автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение долговечности уплотнительных соединений совершенствованием условий контактного взаимодействия в системе "уплотнитель-контртело"

На правах рукописи

БЕРЕЗИН МИХАИЛ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ УСЛОВИЙ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ «УПЛОТНИТЕЛЬ-КОНТРТЕЛО» (на примере уплотнительных соединений ГУР трактора МТЗ 80/82)

Специальность: 05.20.03 - технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саранск 2006

Диссертация выполнена на кафедре «Механизация переработки сельскохозяйственной продукции» ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук профессор Водяков В.Н.

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук профессор Селяев В.П.

доктор технических наук профессор Голубев И.Г.

ФГУВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия»

Защита состоится « ЗР » ноября 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.117.06 ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева».

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 430904, г. Саранск, п. Ялга, ул. Российская, д. 5, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.117.06.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета.

Автореферат разослан « » октября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук профессор

А.В. Котин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Надежная работа современных машинотрак-торных агрегатов в значительной мере определяется надежностью входящих в их состав гидросистем. В свою очередь эффективное функционирование любой гидросистемы возможно только при условии ее полной герметичности, что является одним из основных требований, предъявляемых к ней.

Наибольшее распространение в гидроприводах сельскохозяйственной техники получили эластомерные уплотнители контактного типа, наиболее массовыми из которых из-за ряда преимуществ являются кольца круглого сечения. В то же время гидросистемы, укомплектованные указанным классом уплотнителей, весьма часто не обеспечивают требуемых ресурсов эксплуатации. Основная причина отказа большинства из них - нарушение герметичности вследствие выхода из строя уплотнительных соединений.

Значительное большинство отказов обусловлено конструктивными причинами и связано с ошибками, допущенными на стадии проектирования уплотнительных узлов. Во многом такая ситуация объясняется отсутствием надежной теоретически обоснованной методики прогнозирования работоспособности уплотнений на стадии их проектирования.

Научно-технический прогресс в области электронно-вычислительной техники и ряд работ в области моделирования функционирования уплотнительных соединений автотракторной техники указывают на эффективность приложения методов математического моделирования (в частности, метода конечных элементов) к решению практических задач повышения их ресурса.

В связи с этим, исследования в области повышения долговечности уплотнительных соединений на основе указанных подходов являются актуальными.

Цель работы - повышение долговечности уплотнительных соединений совершенствованием условий контактного взаимодействия в системе «уплотнитель - контртело» и методов их расчета при воздействии температурных, силовых и временных эксплуатационных факторов.

Объект исследования - уплотнительные соединения основных узлов ГУР трактора МТЗ 80/82.

Методика исследований. В ходе выполнения работы были использованы методы и положения нелинейной механики сплошной среды, физического и математического моделирования (в частности, метод конечных элементов), системного исследования и математической статистики. Исследование вязко-упругих и компрессионных характеристик эластомеров проводилось как по известным, так и оригинальным методикам.

Научная новизна работы;

- установлены ограничения в применении существующих и разработан принципиально новый критерий исчерпания ресурса неподвижных уплотнительных соединений;

— на основе МКЭ разработана трехстадийная физически и геометрически нелинейная математическая модель герметизации активными уплотнениями

соединений с микрорельефом на контактной поверхности контртел;

— получены вязкоупругие и компрессионные характеристики вулканизата шифра 7-В-14-1, используемого для изготовления эластомерных уплотнитель-ных элементов, и установлены закономерности их изменения с течением времени эксплуатации;

— разработаны математическая модель и методика расчета утечек рабочей жидкости в неподвижных уплотнительных соединениях при исчерпании их ресурса, учитывающая параметры шероховатости поверхности контртел;

— установлено количественное влияние эксплуатационно-конструктивных факторов на ресурс уплотнительных соединений.

Практическая ценность работы:

- рекомендации по повышению ресурса уплотнительных соединений;

- программное обеспечение для прогнозирования ресурса неподвижных уплотнительных соединений с учетом влияния основного комплекса эксплуатационно-конструктивных факторов;

- конструкция уплотнительного соединения на основе эластомерных колец круглого сечения с повышенным ресурсом;

Реализация работы. Результаты исследований внедрены в Учебно-научно-производственном центре и в учебный процесс Института механики и энергетики ГОУВПО «Мордовский госуниверситет им. Н.П. Огарева».

На защиту выносятся:

— трехстадийная физически и геометрически нелинейная математическая модель герметизации активными уплотнениями соединений с микрорельефом на контактной поверхности контртел;

— результаты исследования влияния эксплуатационно-конструктивных факторов на надежность уплотнительных соединений;

— критерий исчерпания ресурса неподвижных уплотнительных соединений;

— методики прогнозирования ресурса и расчета потока утечек в неподвижных уплотнительных соединениях;

— рекомендации по повышению ресурса уплотнительных соединений на основе эластомерных колец круглого сечения.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены на: Международной научно-технической конференции «Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем» (г. Саранск, 2004 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Сельскохозяйственная наука Республики Мордовия: достижения, направления развития» (г. Саранск, 2005 г.); XXXIV Огаревских чтениях Мордовского госуниверситета (г. Саранск, 2005 г.); V республиканской научно-практической конференции (г. Саранск, 2006); XI научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева (г. Саранск, 2006).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, включает 42 рисунка, 150 источников литературы, 8 таблиц и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, поставлена цель, обозначен объект исследований.

В первой главе приведен обзор литературных источников, посвященных анализу причин низкой надежности уплотнительных соединений гидросистем сельскохозяйственной техники, методам математического моделирования процессов нагружения эластомерных деталей, методическому и приборному обеспечению исследования свойств эластомеров, методам прогнозирования ресурса уплотнительных соединений.

Анализ литературных источников показал, что надежность гидросистем сельскохозяйственной техники находится на недостаточном уровне. При этом, несмотря на многообразие наблюдаемых отказов, обусловленных различием конструкций и условий эксплуатации, одной из основных причин является потеря работоспособности уплотнительных соединений.

Конструктивные причины отказов являются наиболее существенными и трудноустранимыми по сравнению с технологическими и эксплуатационными. Для их устранения требуется не только понимание механизмов герметизации, но и наличие адекватных методик прогнозирования ресурса соединений, учитывающих влияние основных эксплуатационных факторов и позволяющих проводить оптимизацию конструкции на стадии проектирования.

Обзор методов прогнозирования ресурса уплотнительных соединений показал, что до недавнего времени их проектирование осуществлялось исключительно эмпирическим или полуэмпирическим путем на базе набора статистических данных по испытаниям. В настоящее время при создании новых типов эластомерных деталей тракторов и автомобилей проводят экспериментальные и теоретические исследования их напряженного состояния, рассчитывают силовые, деформационные, прочностные или усталостные характеристики, применяют математические и физические модели для описания напряженно-деформированного состояния деталей в условиях, имитирующих эксплуатационные. Это стало возможным благодаря бурному развитию электронно-вычислительной техники. В последние годы широкой популярностью пользуются численные методы решений, среди которых наибольшее распространение получил метод конечных элементов (МКЭ).

Методам математического моделирования процессов нагружения эластомерных деталей и, в частности, уплотнителей посвящены работы Трелоара Д., Грина А., Лавендела Э.Э., Дымникова С.И., Горелика Б.М., Лукомской А.И., Масленникова В.Г., Потураева В.В., Лепетова В.А. Кондакова Л.А., Голубева А.И., Аврущенко Б.Х., Овандера В.Б., Водякова В.Н. и ряда других ученых.

з

Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие задачи:

1. Исследовать техническое состояние ГУР тракторов МТЗ 80/82 для определения характерных причин отказов уплотнительных соединений.

2. Разработать математическую модель герметизации активными уплотнениями соединений с микрорельефом на контактной поверхности контртел.

3. Исследовать физико-механические и реокинетические характеристики материала уплотнителей.

4. Провести анализ применяемых в конструкторской и исследовательской практике критериев исчерпания ресурса уплотнительных соединений, определить допустимую область их применения и разработать более универсальный.

5. Разработать методику прогнозирования ресурса уплотнительных соединений на основе полученного критерия потери работоспособности.

6. Провести теоретическое исследование влияния основных эксплуатационных факторов на ресурс уплотнительных соединений различного типа.

7. Провести стендовые испытания и сравнение результатов физического и математического моделирования эксплуатации уплотнительных соединений на основе эластомерных колец круглого сечения.

8. Разработать рекомендации по повышению ресурса уплотнительных соединений, на их основе внести дополнения в типовой технологический процесс ремона гидроагрегатов, оценить их экономическую эффективность и внедрить разработки в производство.

Во второй главе представлены: нелинейная математическая модель герметизации активными уплотнениями соединений с микрорельефом на контактной поверхности; описание и результаты тестирования программного комплекса на основе метода конечных элементов (МКЭ) для ее реализации; математическая модель утечек рабочей жидкости в неподвижных уплотнительных соединениях при исчерпании их ресурса; результаты численного исследования влияния эксплуатационно-конструктивных факторов на ресурс уплотнительных соединений. На основе полученных теоретических результатов показано, что более достоверным критерием исчерпания ресурса соединения по сравнению с критерием предельных напряжений является время начала формирования микроканалов в пограничном массиве уплотнителя.

В общем случае процесс нагружения эластомерного уплотнителя может быть разделен на три стадии, различающиеся особенностями напряженно-деформированного состояния уплотнителя (рис. 1).

Первая стадия - стадия монтажа уплотнителя в узел (рис.1, а) охватывает промежуток времени 0 <t} <t м от соприкосновения контртел с уплотнителем (при * = 0) с образованием начальной поверхности контакта до момента t = при котором уплотнитель с некоторой скоростью и будет деформирован на величину к0. Стадия характеризуется кратковременностью, изотермично-стью и конечностью деформаций. Основной функцией эластомерного кольца на данной стадии является перекрытие впадин микрорельефа контртела, по которым просачивается уплотняемая среда. Для этого уплотнитель должен быть

сжат с некоторой силой, создающей в поверхностных слоях напряжения, достаточные для заполнения микронеровностей массивом уплотнителя.

Рис. 1. Расчетная схема осесимметричного погружения эластомерных А уплотнителей: а, б, в - стадии процесса погружения уплотнительного а

соединения; г - напряженное состояние произвольной точки А массива; д -конечно-элементный образ точки А; е - модель нелинейной вязкоупругой е

среды Максвелла; 1 - уплотнитель; 2 — элементы узла (контртела)

Вторая стадия - стадия статического нагружения (рис. 1, б) охватывает весь промежуток времени гм < < ¡отк. от окончания первой стадии до момента отказа (г = ¡отк), выражающегося в возникновении утечек. Стадия в общем случае неизотермична, характеризуется старением эластомера с изменением его реологических характеристик, релаксацией напряжений, накоплением пластических деформаций в уплотнителе и изменением размеров контактной зоны.

Третья стадия — стадия воздействия на уплотнитель гидравлического давления (рис.1, в). Характеризуется периодичностью, относительной кратковременностью, обратимым изменением формы уплотнителя при реализации эффекта самоуплотнения, контактным взаимодействием уплотнителя и микрорельефа контртел и утечками гидравлической жидкости. Ресурс соединения определяется допустимостью величины потока утечек.

