автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Повышение эффективности работы гидросистем колёсных и гусеничных машин путём применения устройств защиты от аварийного выброса рабочей жидкости

На правах рукописи

005060040

Ушаков Николай Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ГИДРОСИСТЕМ КОЛЁСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН ПУТЁМ ПРИМЕНЕНИЯ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ОТ АВАРИЙНОГО ВЫБРОСА РАБОЧЕЙ

ЖИДКОСТИ

05.05.03 - Колёсные и гусеничные машины

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

3 О МАЙ 2013

Волгоград - 2013

005060040

Работа выполнена на кафедре «Строительные и дорожные машины» в Волжском институте строительства и технологий (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Рогожкин Василий Михайлович

Официальные оппоненты: Рябов Игорь Михайлович

доктор технических наук, профессор, Волгоградский государственный технический университет, кафедра «Автомобильные перевозки», профессор;

Сергеев Александр Павлович кандидат технических наук, доцент, Волгоградский государственный аграрный университет, кафедра «Тракторы, автомобили и теплотехника», заведующий

Ведущая организация Филиал федерального государственного

бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Волжском

Защита диссертации состоится «21» июня 2013 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д212.028.03 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, г. Волгоград, пр. Ленина, 28, ауд. 209

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан «21» мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

О/Когмн Виктор Александрович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Анализ условий и режимов работы гидросистем колёсных и гусеничных машин показывает, что гидроагрегаты работают в напряженных условиях, характеризуемых постоянно изменяющимися рабочим давлением, температурным режимом, скоростью нарастания давления, возникновением гидравлических ударов и циклических нагрузок. Это повышает вероятность выхода из строя узлов и деталей гидросистемы и может привести к возникновению неисправностей, вызывающих потери рабочей жидкости. Эти обстоятельства делают актуальной задачу разработки эффективных схем защиты гидросистемы от выброса рабочей жидкости при разрушении рукавов высокого давления и проблему охраны окружающей среды.

Цель работы: Повышение эксплуатационной надёжности гидросистемы колёсных и гусеничных машин путём применения защитных устройств от аварийного выброса рабочей жидкости при нарушении герметичности рукавов напорной гидролинии.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1 На основании анализа известных способов защиты разработать математическую модель рабочего процесса гидромеханической части защитного устройства, позволяющую определить время срабатывания защитного устройства и скорость движения клапана при различных параметрах работы гидросистемы колёсных и гусеничных машин.

2 Разработать методику расчёта основных параметров защитного устройства с учётом турбулентного движения рабочей жидкости в полости защитного устройства.

3 Усовершенствовать способ защиты гидросистем колёсных и гусеничных машин путём применения в гидромеханической части упругого элемента переменной жёсткости и использования герметичной оболочки на рукавах высокого давления.

4 Испытать работоспособность усовершенствованного устройства защиты гидросистемы колёсных и гусеничных машин в стендовых и эксплуатационных условиях.

Объеет исследования. Гидросистема колёсных и гусеничных машин (скреперы ДЗ-115, ДЗ-11П, бульдозеры ДЗ-42, тракторы Т-150, ДТ-75 и др.), снабжённая защитным устройством от аварийного выброса рабочей жидкости при аварийных ситуациях.

Научная новизна.

1 Разработана математическая модель рабочего процесса защитного устройства, учитывающая основные параметры гидросистемы и защитного устройства и позволяющая с высокой точностью и надёжностью определить время срабатывания защитного устройства и скорость движения клапана.

2 Исследованы зависимости основных параметров усовершенствованного защитного устройства от величины давления в гидросистеме, длины рукавовов, вязкости гидрожидкости и др. и получены теоретические зависимости для опре-

3

деления времени срабатывания защитного устройства при различной длине рукавов гидролинии, вязкости рабочей жидкости, жёсткости пружин устройства и различном давлении в гидросистеме.

3 При расчёте параметров защитного устройства использованы уравнения движения турбулентного потока рабочей жидкости в полости защитного устройства.

Практическое значение работы.

1 Разработана, изготовлена и проверена на практике усовершенствованная конструкция защитного устройства для гидросистем, позволяющая исключить загрязнение окружающей среды и сократить потери рабочей жидкости при аварийной разгерметизации гидросистемы колёсных и гусеничных машин.

2 Экспериментально получена зависимость для определения необходимой жёсткости пружин защитного устройства, обеспечивающую требуемое быстродействие устройства, при известном давлении рабочей жидкости в гидросистеме.

3 Разработана методика расчёта основных параметров гидромеханической части защитного устройства гидросистем машин, учитывающая наличие упругого элемента переменной жёсткости и турбулентность потока рабочей жидкости, позволяющая определить конструкторские параметры защитного устройства.

4 Предложена методика расчёта параметров герметичной оболочки защитного устройства, обеспечивающих необходимую прочность материала оболочки и возможность сбора выбрасываемой гидрожидкости при аварийном разрушении рукавов высокого давления.

