема стенд а с расходомером и номограмма для насосов типа НШ-101. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ

74. Гидросхема включения расходомера.2. Номограмма.

75. Методика выполнения замеров и оценки технического состояния насоса

76. Главный энергетик АРЗ ОАО БЭСТ-11. А.А. Медведик