Очевидно, что факторами, определяющими безотказность соединения, являются темп снижения контактных напряжений, зависящий от температуры эксплуатации, степени агрессивности рабочей жидкости и соотношения геометрических размеров кольца и канавки под него, шероховатость уплотняемых поверхностей и величина давления рабочей жидкости.

Из вышеизложенного следует, что особенностью деформационных процессов нагружения уплотнителей в составе контактного соединения, является

существенная физическая и геометрическая нелинейность, обусловленная сложностью реологического поведения структурированных эластомеров и значительностью деформаций изменения формы на всех стадиях эксплуатации. Реализуемые решения (поля напряжений, деформаций и температур) обладают существенной пространственно-временной неоднородностью.

Задача прогнозирования ресурса решается путем исследования влияния основных эксплуатационных факторов на показатель, ответственный за герметичность уплотнительного соединения. В качестве такого, фактически косвенного, показателя в конструкторской практике используется в настоящее время величина средних контактных напряжений в уплотнителе, которая при герметизации жидких сред не должна быть ниже 0,075 МПа.

Нелинейная математическая модель, воспроизводящая основные особенности монтажа и эксплуатации уплотнительных соединений контактного типа, содержит следующие компоненты.

1. Уравнения равновесия выделенного элемента А (рис.1, г) для случая нагру-жения осесимметричного массива сплошной среды:

гЭст22/Э7 + Э(гст2Г)/Эг = 0; Оу +5ур;

ЭСгсУп. )/Э г - Орф + гЭага / Эг = 0,

где щ - тензор напряжений; Бу, р - девиаторная и шаровая части тензора напряжений; бу - символ Кронекера; = г, г, ф - направления координатных осей.

2. Реологическую модель нелинейной слабосжимаемой вязкоупругой среды, построенную на основе метода механических аналогий (рис. 1, е), и включающую:

- уравнение связи скоростей изменения девиаторных компонент тензоров напряжений и упругих деформаций:

8у=Ор(5у-Су1)-ОрСП1; (2)

- уравнение связи скоростей изменения объемных компонент тензоров напряжений и деформаций:

р = Кёу + (р + а)Т/Т; (3)

- уравнение связи тензоров упругих деформаций и скоростей пластических деформаций:

1 („ .1,-1, „ ^ (4)

(1)

40,

С:: - С»1 + —

Ч)

- уравнение связи тензоров упругих деформаций и скоростей полных, упругих и пластических деформаций:

- временные функции реологических характеристик:

(5)

Р =

1

Ро I Р + а

а

-1

1(6)

к=(р + а)

ех = № -(92 -е^)ехр(-к^1э)]ехр^

—^ +р + а; (7)

(8)

ор = ГС10)в о; - п ь2(1о /1о)]; <9)

РоАо

10 = ехр[Ее /(ЯТ0)] }ехр[-Е0/{11Т(г,2,0}]Ж; (10)

о

1С =ехр[ЕС5/(КТ0)]}ехр[-ЕС5/{ЯТ(г,2,1)}]с11. (11)

о

В системе уравнений (2-11): С® - равновесный модуль сдвига при температуре приведения То; 1о - константа индукционного периода; п - реокинетическая константа, характеризующая темп изменения равновесного модуля сдвига; Су и С^' - меры Фингера и Альманси упругих деформаций; (Оп тензор скорости пластических деформаций; = 0,5(Э V; /Э Xj + Э ^ /Э х,) =

= Э £у /Э I - тензор скорости полных деформаций; а, М - реологические константы закона сжимаемости; Су - тензор скорости упругих деформаций по Яуманну; 8у = 0,5(Э и; /Э X] + Э и^ /Э хО -

тензор линейных деформаций; 8у,Су,Е)у,р, ¿у,Т,Сгр - скорости изменения соответствующих

тензорных и скалярных величин; еу = + еи + е^, - объемная деформация; ^ = С^ + Сц + С^,;

12 = С"1 +С~' =(СГГ + Са)/1с +1/6,,,,, - первые инварианты мер Фингера и Альманси

Ос = [С^С^ - (Сгг)2]Сфф ); К - объемный модуль упругости; и - полные смещения точек среды

в направлении координатных осей; Тир- плотность и температура среды; р0 - плотность среды при температуре приведения; Ее, Ео - энергии активации изменения времени релаксации и равновесного модуля сдвига; 1е, 1о - эквивалентные (инвариантные к температуре) длительности воз-

Г>0 £}0

действия на среду; Он, Ок - начальное и конечное времена релаксации среды при температуре приведения То; 9Х - время релаксации среды, являющееся функцией температуры и длительности нагружения; кд - релаксационная константа при температуре приведения То, определяющая длительность перехода при нагружении среды от начального к конечному времени релаксации.

3. Начальные и граничные условия. Начальные условия определяют состояние (конфигурацию, температуру, реокинетические характеристики) уплотнителя до начала нагружения (в момент / = 0) и при переходе от одной стадии к другой.

К граничным условиям в данном случае отнесены условия на границе контакта детали с сопряженными элементами контртел (наличие или отсутствие трения), условия нагружения гидравлическим давлением на третьей стадии, а также уравнения, описывающие геометрию микрорельефа контртел (принят синусоидальный закон изменения микронеровностей) и конфигурацию канавки под уплотнитель.

В модели приняты два различных типа взаимодействия уплотнителя с контактными поверхностями. Первый — нагружение массива с залипанием приграничного, контактирующего с металлом слоя (моделируется нагружение уплотнителя без смазки контактной поверхности), второй — нагружение со скольжением (моделируются условия монтажа уплотнителя с предварительной смазкой и эксплуатации узла с незначительными утечками гидравлической жидкости).

Для численного решения вышеописанной системы дифференциальных уравнений в частных производных разработана конечно-элементная программа для ЭВМ, в которой нагружаемый массив представлен в виде системы тороидальных

конечных элементов (КЭ) треугольного сечения (рис. 1, д). При этом кроме глобальной (неподвижной) цилиндрической системы г, г, (р в программе используется локальная (подвижная) система, жестко связанная с конечным элементом

(КЭ), то есть перемещающаяся и вращающаяся вместе с ним вокруг оси .

Тестирование программы проведено для первой и второй стадий нагружения уплотнителей из эластомера шифра 7-В-14-1 с использованием известных аналитических решений и экспериментальных результатов нагружения уплотнителей круглого и прямоугольного сечения. Результаты показали, что максимальное расхождение вычисленных в рамках модели значений максимальных и средних контактных напряжений, площадей контакта и удельных нагрузок с известными экспериментальными и аналитическими значениями не превышает 5-8%.

В рамках вышеописанных модели и программы расчета проведено теоретическое исследование влияния ряда эксплуатационных факторов на ресурс уп-лотнительных соединений гидрораспределителя и гидроцилиндра ГУР трактора МТЗ 80/82, укомплектованных кольцами различного внутреннего диаметра с одинаковым сечением 3 мм из резины шифра 7-В-14-1.

В вычислениях использованы экспериментальные значения реологических характеристик для условий старения в среде масла И-20А. Сечение кольца было разбито на 9000 конечных элементов, интервалы времени для каждой стадии нагружения - на 500 шагов.

1. Влияние разброса размеров колец и температуры эксплуатации.

В качестве критерия исчерпания ресурса в данном случае было принято время достижения предельных контактных напряжений (а к )пред = 0,075 МП а.

"«•6 мп«> 1

1.9

1.2 0,9 0.9 0.3 О.

0,075 в<

Ч

20С О 4000 •ООО 8000 1 000012000

7 ■о 8 (ГС 5*С — ГС

| |||0, ^

2000 4ООО »ООО 8000 10000 12000 1, Ч

а б

Рис, 2. Вычисленная зависимость средних контактных напряжений от времени эксплуатации при различных температурах (а) и размерах поперечного сечения (б) уплотнителя

Из кривых релаксации контактных напряжений для второй стадии процесса нагружения (рис. 2, а) следует, что ресурс соединения при комплектации его уплотнителем, имеющим номинальный размер сечения 3 мм, при температуре эксплуатации 80 °С должен составлять около 6000 часов. При повышении температуры до 90 °С ресурс падает примерно в два раза. Весьма значимо также влияние разброса размеров сечения уплотнителей. Так, использование колец с диаметрами

сечений на нижнем и верхнем предельных отклонениях при температуре 80 °С изменяет ресурс соединения почти в 1,3 раза (рис. 2, б).

2. Влияние напряженно-деформированного состояния уплотнителя.

Другим способом увеличения ресурса является применение резин с большими значениями модуля упругости. Это следует из ГОСТ 18829-73, гарантирующего на резины из бутадиен-нитрильных каучуков с большей твердостью больший ресурс.

На рис. 3 представлены зависимости контактных напряжений от времени эксплуатации при деформации сжатия 20% с вариацией модуля сдвига, отвечающей его изменению в пределах 2,3 и 4 групп резин.

Можно сделать вывод, что увеличение модуля, значимо сказывается на ресурсе только при переходе от резин группы 2 к резинам группы 3. Дальнейшее повышение модуля хотя и приводит к желаемому результату, однако

4000 6000 8000 10000 г, ч

Рис.3. Зависимость средних контактных напряжений от времени эксплуатации при различных значениях модуля сдвига (а)

это повышение не столь значительно и явно не соответствует декларируемому стандартом приращению ресурса.

Общеизвестно, что эластомеры относятся к слабосжимаемым средам, у которых объемный модуль примерно в тысячу раз больше модуля сдвига, а гидростатическое напряжение в широком диапазоне времен и скоростей нагружения полимеров является функцией только объемной деформации. Отсюда следует, что более эффективным способом увеличения ресурса является назначение таких размеров канавки под уплотнитель, при которых в уплотнителе после монтажа гидростатическая часть тензора напряжений будет преобладать над девиаторной.

В исследовании при температуре 80 °С и вертикальной деформации уплотнителя 20% варьировалась ширина Ъ канавки под него. В качестве критерия объёмности сжатия принято максимальное значение гидростатического напряжения рпшх, создаваемого в уплотнителе после завершения стадии монтажа.

На рис. 4 представлены конечно-элементные схемы, эпюры контактных напряжений по верхней площадке и давлений по горизонтальной

а

па «г—

•Г''-:)« { V ? <

.•М

•

- «Ат

а б

Рис. 4. Эпюры контактных напряжений узлов, различающихся степенью объемного сжатия уплотнителя а) ртах~ 1>25 МПа; в) ртах =8,13 МПа

Рт Рт Рт ах-8,1 ах" 2,8 ах" 1,2 3 МПа, 3 МПа, б МПа, Ь/2 ' 1,50 мм ЬГ2 »1,60 мм Ь/2 "2,00 мм

—IТ' • 80°С

О 2000 4000 6000 8000 10000 12000 ч

Рис. 5. Зависимость средних контактных напряжений от времени эксплуатации для расчетных схем с различной степенью объёмного сжатия уплотнителя

плоскости симметрии по окончании стадии монтажа для стандартного соединения (а) и соединения с объемным сжатием уплотнителя (б).

Из полученных результатов следует, что при уменьшении ширины канавки с 4 мм до 3 мм, происходит образование дополнительного контакта с боковой стенкой, что обеспечивает при двукратном росте начальных контактных напряжений почти семикратный рост гидростатических напряжений ртах. Это предполагает существенный рост ресурса такого соединения. Действительно, если для стандартного соединения с зазором по вертикальной стенке и ртах = 1,25 МПа расчетный ресурс составляет 6000 часов, то при монтаже уплотнителя по схеме объемного сжатия с ртах = 8,13 МПа он возрастает почти в 2,5 раза (рис. 5).

3. Влияние шероховатости поверхности контртел.

На рис. 6 представлены в качестве примера из серии расчетов по трем стадиям нагружения уплотнителя конфигурации контактной зоны уплотнительно-го узла с шероховатостью Иг 10.

Из результатов следует, что с течением времени эксплуатации из-за протекания релаксационных процессов в пограничном массиве уплотнителя формируется микрорельеф, отвечающий микрорельефу поверхности контртела. Дальнейшее протекание этих процессов приводит к смене знака контактных напряжений и, как следствие, отрыву локальных участков от поверхности

Рис.6. Рассчитанные конфигурации зоны контакта уплотнителя и контртела с шероховатостью КгЮ после завершения монтажа (а), 6000 часов эксплуатации (б) и в начальный момент приложения давления рабочей жидкости (в)

контртела с образованием микрополостей (рис. 6, б). Их высота и количество зависят от шероховатости поверхности контртела, а очередность образования и характер расположения по ширине контакта - от уровня и характера распреде-

*

ления напряжений. Ресурс определяется началом проникновения рабочей жидкости в микрополости, поскольку ее расклинивающее воздействие приводит к образованию микроканалов, полному отрыву поверхности уплотнителя от поверхности контртела (рис. 6, в) и, как следствие, ликвидации способности соединения к самоуплотнению.

Расчеты показали, что при шероховатости свыше /?г 15 из-за наличия градиента напряжений по ширине зоны контакта часть микронеровностей остается после монтажа не перекрытой, что предполагает возможность возникновения утечек с первых часов эксплуатации такого соединения.

Сводные графики, отражающие динамику изменения площади контакта (ширины контактной зоны) из-за образования микрополостей, при различной величине шероховатости контртела представлены на рис. 7.

Из графиков следует, что, общее время функционирования соединения может быть разделено на два периода, границей которых является начало снижения исходной А0 площади контакта. При этом, чем выше шероховатость контртела, тем раньше начинается указанное снижение. Длительность первого периода, зависящая от шероховатости контртела, условий эксплуатации и физико-механических свойств материала уплотнителя определяет, таким образом, ресурс герметичности уплотнительного соединения. Второй период характеризуется нарастающим потоком утечек, и его длительность определяется, в общем случае, порогом допустимости этого потока.

При оценке ресурса соединений на основе предлагаемого критерия (начала снижения площади контакта) получаются, на наш взгляд, более достоверные значения. Так, ожидаемый ресурс стандартного соединения с шероховатостью контртел Лг 20 при Т = 80 °С с уплотнителем из резины шифра 7-В-14-1 по данному критерию должен составлять около 2500 часов, в то время как по критерию предельных напряжений - около 6000 часов. Для уплотнительных соединений с высоким качеством обработки поверхности контртел (кривая 1, рис. 7) вычисленные значения ресурсов по обоим критериям совпадают. То есть критерий предельных контактных напряжений, в отличие от критерия начала снижения площади контакта, имеет ограниченную область применения.

4. Влияние конфигурации посадочного места соединения.

В результате теоретических исследований установлено, что на темп снижения контактных напряжений на стадии эксплуатации влияет также характер их распределения, достигнутый на стадии монтажа кольца в соединение. В ча-

Рис.7. Изменение площади контакта уплотнителя и контртела с течением времени эксплуатации при различной шероховатости: 1 -Яг 0; 2 - Яг 5; 3 - Яг 10; 4 - Яг 15; 5-Яг 20

стности, из полученных результатов следует, что однородность распределения контактных напряжений, а тем самым и ресурс соединения существенно повышаются при геометрическом подобии конфигураций канавки и уплотнителя.

В третьей главе приведены общие и частные методики исследования.

В целях определения количества соединений, отвечающих требованиям ГОСТ 9833-73, разработана методика микрометражных исследований элементов уплотнительных соединений ГУР тракторов МТЗ 80/82, поступивших на ремонт в УНПЦ ИМЭ МГУ имени Н.П. Огарева. Исследованы 60 уплотнительных соединений крышек корпуса ГЦ, 150 соединений маслопроводов и 120 соединений клапанной крышки, а также новые уплотнительные кольца, входящие в состав ремкомплектов, в следующем количестве: кольца корпуса ГЦ - 260 шт., кольца маслопровода - 164, кольца клапанной крышки - 134 шт.

Экспериментальное исследование компрессионных и реокинетических характеристик проводилось на оригинальной экспериментальной установке со сменными блоками и термостатом для проведения исследований в условиях длительного нагружения. В экспериментах использованы стандартные образцы вулканизата шифра 7-В-14-1 диаметром 10±0,05 мм и высотой 10±0,1 мм. Исследование указанных характеристик проведено для условий старения в среде минерального масла И-20А и воздуха при температурах 70, 85,100 и 125°С.

Стендовое исследование ресурса стандартных и разработанных уплотнительных соединений с модифицированной канавкой под уплотнитель проводилось методом ускоренного теплового старения в среде минерального масла И-20А при температуре 125 ± 1,5°С. В качестве объекта физического моделирования было выбрано радиальное уплотнительное соединение крышки гидроцилиндра ГУР трактора МТЗ 80/82 на базе уплотнителя круглого сечения внутренним диаметром 83,5_ii4 мм и сечением 3 ± 0,1 мм из резины группы 4.

дав

шшшш шшшр жжша

шшшш

Ш

Ш

¡р Шшушт

3.2

№1 №2 №3

Рис.8. Схемы канавок под уплотнители блоков-имитаторов

Для проведения испытаний были изготовлены цилиндрические блоки-имитаторы с различной конфигурацией канавок под

уплотнитель (рис.8), воспроизводящие условия нагружения уплотнителей в крышке гидроцилиндра ГУР. Канавка под уплотнитель имитатора №1 выполнена в полном соответствии с требованиями ГОСТ 9833-73, имитатора №2 - с реализацией условий объемного сжатия, имитатора №3 - модифицирована с целью создания более однородных напряжений в уплотнительном элементе.

Помещенные в термостат с маслом блоки периодически проверялись на герметичность воздухом по наличию пузырьков при давлении 0,05 МПа и гидравлическим давлением на стенде КИ-4815М. В имитаторе, присоединенном к напорной магистрали стенда, плавно увеличивали давление до 8 МПа, равного номинальному рабочему давлению ГУР МТЗ 80/82. Нарушение герметичности выявлялось по утечкам масла через испытуемые уплотнительные соединения. Перед каждой проверкой проводился демонтаж

12

Перед каждой проверкой проводился демонтаж блока №1 для определения остаточной деформации сжатия, твердости и модуля упругости уплотнителей.

В четвертой главе приведены экспериментальные результаты, относящиеся к микрометражным исследованиям, исследованию вязко-упругих, компрессионных и реокинетических характеристик типичных эластомеров, используемых для изготовления уплотнителей, стендовым испытаниям сравнительной работоспособности стандартных и модифицированных уплотнитель-ных соединений, проверке адекватности разработанной методики прогнозирования ресурса уплотнительных соединений.

Микрометражные исследования показали, что подавляющая часть деталей уплотнительных соединений не соответствует требованиям стандарта. При этом существенно более высокий уровень несоответствий имеет место у металлических деталей обследованных уплотнительных соединений.

Например, шероховатость канавок под уплотнитель клапанной крышки гидрораспределителя и крышек гидроцилиндра находятся соответственно на уровне Яг 20...30 и Яг 5...Кг 10, что существенно выше требований, предъявляемых стандартом к торцевым и радиальным уплотнительным соединениям. В большей части торцевых соединений уплотнитель работает при деформациях, существенно превышающих значения, рекомендованные стандартом. В радиальных соединениях корпуса гидроцилиндра, наоборот, наблюдается недостаточная величина исходной деформации сжатия эластомерного уплотнителя.

Основной причиной отказа уплотнительных соединений следует признать быстрое образование микроканалов в контактной области из-за высокой шероховатости, что подтверждается фотоснимками фрагментов отказавших уплотнителей с отпечатком контактного микрорельефа контртел с различной технологией их обработки (рис.9). Указанная причина дополняется в случае радиальных соединений недостаточным уровнем начальных контактных напряжений из-за несоответствия высоты канавки под уплотнитель.

Рис.9. Внешний вид контактной поверхности колец, демонтированных после отказа из торцевых уплотнительных соединений крышек гидрораспределителей

При исследовании компрессионных характеристик в опытах использовались как свежие образцы вулканизатов шифра 7-В-14-1, так и образцы, прошедшие старение в условиях одноосного нагружения в среде масла И-20А. В результате установлена инвариантность изотермических (рис. 10, а) и изохори-ческих (рис. 10, б) кривых компрессионного нагружения к длительности предварительного нагружения. Это подтверждает теоретически обоснованную возможность повышения ресурса соединений за счет увеличения доли объемных напряжений на стадии монтажа уплотнителя в узел.

260 240 200 160 120 80 40 О

о новыв образцы • 780 ч при t=70°C » 470 ч при t=85°C

А

(tv-tty1- 1470/р + 9,0 R''0,9S

Р\ МПа

0,03 0,06

0,03 0,06 0,09 0,12 0,15 0,18 ¿Т/То

0,09 0,12 0,15 0,18

а б

Рис. 10. Кривые изотермического (а) и изохорического (б) погружения вулканизатов

В результате обработки графиков получены следующие значения констант уравнений (3) и (7) математической модели: а = 230 МПа, М — 83 г/моль, К0 = 1470 МПа, ро = 1,234 г/см3.

В итоге обработки экспериментальных результатов одноосного на-гружения стандартных образцов установлены законы ползучести и изменения равновесного модуля. Приведенные к Т0 = 20 °С функции параметра ползучести Inf £0 /(е0 -£„)] (рис. 11,

а) и равновесного модуля сдвига Gp

(рис. 11, б) от эквивалентного времени воздействия I с коэффициентом корреляции не ниже 0,92 аппроксимируются аналитическими соотношениями, полученными из общих уравнений вышеописанной математической модели. Получены следующие значения реоки-нетических констант: 10~ 1,5-105 с; Ев = 65 кДж/моль; Ее — 81 кДж/люль;

1(1, с

Gp = 2,2 МПа;

kß = 1,5 •

п =

■109с.

1с, С

Рис. 11. Инвариантные к температуре кривые ползучести (а) и изменения модуля сдвига (б) вулканизата 7-В-14-1 в масле И-20А: точки - результаты эксперимента, линии — аналитическая аппроксимация

0,016; 0°н = 2,45•107с; = 1,5•

На рис. 12 представлены теоретические зависимости контактных напряжений от времени испытания для имитаторов. Из результатов следует, что ожидаемый ресурс соединения по схеме №1 по критерию предельных напряжений составляет около 2800 часов

при начальной величине средних контактных напряжений аср -3,7 МПа, ресурс по схеме №2 - 3200 часов при аср — 4,4 МПа, ресурс по схеме №3 - более 6000 часов при аср = 3,8 МПа.

На рис. 13 приведены результаты проверки адекватности разработанной методики прогнозирования. Из графиков следует, что экспериментальная зависимость изменения контактных напряжений описывается математической моделью с коэффициентом корреляции 0,85, что позволяет в рамках рассмотренных выше критериев исчерпания ресурса считать разработанную методику прогнозирования допустимой для практического применения.

а«, МПа

3,5 2,8 2,1 1.4 0,7

1000 2000 3000 4000 5000 <, ч

Рис. 12. Зависимость средних контактных напряжений от времени испытания для различных имитаторов по рис. 8

• Т*125'С

\

(Ок)пр»д \

ю

100 юоо t, ч

Рис. 13. Проверка адекватности методики прогнозирования ресурса соединений (точки - результаты эксперимента)

В пятой главе приведены практические рекомендации по повышению долговечности неподвижных уплотнительных соединений ГУР тракторов МТЗ 80/82, модернизации технологического процесса ремонта агрегатов, расчет экономической эффективности внедрения разработок в производство.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Проведены микрометражные исследования деталей уплотнительных соединений ГУР трактора МТЗ 80/82, поступивших в ремонт.

Установлено, что требованиям стандартов на уплотнительные соединения соответствуют только 0,2% соединений маслопроводов, 12,3% соединений гидрораспределителя и 4,1% соединений гидроцилиндра. К типичным несоответствиям относятся: высокая шероховатость контактных поверхностей; несоответствие размеров и конфигурации канавок под уплотнители; высокая остаточная деформация уплотнителей. При этом существенно более высокая доля несоответствий имеет место у металлических деталей соединений.

2. Разработана трехстадийная математическая модель герметизации активными уплотнениями соединений с микрорельефом на контактной поверхности.

На основе МКЭ реализован алгоритм численного решения физически и геометрически нелинейной задачи о взаимодействии эластомерного уплотнителя и контртел с регулярным микрорельефом контактных поверхностей.

3.В результате тестирования программы, численного решения ряда задач

расчета изменения напряженно-деформированного состояния уплотнительных соединений в течение времени эксплуатации и экспериментальной проверки адекватности модели установлено, что ее применение в расчетной практике позволяет успешно выявлять несовершенство уплотнительных узлов, прогнозировать ресурс и определять пути улучшения их конструктивных параметров.

4. Установлено, что особенностью второго периода эксплуатации неподвижных уплотнительных соединений является постепенное уменьшение площади контакта из-за отрыва от поверхности контртел релаксационного микрорельефа, формирующегося в пограничном массиве уплотнителя. Расклинивающее воздействие гидравлической жидкости, проникающей в образовавшиеся микроканалы, приводит на определенном этапе к полному разъединению поверхностей уплотнителя и контртела, ликвидации способности соединения к самоуплотнению и полному исчерпанию ресурса.

5. Установлено, что более достоверным критерием исчерпания ресурса соединения по сравнению с критерием предельных напряжений является время начала формирования микроканалов в пограничном массиве уплотнителя, зависящее от параметра шероховатости контактной поверхности контртела.

6. Разработаны методики прогнозирования ресурса и расчета потока утечек в неподвижных уплотнительных соединениях, учитывающие параметры шероховатости поверхности контртел в поперечном и продольном направлениях.

7. Установлено, что низкая долговечность уплотнительных соединений узлов ГУР трактора МТЗ 80/82 обусловлена интенсивным накоплением уплотнителями остаточной деформации сжатия и низким качеством обработки поверхностей контртел, контактирующих с уплотнительными элементами.

8. Разработана методика исследования, установлены законы ползучести и изменения равновесного модуля упругости вулканизата шифра 7-В-14-1 для условий старения в среде минерального масла И-20А и воздуха и получены физико-механические и реокинетические константы, входящие в нелинейные реологические уравнения математической модели.

9. Установлено, что на темп снижения контактных напряжений на стадии эксплуатации влияет характер их распределения, достигнутый на стадии монтажа кольца в соединение. В частности, из полученных результатов следует, что однородность распределения контактных напряжений, а тем самым и ресурс соединения существенно повышаются при геометрическом подобии конфигураций канавки и уплотнителя.

На основе указанной концепции разработана и испытана конструкция уп-лотнительного соединения на основе эластомерного кольца круглого сечения с повышенным ресурсом.

10. Рекомендации по изменению технологического процесса ремонта внедрены в учебно-научно-производственном центре и в учебный процесс института механики и энергетики ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева». Экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии составит 82,5 тыс. руб. на программу ремонта 100 ГУР в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Березин М.А. Универсальная установка для определения реологических и физико-механических характеристик эластомеров / М.А. Березин, В.В. Кузнецов, В.Н. Водяков. Межвуз. сб. научн. тр. «Энергоресурсосберегающие технологии и системы в АПК». - Саранск: ООО «РНИИЦ», 2004. С.228-233

2. Березин М.А. Оснастка к универсальной установке для испытания эластомерных образцов на долговечность / М.А. Березин, В.В. Кузнецов, В.Н. Водяков. Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем. Сб. научн. тр. Международ. научн.-техн. конф. - Саранск: Тип. «Крас. Окт.», 2004. С.217-220.

3. Березин М.А. Надежность уплотнительных соединений гидросистем автотракторной техники / М.А. Березин, В.В. Кузнецов, A.B. Водяков, В.Н. Водяков. Сельскохозяйственная наука Республики Мордовия: достижения, направления развития: материалы Всерос. науч,-практ. конф. - Саранск: Тип. «Крас. Окт.», 2005. Т.2. С. 392-395.

4. Водяков В.Н. Теоретический анализ влияния напряженно-деформированного состояния уплотнителя круглого сечения на его ресурс в составе уплотнительного соединения / В.Н. Водяков, М.А. Березин, В.В. Кузнецов, A.B. Водяков. Энергоресурсосберегающие технологии и системы в АПК: Межвуз. сб. науч. тр. - Саранск: «Рузаевский печатник», 2005. С. 17-23.

5. Водяков В.Н. Микрометражные исследования элементов уплотнительных узлов агрегатов гидросистем автотракторной техники / В.Н. Водяков, М.А. Березин. Энергоресурсосберегающие технологии и системы в АПК: Межвуз. сб. науч. тр. - Саранск: «Рузаевский печатник», 2005. С. 23-27.

6. Березин М.А. Теоретическое исследование влияния шероховатости поверхности контртела на работоспособность неподвижных уплотнительных соединений /,М.А. Березин, В.В. Кузнецов, В.Н. Водяков. XXXIV Огаревские чтения : материалы науч. конф.: в 2 ч. Ч. 2. Естественные и технические науки. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2006. С. 195-200.

7. Кузнецов В.В. Математическая модель герметизации активными уплотнениями соединений с микрорельефом на контактной поверхности / В.В. Кузнецов, М.А. Березин. Материалы XI научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева: в 3 ч. Ч. 3: Технические науки. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2006. С. 152-156.

8. Березин М.А. Тестирование математической модели герметизации активными уплотнениями соединений с микрорельефом на контактной поверхности / М.А. Березин, В.В. Кузнецов. Материалы XI научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева: в 3 ч. Ч. 3: Технические науки. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2006. С. 156-160.

9. Березин М.А. Проблемы повышения надежности уплотнительных соединений гидросистем сельскохозяйственной техники / М.А. Березин, В.В. Кузнецов, В.Н. Водяков. Наука и инновации в Республике Мордовия: материалы V респ. науч.-практ. конф. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2006. С. 181 -184.

10. Березин М.А. Прогнозирование ресурса гидросистем сельскохозяйственной техники / М.А. Березин, В.В. Кузнецов, В.Н. Водяков // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2006. №10. С. 36-41.

Подписано в печать 17.10.06. Объем 1,0 п. л. Тираж 100 экз.

Заказ № 2018.

Типография Издательства Мордовского университета 430000, г. Саранск, ул. Советская, 24

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧ И ИССЛ Ех'У ДОВАНИЯ.!()

1.1. Конструкции и анализ типичных отказов уплотнительных соединений гидросистем.

1.2. Механизм герметизации и анализ факторов, определяющих герметичность эластомерных уплотнительных соединений.

1.2.1. Влияние типа соединения «уплотнитель - контртело».

1.2.2. Влияние материала уплотнителя.

1.2.3. Влияние рельефа уплотняемой поверхности.

1.2.4. Влияние точности сопрягаемых размеров уплотнителя и контртел

1.2.5. Влияние избыточного давления.

1.2.6. Влияние уплотняемой среды.

1.2.7. Влияние температуры эксплуатации уплотнительного соединения

1.3. Принципы проектного расчета и методы прогнозирования ресурса уплотнительных соединений на основе колец круглого сечения.

1.3.1. Требования стандартов к системе «уплотнитель - контртело» и гарантийные обязательства.

1.3.2. Критерии исчерпания ресурса уплотнительных соединений.

1.3.3. Методы прогнозирования.

1.3.4. Математические модели утечек уплотняемой среды.

1.3.5. Приборы и методы испытания уплотнительных соединений.

1.4. Основные особенности и методы, описания механического поведения эластомерных уплотнительных материалов.

1.5. Цели и задачи исследования.

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ГЕРМЕТИЗА-* ЦИИ АКТИВНЫМИ УПЛОТНЕНИЯМИ СОЕДИНЕНИЙ С

МИКРОРЕЛЬЕФОМ НА КОНТАКТНОЙ ПОВЕРХНОСТИ.

2.1. Нелинейная математическая модель контактного взаимодействия эластомерного уплотнителя и контртела с микрорельефом.

2.1.1. Выбор и обоснование реологической модели эластомерной среды. 2.1.2. Определение системы КЭ - уравнений, описывающих процесс нагружения уплотнителя в составе соединения.

2.1.3. Математическая модель топографии контактной поверхности.

2.1.4. Описание алгоритма и программы конечно-элементного расчета взаимодействия уплотнителя и контртела с микрорельефом.

2.1.5. Тестирование модели и программы конечно-элементного расчета.

2.2. Описание и анализ результатов численного исследования взаимодействия эластомерного кольца круглого сечения и контртела с микрорельефом в неподвижных уплотнительных соединениях.

• 2.2.1. Влияние температуры эксплуатации и точности сопрягаемых размеров уплотнителя и контртела на ресурс соединения по критерию предельных контактных напряжений.

2.2.2. Влияние шероховатости поверхности контртела на работоспособность и ресурс соединения по критерию полноты перекрытия микрорельефа.

2.2.3. Влияние типа напряженно-деформированного состояния уплотнителя на ресурс соединения по критериям предельных контактных

Ц} напряжений и полноты перекрытия микрорельефа.

2.3. Математическая модель утечек рабочей жидкости в неподвижных уплотнительных соединениях.

3. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Методики микрометражных исследований элементов уплотнительных соединений ГУР тракторов МТЗ 80/82.

3.1.1. Методика исследования отклонений и установления статистических законов распределения сопрягаемых размеров.

3.1.2. Методика исследования равновесного модуля упругости при растяжении колец.

3.1.3. Методика исследования шероховатости контактных поверхностей 101 3.2. Универсальная экспериментальная установка для исследования реологических характеристик структурированных эластомеров. 3.3. Описание методик исследования изменения физико-механических характеристик вулканизатов шифра 7-В14-1 при длительном статическом нагружении в среде гидравлической жидкости И-20А.

3.3.1 Методика исследования компрессионных характеристик в условиях длительного статического нагружения.

3.3.2 Методика исследования релаксационных характеристик.

3.3.3. Методика исследования равновесного модуля упругости.

3.4. Методика исследования ресурса радиальных уплотнительных соединений с различной конфигурацией контртел.

3.5. Методика прогнозирования межремонтного ресурса неподвижных уплотнительных соединений.

3.6. Методика расчета потока утечек.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Результаты микрометражных исследований элементов уплотнительных соединений и анализ причин их отказов.

4.1.1. Результаты исследования отклонений и установления статистиче

М» ских законов распределения сопрягаемых размеров.

4.1.2. Результаты исследования равновесного модуля упругости при растяжении колец.

4.1.3. Результаты исследования шероховатости контактных поверхностей.

4.2. Компрессионные характеристики вулканизата шифра 7-В-14-1.

4.3. Релаксационные характеристики вулканизата шифра 7-В-14-1.

4.4. Характеристики изменения равновесного модуля упругости вулканизата шифра 7-В-14-1.

4.5. Результаты стендовых испытаний и прогнозирования ресурса неподвижных уплотнительных соединений.

4.5.1. Оценка результатов стендовых испытаний.

4.5.2. Результаты оценки ресурса уплотнительных соединений ГУР тракторов МТЗ 80/82.¡

4.6. Результаты расчета потока утечек в неподвижных уплотнительных соединениях.

5. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ РЕСУРСА НЕПОДВИЖНЫХ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГУР

ТРАКТОРОВ МТЗ 80/82.

5.1. Рекомендации по повышению ресурса торцевых соединений.i

5.2. Рекомендации по повышению ресурса радиальных соединений.

5.3. Расчет экономической эффективности предлагаемых мероприятий \ 6!

Гидросистемы автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин являются наиболее ответственными элементами их конструкций. Анализ литературных источников показывает, что в настоящее время надежность гидросистем находится на недостаточном уровне. Основная причина отказа большинства гидросистем - нарушение герметичности. При ее нарушении потери рабочей жидкости достигают 30 %. Это приводит к понижению объемного КПД привода, ухудшению условий смазки трущихся поверхностей, увеличению интенсивности износа деталей и загрязнению окружающей среды нефтепродуктами [1,2].

В значительной мере потеря герметичности обусловлена низкой надежностью контактных уплотнительных соединений, причинами отказов которых могут быть технологические (низкое качество эластомерной композиции, недостаточная или неоднородная степень вулканизации, несоответствие размеров детали), конструктивные (неправильный выбор материала детали, неверное назначение предварительных деформаций (напряжений) на деталь и размеров других деталей соединения, сопряженных с уплотнителем) и эксплуатационные (несоблюдением сроков и регламента операций технического обслуживания, попаданием топлива на элементы из небензостойких резин, вызывающим их повышенное набухание, повреждениями деталей в процессе эксплуатации и при проведении ремонтных операций и др.) факторы.

Значительное большинство отказов обусловлено конструктивными причинами и связано с ошибками, допущенными на стадии проектирования уплотнительных соединений. Во многом такая ситуация объясняется отсутствием надежной теоретически обоснованной методики прогнозирования работоспособности уплотнений на стадии их проектирования. Существенного сокращения стоимости и сроков создания более совершенных образцов уплотнительных соединений можно добиться путем замены части натурных экспериментов математическим моделированием, обеспечивающим адекватное прогнозирование процессов, протекающих при эксплуатации изделий.

Научно-технический прогресс в области электронно-вычислительной техники и ряд работ в области моделирования функционирования уплотни-тельных узлов автотракторной техники указывают на эффективность приложения методов математического моделирования (в частности, метода конечных элементов) к решению задач повышения их ресурса.

В связи с этим, исследования в области повышения долговечности объемных гидроприводов на основе указанных подходов являются актуальными.

Цель работы: на основе теоретических и экспериментальных исследований контактных взаимодействий в системе «уплотнитель - контртело» разработать методику прогнозирования ресурса и рекомендации по повышению долговечности объемных гидроприводов сельскохозяйственной техники.

Объект исследования: уплотнительные соединения основных узлов ГУР трактора МТЗ 80/82.

Для реализации поставленной цели в работе решены следующие задачи:

1. Исследовано техническое состояние ГУР тракторов МТЗ 80/82 для определения характерных причин отказов уплотнительных соединений.

2. Разработана математическая модель герметизации активными уплотнениями соединений с микрорельефом на контактной поверхности контртел.

3. Исследованы физико-механические и реокинетические характеристики материала уплотнителей.

4. Проведен анализ применяемых в конструкторской и исследовательской практике критериев исчерпания ресурса уплотнительных соединений, определена допустимая область их применения и разработан более универсальный критерий исчерпания ресурса.

5. Разработана методика прогнозирования ресурса уплотнительных соединений на основе полученного критерия потери работоспособности.

6. Проведено теоретическое исследование влияния основных эксплуатационных факторов на ресурс уплотнительных соединений различного типа.

7. Проведены стендовые испытания и сравнение результатов физического и математического моделирования эксплуатации уплотнительных соединений на основе эластомерных колец круглого сечения.

8. Разработаны рекомендации по повышению ресурса уплотнительных соединений, на их основе внесены дополнения в типовой технологический процесс ремонта гидроагрегатов, оценена их экономическая эффективность.

Методика исследований. В ходе выполнения работы были использованы методы и положения нелинейной механики сплошной среды, физического и математического моделирования (в частности, метод конечных элементов), системного исследования и математической статистики. Исследование вязкоупругих и компрессионных характеристик эластомеров проводилось как по известным, так и оригинальным методикам.

Научная новизна работы:

- установлены ограничения в применении существующих и разработан принципиально новый критерий исчерпания ресурса неподвижных уплотнительных соединений;

- на основе МКЭ разработана трехстадийная физически и геометрически нелинейная математическая модель герметизации активными уплотнениями соединений с микрорельефом на контактной поверхности контртел;

- получены вязкоупругие и компрессионные характеристики вулканизата шифра 7-В-14-1, используемого для изготовления эластомерных уплотнительных элементов, и установлены закономерности их изменения с течением времени эксплуатации;

- разработаны математическая модель и методика расчета утечек рабочей жидкости в неподвижных уплотнительных соединениях при исчерпании их ресурса, учитывающая параметры шероховатости поверхности контртел;

- установлено количественное влияние эксплуатационно-конструктивных факторов на ресурс уплотнительных соединений.

Практическая ценность работы

- рекомендации по повышению ресурса уплотнительных соединений;

- программное обеспечение для прогнозирования ресурса неподвижных уплотнительных соединений, учитывающее влияние комплекса эксплуатационно-конструктивных факторов;

- конструкция уплотнительного соединения на основе эластомерных колец круглого сечения с повышенным ресурсом.

Основные положения и результаты работы доложены на: Международной научно-технической конференции «Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем» (г. Саранск, 2004 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Сельскохозяйственная наука Республики Мордовия: достижения, направления развития» (г. Саранск, 2005 г.); XXXIV Огаревских чтениях Мордовского госуниверситета (г. Саранск, 2005 г.); V республиканской научно-практической конференции (г. Саранск, 2006); XI научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева (г. Саранск, 2006).

На защиту выносятся:

- трехстадийная физически и геометрически нелинейная математическая модель герметизации активными уплотнениями соединений с микрорельефом на контактной поверхности контртел;

- результаты исследования влияния эксплуатационно-конструктивных факторов на надежность уплотнительных соединений;

- критерий исчерпания ресурса неподвижных уплотнительных соединений;

- методики прогнозирования ресурса и расчета потока утечек в неподвижных уплотнительных соединениях;

- рекомендации по повышению ресурса уплотнительных соединений на основе эластомерных колец круглого сечения.

1. Проведены микрометражные исследования деталей уплотнительных

соединений ГУР трактора МТЗ 80/82, поступивших в ремонт. Установлено, что требованиям стандартов на уплотнительные соединения

соответствуют только 0,2% соединений маслопроводов, 12,3% соединений

гидрораспределителя и 4,1% соединений гидроцилиндра. К типичным несо ответствиям относятся: высокая шероховатость контактных поверхностей;

несоответствие размеров и конфигурации канавок под уплотнители; высокая

остаточная деформация уплотнителей. При этом существенно более высокая

доля несоответствий имеет место у металлических деталей соединений. 2. Разработана трехстадийная математическая модель герметизации ак тивными уплотнениями соединений с микрорельефом на контактной

поверхности. На основе МКЭ реализован алгоритм численного решения физически и

геометрически нелинейной задачи о взаимодействии эластомерного уплотни теля и контртел с регулярным микрорельефом контактных поверхностей. 3. В результате тестирования программы, численного решения ряда за дач расчета изменения напряженно-деформированного состояния уплотни тельных соединений в течение времени эксплуатации и экспериментальной

проверки адекватности модели установлено, что ее применение в расчетной

практике позволяет успешно выявлять несовершенство уплотнительных уз лов, прогнозировать ресурс и определять пути улучшения их конструктив ных параметров. 4. Установлено, что особенностью второго периода эксплуатации непод вижных уплотнительных соединений является постепенное уменьшение

плошади контакта из-за отрыва от поверхности контртел релаксационного

микрорельефа, формирующегося в пограничном массиве уплотнителя. Рас клинивающее воздействие гидравлической жидкости, проникающей в обра зовавшиеся микроканалы, приводит на определенном этапе к полному разъе динению поверхностей уплотнителя и контртела, ликвидации способности

соединения к самоуплотнению и нолному исчернанию ресурса. 5. Установлено, что более достоверным критерием исчернания ресурса

соединения по сравнению с критерием предельных напряжений является

^ время начала формирования микроканалов в пограничном массиве уплотни теля, зависящее от параметра шероховатости контактной поверхности контр тела. 6. Разработаны методики прогнозирования ресурса и расчета потока

утечек в неподвижных уплотнительных соединениях, учитывающие пара метры шероховатости поверхности контртел в поперечном и продольном на правлениях. 7. Установлено, что низкая долговечность уплотнительных соединений

узлов ГУР трактора МТЗ 80/82 обусловлена интенсивным накоплением уп лотнителями остаточной деформации сжатия и низким качеством обработки

поверхностей контртел, контактирующих с уплотнительными элементами. 8. Разработана методика исследования, установлены законы ползучести

и изменения равновесного модуля упругости вулканизата шифра 7-В-14-1

для условий старения в среде минерального масла И-20А и воздуха и получены

физико-механические и реокинетические константы, входящие в нелинейные

реологические уравнения математической модели. 9. Установлено, что на темп снижения контактных напряжений на ста Ч дии эксплуатации влияет характер их распределения, достигнутый на стадии

монтажа кольца в соединение. В частности, из полученных результатов сле дует, что однородность распределения контактных напряжений, а тем самым

и ресурс соединения существенно повышаются при геометрическом подобии

конфигураций канавки и уплотнителя. На основе указанной концепции разработана и испытана конструкция

уплотнительного соединения на основе эластомерного кольца круглого се у чения с повышенным ресурсом. 10. Рекомендации по изменению технологического процесса ремонта

внедрены в учебно-научно-производственном центре и в учебный процесс

института механики и энергетики ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева». Экономический эффект от внедрения пред лагаемой технологии составит 82,5 тыс. руб. на программу ремонта 100 ГУР

в год.

1. Сковородин В.Я. Повышение герметичности неподвижных уплотнений В.Я. Сковородин, Н.П. Алдохина, Е.В. Касавченко Техника в сельском хозяйстве. 1990. №6. 26-27.

2. Курчаткин В.В. Герметизация неподвижных разъемных соединений жидкими прокладками В.В. Курчаткин, Н.И. Юрченко Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1998. №6. 24-25.

3. Deutschland bald ganz dicht?: Gesetze und Neuentwicklungen sollen ktinfting Dichtungsmarkt beleben//Produktion. 999. №10. S. 4.

4. Пиранков В.К. Влияние длительности неподвижного контакта на максимальную силу трения резиновых уплотнительных колец нри возвратнопоступательном движении В.К. Пиранков, А.И. Елькин Каучук и резина. 1972. №3. 29-31.

5. Орлов З.Д. Исследование деформационной характеристики колец круглого сечения при различной конструкции посадочного места фланцевых соединений Орлов З.Д., Шевченко В.И., Трубникова Л.П. Каучук и резина. 1978. Ш1. 40-42.

6. Альшиц И.Я. Пути совершенствования подвижных контактных уплотнений Альшиц И.Я., Голубев А.И. Вестник машиностроения. 1980. №7. 32-34. 7. ГОСТ 9833-73 Кольца резиновые уплотнительные круглого сечения для гидравлических и пневматических устройств. Конструкция и размеры. 8. ГОСТ 18829-73 Кольца резиновые унлотнительные круглого сечения для гидравлических и нневматических устройств. Технические условия.

7. Каталог деталей и сборочных единиц тракторов «Беларусь» МТЗ 80, МТЗ 80Л, МТЗ 82, МТЗ 82Л, МТЗ 80.1, МТЗ 82.1, МТЗ 82И, МТЗ 82Р. Минск: ПО «Минский тракторный завод», 2002. 223 с. г

8. Бомберов Э.А. Каталог деталей и сборочных единиц тракторов «Беларусь» МТЗ 80, 82, 82Л Бомберов Э.А., Болдырев И.И., Максимович И.К. и др. Минск: «Уроджай», 1982. 302 с.

9. Гусарев А.И. Отказы и неисправности устройств уплотнительной техники А.И. Гусарев, Б.М. Горелик, В.Г. Бабкин Каучук и резина. 1982. №5. 27-30.

10. Решетов Д.Н. Надежность машин Д.Н. Решетов, А.С. Иванов, В.З. Фадеев. М.: Высшая школа. 1988. 238 с.

11. Карбасов О.Г. Качество и надежность резиновых технических деталей автомобилей тракторов и их двигателей О.Г. Карбасов, В.Я. Меняк. М.: ЦНИИТЭнефтехим. 1971. 105 с.

12. Борисова В.В. Надежность резиновых изделий в эксплуатации В.В. Борисова, Р.С. Булка, СИ. Быстрова и др.; ЦНИИТЭНефтехим. 1977. 84 с.

13. Leistungsfahige Dichtsysteme fur die Anforderungen der Zukunt Olhydraul. undPneum. 1999. 43. №4. S. 314.

14. Буренин В.В. Контактные уплотнения для герметизации неподвижных разъемных соединений /В.В. Буренин Строит, и дорожн. машины. 2000, Яо12. 26-31.

15. Косенкова А.С. Нрогнозирование сроков сохранения работоспособности уплотнительных резиновых деталей Косенкова А.С, Кузнецова А.И., Юрцев Н.Н. Каучук и резина. 1980. .№4. С 25-28.

16. Морозов В.А. Технологические методы и средства повышения ресурса гидроцилиндров В.А. Морозов, А.А. Кошелев, В.А. Магин и др. Трак". торы и сельскохозяйственные машины. 1986. №4. С 38-39.

17. Казакевич И.И. Исследование гидроцилиндров, прогнозирование их надежности и долговечности И.И. Казакевич, Ю.В. Виноградов, В.И. Толока и др. Вестник машиностроения. 1982. №8. С 6-8.

18. Буренин В.В. Грязесъемники для штоков силовых гидроцилиндров В.В. Буренин Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2000. JN211. С 3940. у

19. Кобзов Д.Ю. О повышении надежности гидроцилиндров С ДМ Д.Ю. Кобзов, А. Нершин, С А. Черезов Тр. Брат. гос. техн. ун-та, 2005. 2, с. 168-172.

20. Гринберг Л.С. Повышение надежности гидропривода мелиоративного экскаватора Л.С. Гринберг, Н.Г. Коровин Техника в сельском хозяйстве. 1990.Ко2. 62. -L

21. Kompakt am Kolben. Produktion: Die Wochenzeitung fur das technische Management. 2002. №17. S. 13.

22. Буренин В.В. Унлотнительные кольца и манжеты для соединений нар вращательного движения В.В. Буренин Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2000. №9. 32-34.

23. Авдошин А.Н. О сунернозиции законов раснределения отказов резиновых технических изделий А.Н. Авдошин, В.Я. Меняк, А.Г, Чиварзин Каучук и резина. 1976. №8. 45-47.

24. Захарьев Г.А. 6-я Международная конференция но уплотнениям Захарь ев Г.А., Юровский B.C. Каучук и резина. 1979. №1. 59-61.

25. Буренин В.В. Оценка долговечности резиновых уплотнительных колец и манжет для враш;аюш,ихся валов машин и механизмов /В.В. Буренин, В. Иванин Хим. и нефтегаз. машиностр. 2003. №11. 32-33. 28. O-Ring-Dichtungen im Langzeittest. Richter Bernard. Maschinenmarkt. 2003. 109, №35. S. 28-29.

26. Горелик Б.М. Особенности количественного определения нанряжений в резиновых деталях Б.М. Горелик Каучук и резина. 1980. JN24. 28-30.

27. Морган Г.Дж. Факторы, онределяюш,ие уплотнительную способность Морган Г.Дж. Каучук и резина. 2000. №3. 35-43.

28. Полянская Г.С. Чистота рабочих жидкостей гидроприводов обеспечивает надежную работу металлообрабатывающего оборудования Г.С. Полянская, А.И. Гольдшмит Привод, техн. 1999. №1-2. 45-49.

29. Повышение надежности гидроприводов. Кавадзима Хирохару. Puranto enjinia Plant. Eng 2000. 32, №5. P. 10-15. T

30. Овандер В.Б. Радиальные уплотнения, не требующие заходных фасок в местах установки В.Б. Овандер Гидравл. и пневмат. 2004. №>18. 1617.

31. Дьяченко A.M. Монтаж уплотнительных узлов кольцами круглого сечения с радиальным сжатием при отсутствии заходньк фасок Дьяченко A.M., Хорольский М.С, Бесналова Л.В., Заболотный В.И. Каучук и резина. 1976. №12. 36-37.

32. Дьяченко A.M. Об условиях монтажа колец круглого сечения с радиальным сжатием в посадочные места без заходных фасок A.M. Дьяченко, М.С. Хорольский, Л.В. Беспалова, В.И. Заболотный Каучук и резина. 1979. №11. 41-42. 36. А. с. СССР 383929,1973.

33. Аврущенко Б.Х. Резиновые уплотнители Б.Х. Аврущенко. Л.: Химия, 1978. 136 с.

34. Сачко А.А. О работоспособности колец круглого сечения в воздушной среде при повышенном давлении Сачко А.А., Савойский В.Н., Кузьминский А.С. Каучук и резина. 1983. №7. 33-35.

35. Юрцев Н.Н. Исследование скорости самопроизвольного сокращения резины для подвижных уплотнитнений Н.Н. Юрцев, Ю.С. Зуев, А.С. Косенкова, A.M. Кучерский Каучук и резина. 1973. №10. 36-37.

36. Юрцев Н.Н. Связь между работоспособностью нодвижных унлотнитнений и эластическими свойствами резин Н.Н. Юрцев, Ю.С. Зуев, А.С. Косенкова Каучук и резина. 1973. №12. 36-37.

37. Штительман М.И. Влияние вибрации на герметичность резиновых уплотнителей в неподвижных соединениях М.И. Штительман, В.В. Седов, Н.Н. Юрцев Каучук и резина. 1988. №6. 23-25.

38. Сморыго Л.Н. Об оценке срока службы уплотнителей трансформаторов Л.Н. Сморыго, Л.М. Маркович, А.И. Московкин, А.И. Копылов Каучук и резина. 1986. №9. 26-27.

39. Дегтева Т.Г. Изучение свойств уплотнительных резин нри длительном старении в контакте с металлом Дегтева Т.Г., Грановская И.М., Гудкова В.М., Донцов, А.А. Каучук и резина. 1979. №4. 26-30.

40. Сачко А.А. Исследование работоспособности уплотнителей при одновре41. Буренин В.В. Начальная сила трения нокоя в эластичных уплотнениях норшня силового гидроцилиндра В.В. Буренин Вестник машиностроения. 2001. №2. 15-17.

42. Гусарев А.И. Влияние разброса значений твердости и размеров сечения резиновых колец на их работоспособность А.И. Гусарев, Б.М. Горелик, В.Г. Бабкин, Т.А. Ярославцева Каучук и резина. 1983. JNro8. 43-44.

43. Кандалов А.П. Исследование значений разброса модуля упругости резин А.П. Кандалов, В.П. Никифоров, А. Смирнова Каучук и резина. 1982. .№9. 17-19.

44. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер и др.; Нод обш:ей ред. А.И. Голубева и Л.А. Кондакова. М.: Машиностроение, 1986.464 с. 49. Хан Д.Ч. Реология в процессах переработки полимеров: пер. с англ. Д.Ч. Хан; под ред. Г.В.Виноградова, М.Л.Фридмана. М.: Химия, 1979. 366 с.

45. Курчаткин В.В. Герметизация неподвижньк разъемных соединений жидкими прокладками /В.В. Курчаткин, Н.И. Юрченко Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1998. №6. 24-25.

46. Лившиц О.П. Влияние технологии изготовления уплотнительных элементов на герметичность затворов сосудов высокого давления Лившиц О.П., Гридин Г.Д., Древин А.К. Вестник машиностроения. 1978. №11. 28-30.

47. Добрушкин Д.Б. Нроектирование эластичных торовых уплотнений Д.Б. Добрушкин Вестник машиностроения. 1970. №12. 38-41.

48. Саженов А.Ф. Нути совершенствования РТИ для сельскохозяйственной техники А.Ф. Саженов Каучук и резина. 1984. №3. 24-26. J--..

49. Шнейдер Ю.Г. Образование регулярных микрорельефов на деталях и их экснлуатационные свойства/ Ю.Г. Шнейдер. Л.: Машиностроение, 1972.238 с.

50. Шнейдер Ю.Г. О нормировании параметров эксплуатационных свойств и

51. Шнейдер Ю.Г. Расчетное обеспечение эксплуатационных свойств поверхностей с регулярным микрорельефом Ю.Г. Шнейдер, Сорокин В. И. Вестник машиностроения. 1980. 9. 17-19.

52. Шнейдер Ю.Г. Влияние шероховатости металлической поверхности на трение в гидроуплотнительных парах возвратно-поступательного движения Ю.Г. Шнейдер, А.Л. Рейнус Вестник машиностроения. 1970. №5. 19-20.

53. Хватов Б.Н. Герметичность уплотнительных пар пневмоцилиндров с виброобкатанными штоками Б.Н. Хватов Вестник машиностроения. 1978. №2. 33-35.

54. Хайкин М.Л. Релаксационная характеристика резиновьгх вулканизатов. Принцип объемно-временной суперпозиции при химической релаксации напряжения М.Л. Хайкин, Б.М. Горелик Каучук и резина. 1982. №9. 1921.

55. Клитеник Г.С. Влияние геометрических размеров колец на надежность уплотнительных устройств Клитеник Г.С, Ямова Л.П. Каучук и резина. 1984. №3.0.26-28.

56. Гусарев А.И. Исследование зависимости срока службы резиновых уплотнительных колец от диаметра их сечения А.И. Гусарев, В.Г. Бабкин, Л.П. Семина Каучук и резина. 1981. №6. 47-48.

57. Алексеев В.П. Уплотнение подвижных соединений пневмогидравлических устройств Алексеев В.П. Вестник машиностроения. 1977. №5. 19-21.

58. Зябкий В.И. Безоблойные методы производства формовых РТИ В.И. Зябкин, Н.Г. Крылов, В.А. Свинухов; ЦПИИТЭнефтехим. М., 1979. 25 с.

59. Лавров Г.Г. Пресс-формы, позволяюш;ие исключить механическую обработку резиновых изделий Г.Г. Лавров. М.: Химия, 1961. 48 с.

60. Пресс-формы для резиновых колец по ОСТ В28052-80, не требуюш,их дополнительной обработки: Руководяш;ий технический материал РТМ 38

61. Селедков Ю.Г. Работоспособность безоблойных резиновых колец в уплотнениях Ю.Г. Селедков, И.А. Савостьянов Каучук и резина. 1980. №10. 45.

62. Карпук И.И. Учет реологических свойств полимерных унлотнителей при расчете герметичных узлов Карпук И.И., Корнеенкова В.И. Вестник машиностроения. 1979. №1. 32-34.

63. Баранов И.С. О влиянии конструкции уплотнительного узла на деформационные свойства прокладок Барапов Н.С., Богорад Н.Е., Елькин А.И. Каучук и резина. 1973. №9. 39- 41.

64. Кондаков Л.А. Рабочие жидкости и уплотнения гидравлических систем Л.А. Кондаков. М.: Машиностроение, 1982. 216 с.

65. Бартенев Г.М., Колядина Н.Г. Каучук и резина, 1960. №10. 29-32.

66. Кондаков Л.А. Уплотнения гидравлических систем Л.А. Кондаков. М.: Машиностроение, 1972. 240с.

67. Петров Ю.Н. Электроискровое легирование металлических поверхностей. Кишинев: Изд-во «ШТИИЬЩА», 1985. 196 с.

68. Лазаренко Б.Р. Электроискровая обработка токопроводяпдих материалов. М.: Изд-во АН СССР, 1959. 184 с.

69. Верхотуров А.Д., Самсонов Г.В. Электроискровое легирование металлических поверхностей А.Д. Верхотуров, Г.В. Самсонов. Киев: Изд-во Наукова думка, 1976. 260 с.

70. Верхотуров А.Д., Муха И.М. Технология электроискрового легирования металлических поверхностей А.Д. Верхотуров, И.М. Муха. Киев: Техника, 1982. 181 с.

71. Черноиванов В.И. Новые технологические нроцессы и оборудование для восстановления деталей сельскохозяйственной техники В.И. Черноиванов, В.Н. Андреев. М.: Высшая шк., 1983. 95 с.

72. Бурмкулов Ф.Х. Микрогеометрия и несуш:ая способность поверхности, образованной электроискровой нанлавкой Ф.Х Бурумкулов, Л.М. Лель73. Овандер В.Б. Современные унлотнения гидравлических систем металлоi, обрабатываюш;его оборудования и промышленных роботов М.: НИИмаш, 1982.44 с.

74. Кондаков Л.А. Машиностроительный гидропривод Л.А. Кондаков, Г.А. Никитин, В.Я. Скрицкий и др.; Под ред. В.Н. Прокофьева. М.: Машиностроение. 1978.495 с.

75. Абанкин Ю.И., Зайцева К.В., Усов А.А. Штоковые уплотнительные узлы гидроцилиндров станков Рекомендации по проектированию и эксплуатации. М.: ЭПИМС, 1981. 1-18.

76. Хачатрян Г.Р. Материалы и технология изготовления резиновых и резиноармированных грязесъемников Г.Р. Хачатрян, В.П. Михайлов, А.В. Тарновская и др.; ЦНИИТЭнефтехим. М., 1986. 82. ГОСТ 24811-

77. Грязесъемники резиновые для штоков. Типы, основные параметры и размеры.

78. Шмаков А.Г. Исследование стойкости резин к старению А.Г. Шмаков, В.К. Казымова, А.П. Иванов Каучук и резина. 1989. Ши. 10-12.

79. Карбасов О.Г. Проблемы оценки и расчета надежности резиновых технических изделий О.Г. Карбасов Каучук и резина. 1980. №4. 23-25.

80. Орлов З.Д. Исследование герметизируюпей способности колец круглого сечения при различной конструкции посадочного места фланцевых соединений Орлов З.Д., Невская В.И., Трубникова Л.П. Каучук и резина. 1982. Хо8. 28-29.

81. Зуев Ю.С. Влияние набухания на контактное напряжение в сжатых резинах Зуев Ю.С. Каучук и резина. 1996. №5. 11-15.

82. Гусарев А.И. Влияние разброса начального контактного давления резино>. вых уплотнительных колец на их срок службы Гусарев А.И., Горелик Б.М., Бабкин В.Г., Ярославцева Т.А. Каучук и резина. 1981. №1. 3839.

83. Кандалов А.П. Расчет контактных напряжений резиновых уплотнителей круглого сечения Кандалов А.П., Никифоров В.П. Каучук и резина. 1983. №4. 33-35.

84. Орлов З.Д. О возможности применения колец из немаслостойкой резины в минеральном масле Орлов З.Д., Вершкайн P.P., Атапов А.П., Орлова Г.С. Каучук и резина. 1978. №10. 44-46.

85. Кандалов А.П. Расчет контактных напряжений в резиновых уплотнителях прямоугольного сечения Кандалов А.П., Никифоров В.П. Каучук и резина. 1983. №3. 25-28.

86. Сачко А.А. О влиянии адгезионного взаимодействия резины с металлом на работоспособность уплотнений в воздушной среде при повышенном давлении Сачко А.А., Савойский В.Н., Кузьминский А.С., Васильев Н.В. Каучук и резина. 1983. №3. 29-30.

87. Клитеник Г.С. О надежности герметизации гидросистем резиновыми уплотнительными кольцами Клитеник Г.С, Ямова Л.Н. Каучук и резина. 1983. №2. 19-22.

88. Блоу СМ. В кн.: Проблемы современной уплотнительной техники. Пер. с англ. М.: Мир, 1967. 147-168.

89. Корре W. Herlan-Inform., 1973, vol. 12, Mo 4. P. 143-152.

90. Warring R.H. Seals and Packing. Trade and Technical Press Ltd. Мог den. Surrey. England, 1967. 312 p.

91. Piazza S., Pasquini F. Kautschuk u. Gummi, Kunststoffe, 1980, Bd. 33, 2. S 90-95.

92. Устинова A.T. Испытание резин в физически агрессивных средах А.Т. Устинова; ЦНИИТЭнефтехим. М., 1978.

93. Орлов З.Д. Влияние давления набухания на усилие трения колец круглого сечения Орлов З.Д., Некрасова В.В., Селедков Ю.Г., Орлова Г.С Каучук и резина. 1990. №8. С 10-12.

94. Федюкин Д.Л. Технические и технологические свойства резин Д.Л. Федюкин, Ф.А Махлис. М.: Химия, 1985. 240 с.

95. Сурдутович Л.И., Тагер А.А., Овчинникова Г.П. и др. Высокомол. Соед. Серия А. 1972. Т. 14. №2. 324-330.

96. Киршенштейн Н.И. Влияние одновременного воздействия физически аг.1 рессивных сред и вакуума на уплотняющие свойства резин Н.И. Киршенштейн, СБ. Михалева, В.В. Седов Каучук и резина. 1976. №10. 38-40.

97. Юровский B.C. Пути повышения качества резиноармированных манжет B.C. Юровский Каучук и резина. 1976. №12. 32-36.

98. Федюкин Д.Л. Применение резиновых технических изделий в народном хозяйстве Д.Л. Федюкин. М. Химия, 1986. 240 с.

99. Селиванов Н.И. Обоснование температурного режима использования гидромеханической передачи Н.И. Селиванов Техника в сельском хо" зяйстве. 1990. №6. 22-23. 105. 0-Ring Dichtung aus Fluorelastomer halt hohen Belastung stand. Machinenmarkt. 2000. 106, №20. S. 55.

100. Langzeitverhalten von O-Ring-Dichtungen. Richter Bernard. Maschinenmarkt. 2003. 109, №25. S. 54-57.

101. Dynamic seals behavior under effect of radial vibration. Silvestry M., Prati E., Tasora A. Tribology and Lubrication Engineering: 14 International Colloquium Tribology, Ostfildern, Jan. 13-15, 2004. Vol.

102. Ostfildern: Techn. Akad. Esslingen. 2004.

103. Бурумкулов Ф.Х., Лялякин В.П., Пушкин И.А., Фролов Н. Электроискровая обработка металлов универсальный способ восстановления изношенных деталей Ф.Х. Бурумкулов, В.П. Лялякин, И.А. Пушкин, Н. Фролов Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2001. №4. 23-28. 109. ГОСТ 24054

104. Изделия машиностроения и нриборостроения. Методы 4- контроля герметичности. НО. Езжев А.П. Достижения в области создания резиновых уплотнителей и мембран А.П. Езжев Каучук и резина. 1980. №4. 20-43.

105. Резины. Метод прогнозирования изменения свойств при термическом старении.

106. Юрцев Н.Н. Прогнозирование эксплуатационных свойств резины и уплотнительных резиновых деталей Н.Н. Юрцев, А.И. Кузнецова, В.В. Седов Каучук и резина. 1990. №4. 23-25.

107. Буренин В.В. О начальной силе трения в гидроцилиндрах при трогании поршня с места В.В. Буренин, Д.Т. Гаевик Вестник машиностроения. 1981. №4. 29-31.

108. Кандалов А.П. Исследование временных зависимостей относительной остаточной деформации и коэффициента вариации резин А.П. Кандалов, В.Н. Никифоров, А. Смирнова Каучук и резина. 1976. №11. 35-37.

109. Эмануэль Н.М. Химическая физика старения и стабилизация полимеров Н.М. Эмануэль, А.Л. Бучаченко. М.: Наука, 1982. 360 с.

110. Бартенев Г.М. Структура и релаксационные свойства эластомеров Г.М. Бартенев. М. Химия, 1979. 288 с.

111. Сенин Н.В. Оценка текстуры поверхностей, образованных методом электроискровой обработки Н.В. Сенин, Ф.Х Бурумкулов, А. Величко, Н.А. Ионов Энергоресурсосберегаюп],ие технологии и системы в АПК: межвуз. сб. науч. тр. Саранск; 2004. 228 233.

112. Демкин Н.Б. Оценка шероховатости и волнистости при расчете контактного взаимодействия деталей машин Н.Б. Демкин, Э.В. Рыжов, А.Г. Суслов, В.М. Алексеев Вестник машиностроения. 1975. №8. 27-29.

113. Демкин Н.Б. Качество поверхности и контакт деталей машин Н.Б. Демкин, Э.В. Рыжов. М.: Машиностроение, 1981. 248 с.

114. Крагельский И.В. Трение и износ И.В. Крагельский. М.: Машиностроение, 1968.480 с.

115. Нлановский А.Н., Николаев Н.И. Процессы и аппараты химической и нефтехмической технологии А.Н. Нлановский, П.И. Николаев. М.: Химия, 1987. 496 с.

116. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей Н.Б. Дем117. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисление Н.С. Пискунов. Т1. М.: Наука, 1976, 456 с.

118. Трение, изнашивание и смазка: Снравочник. В 2-х кн. Под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978. 125. ГОСТ 9.029-

119. Резины. Методы испытаний на стойкость к старению под действием статической деформации сжатия.

120. Кузнецова И.А. О возможности экснресс-нрогнозирования накопления остаточнрй деформации резинами И.А. Кузнецова, Б.И. Ревякин, О.А. Козлова, Плинер И.А. Каучук и резина. 1989. №10. 40-42.

121. Кузнецова И.А. Прогнозирование сроков сохранения герметизируюпей способности резиновых колец с малым нормируемым натеканием И.А. Кузнецова, Т.С. Кленова, Г.М. Бартенев, В.В. Медведева Каучук и резина. 1985. №10. 23-25.

122. Захарьев Г. А. Достижения в области конструирования резиновых технических изделий Г.А. Захарьев Каучук и резина. 1980. №4. 13-16.

123. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике О. Зенкевич. М. Мир, 1975.542 с.

124. Methoden und Grenzen der Berechnung von Dichtsystemen. Heldusen Siegfried, Weiss Rainer. Olhydraul. undPneum. 2001. 45. №1. S. 25-32.

125. Wohin entwickelt sich die Dichtungstechnik? Olhydraul. und Pneum. 2001. 45, №4, S. 290-292, 295-297.

126. Миненков Б.В. Прочность деталей из пластмасс Б.В. Миненков, И.В. Стасенко. М.: Машиностроение. 1977. 264 с.

127. Dichtheitsprufmg nach Differenzdruckverfahren. Maschinenmarkt. 2005, №46. S. 43-44.

128. Бабкин В.Т. Герметичность неподвижных соединений гидравлических систем В.Т. Бабкин, А.Л. Зайченко, В.В. Александров и др. М.: Машиностроение, 1977. 120 с.

129. Колинз Р. Течения жидкостей через пористые материалы: Пер. с англ.

130. Кармугин Б.В. Клапанные унлотнения пневмоагрегатов Б.В. Кармугин, Г.Г. Стратиневский, Д.А. Мендельсон. М.: Машиностроение. 1983. 152 с.

131. Мустафаев СИ. Трение в унлотнениях с регулируемым давлением на контакте для возвратно-ностунательного движения С И Мустафаев Вестник машиностроения. 1971. JNo4. С 39-42.

132. Кондаков Л.А. Герметичность и трение эластичных уплотнений нар возвратно-постунательного движения Кондаков Л.А., Овандер Б.В. Вестник машиностроения. 1971. ШИ. 33-37.

133. Масленников В.Г. Влияние предварительной деформации на нолзучесть резины при сжатии Масленников В.Г., Сиротин М.И. Каучук и резина. 1988. №12. С 34-35.

134. Водяков В.Н. Повышение безотказности и долговечности эластомерных деталей сельскохозяйственной техники. Автореф. дисс. ...докт. техн. наук. Саранск: Тип. ОАО «Саранский завод «Резинотехника», 2000. 34с.

135. Водяков В.Н. Математическое моделирование процессов формования и нагружения эластомерных уплотнителей автотракторной техники В.Н. Водяков. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2005. 216 с.

136. Лукомская А.И. Основы прогнозирования механического поведения каучуков и резин А.И. Лукомская, В.Ф. Евстратов. М.: Химия, 1979. 360 -Чс.

137. Черных К.Ф. Теория больших упругих деформаций К.Ф. Черных, З.Н. Литвиненкова. Л.: Изд-во ЛГУ, 1988. 254 с.

138. Трусделл К. Первоначальный курс рациональной механики сплошной среды. Hep. с англ. Иод ред. Н.А.Жилина и А.И. Лурье. М.: Мир, 1975. 592 с.

139. Седов Л.И. Механика снлошной среды, т. 1. М.: Наука, 1976. 536 с.

140. Новожилов В.В. Теория упругости В.В. Новожилов. М.: Судпромгиз, 1958.370с.

141. Лурье А.И. Нелинейная теория упругости А.И. Лурье. М.: Наука. 1980,

143. Ильюшин А.А. Основы математической теории термовязкоупругости А.А. Ильюшин, Б.Я. Победря. М.: Наука, 1970. 280с.

144. Грин А., Адкинс Дж. Большие унругие деформации и нелинейная механика сплошной среды. Пер. с англ. нод ред. Ю.Н. Работнова. М.: Издатинлит, 1965. 455с.

145. Трелоар Л. Физика упругости каучука. Пер. с англ. под ред. Е.В. Кувшинского. М.: Издатинлит, 1953. 240с.

146. Бартенев Г.М. Физика и механика полимеров Г.М. Бартенев, Ю.В. Зеленев М.: Высшая школа, 1983. 392с.

147. Treloar L.R.G. Rubber and Rubber Elasticity. New York, 1974, p.107-123.

148. Moony M.A. Theory of large elastic deformation. J. Appl. phys., 1940, vol. 7, №11, p. 5 82-592.

149. Бердышев Б.В. Описание высокоэластичности при различных видах нагружения Б.В. Бердышев, В.К. Скуратов, О.П. Филимонова Пластические массы. 1990. №2. 55 57.

150. Spenser R.S., Gilmore G.S. J. Appl. phys., 1950, vol.21, 6, p. 523-526.

151. Виноградов Г.В. Реология полимеров Г.В. Виноградов, А.Я. Малкин. f М.: Химия, 1977.438 с.

152. Леонов А.И. Об описании реологического поведения упруговязких сред при больших упругих деформациях А.И. Леонов. М.: ИПМ АН СССР. Препринт 34,1973. 62 с.

153. Шторм Р. Теория вероятностей. Математическая статистика. Статистический контроль качества: пер. с нем. Р. Шторм; под ред. Н.С. Райбмана. М.: Мир, 1970. 368 с. 4160. Шор Я.Б. Таблицы для анализа и контроля надежности Я.Б. Шор, Ф.И. Кузьмин. М.: «Советское радио», 1968. 161. ГОСТ 11.006-

154. Прикладная статистика. Правила проверки согласия

155. Прикладная статистика. Правила определения оценок и доверительных границ для параметров нормального распределения.

156. Березин М.А. Универсальная установка определения реологических и физико-механических характеристик эластомеров М.А. Березин, В.В. Кузнецов, В.Н. Водяков. Межвуз. сб. научн. тр. «Энергоресурсосберегающие технологии и системы в АПК». Саранск: 0 0 0 «РПИИЦ», 2004. С228-233.

157. Vodyakov V.N. Selection of determining equations in a finite-element model of thin-layer elastomer metal structures V.N. Vodyakov //Int. Polym. Sci. and Technology. 1997. Vol. 24, №11. P. T/55 T/60.

158. Кузнецов B.B. Исследование новедения эластомерных вулканизатов на основе ПК и СКЭПТ в условиях компрессионного нагружения В.В. Кузнецов, А.В. Водяков, В.П. Водяков, А.В. Котин Энергоресурсосберегаюпдие технологии и системы в АПК: межвуз. сб. науч. тр. Саранск; 2004. С 177-182.

159. Боглаев Ю.П. Вычислительная математика и программирование Ю.П. Боглаев. М.: Высшая школа, 1990. 544 с.

160. Прусакова В.Н. Изменение условно-равновесного модуля резин в процессе теплового старения В.П. Прусакова, Ю.М. Треску нова Каучук и резина. 1973. №12. 30-31.

161. Гольденблат И.И. Длительная прочность в машиностроении И.И. Гольденблат, В.Л. Бажанов, В.А. Копнов. М.: Машиностроение, 1977, 246с.

162. Поздеев А.А. Большие унруго-пластические деформации А.А Поздеев, П.В. Трусов, Ю.И. Пяшин. М. Наука, 1986. 232 с.

163. Дымников СИ. Расчет жесткости резиновых шнуров и колец круглого сечения С И Дымников Каучук и резина. 1972. №1. С 36-39.

164. Лавенделл Э.Э. Расчет резинотехнических изделий Э.Э. Лавендел. М.: Машиностроение. 1976. 232с.

165. Дымников СИ. Расчет резиновых элементов конструкций С И Дымни166. Розин Л.А. Основы метода конечных элементов в теории унругости Л.А. Розин. Л.: Изд-во ЛПИ. 1972. 340 с.

168. Кандырин Л.Б. О корреляции между эффективной вязкостью, числом My ни и индексом расплава резиновых смесей Л.Б. Кандырин, B.C. Альтзитцер, Б.Н. Анфимов, В.Н. Кулезнев Каучук и резина, 1977. J f 4. 18 o 20.

169. Оден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред Дж. Оден. М.: Мир. 1976. 464с.

170. Кузнецов В.В. Новышение ресурса отремонтированных колесных гидроцилиндров тормозных систем на основе математического моделирования силовых взаимодействий их элементов: автореф. дис. ...канд. техн. наук. Саранск; 2004. 16 с.