На защиту выносятся:

- математическая модель рабочего процесса гидромеханической части предложенного устройства защиты от аварийного выброса рабочей жидкости;

- методика расчёта основных конструкторских параметров усовершенствованного защитного устройства с учётом турбулентности движения рабочей жидкости в полости защитного устройства;

- математические зависимости для определения времени срабатывания защитного устройства при различной вязкости рабочей жидкости, давлении в гидросистеме, жёсткости пружин клапана, длине хода клапана и других параметров;

- способ защиты гидросистем колёсных и гусеничных машин, основанный на использовании усовершенствованной конструкции защитного устройства гидросистемы, позволяющий сократить потери рабочей жидкости и исключить загрязнение окружающей среды.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на межвузовской научно-практической конференции молодых учёных и студентов (г. Волжский, 2003 г.); VIII всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (г.Пенза, 2004 г.), международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2005» (г.Тюмень, 2005 г.), IV международной научно-технической конференции «Итоги строительной науки» (г. Владимир, 2005 г.). В полном объёме работа заслушана на совместном заседании кафедр «Строительные и дорожные машины и оборудование» и «Высшей и прикладной математики» Волжского института строительства и технологий (филиал) ГОУВПО «Волгоградский государственный архитектурно-

4

строительный университет» и на кафедре «Строительные и подъёмно-транспортные машины» Московского государственного строительного университета. По итогам заслушивания получены положительные заключения.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 работ, в том числе из списка ВАК РФ 4 работы. На разработанное защитное устройство выдан патент РФ №125279 от 27.02.2013 г.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, б глав, общих выводов, списка использованной литературы (115 источников), содержит 186 страниц, в т.ч. машинописного текста 142 страницы, 17 таблиц, 52 иллюстрации, приложений 13 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость представленной работы.

В первой главе дан анализ различных способов совершенствования гидросистем колёсных и гусеничных машин, условий и режимов их работы, а также факторов, вызывающих аварийные потери рабочей жидкости.

Различные аспекты проблемы совершенствования работы гидросистем машин и способов их защиты от аварийных потерь рабочей жидкости рассмотрены в работах И.П. Ксеневича, В.П. Шевчука, А.И. Кубарева, Е.М. Кудрявцева, A.B. Рустановича, В. А. Коробкина, С.М. Борисова, И.Л. Беркмана, О. А. Смирнова, Д.С. Фаермана, М.А. Степанова, Ю.И. Густова, H.A. Фоменко и др. учёных.

Анализ показал, что основными недостатками известных защитных устройств гидросистем, наряду с тем, что они не устраняют полностью потери рабочей жидкости, являются следующие:

- устраняют потери только на одном участке гидросистемы;

- работа в режимах невысоких давлений гидросистемы, без дополнительных динамических нагрузок;

- представляют собой автономный агрегат, что усложняет конструкторское исполнение и дороговизну в изготовлении.

Отмеченные недостатки известных схем защиты делают их недостаточно надёжными в процессе эксплуатации, поэтому требуется их дальнейшее совершенствование.

Проведённый анализ известных защитных устройств гидросистемы показывает, что величина аварийных потерь рабочей жидкости при этом использовании колеблется в широких пределах (от 1 до 9 л). С учётом достигнутого в ранее выполненных исследованиях научного уровня решения рассматриваемой проблемы была поставлена цель и сформулированы задачи данного исследования.

Во второй главе на основании анализа ранее выполненных и проведенных нами исследований установлено, что наибольшее число неисправностей агрегатов гидросистемы машин приходится на рукава высокого давления - до 44 % (рис. 1).

... ■ ■ .....................................

ъж

РЙР

I

-ОР

Я * % шшш ...........

В Ш 11 .....Ш

-..........-............—.....-....................-........................................................................................................

Рис. 1 Распределение неисправностей по агрегатам гидросистемы

Используя методы теории вероятностей, установлено, что срок работы рукавов высокого давления до технического обслуживания составляет около 1050 мото-часов. Следовательно, техническое обслуживание рукавов высокого давления следует проводить при ТО-3.

Проведённые ранее исследования показывают, что основная доля потерь рабочей жидкости при эксплуатации гусеничных и колёсных машин приходится на потери, вызванные разрушением рукавов высокого давления гидросистемы и нарушением герметичности в соединениях (около 50 % от общих потерь).

Следовательно, для повышения эффективности работы гидросистем колёсных и гусеничных машин необходимо совершенствовать устройства для защиты гидросистем от аварийных потерь рабочей жидкости при разгерметизации напорной магистрали.

Для защиты гидросистемы колёсных и гусеничных машин от аварийных потерь рабочей жидкости в работе предложено усовершенствованное устройство, основанное на принципе двойного перекрытия напорной магистрали плунжером и подпружиненным клапаном и использовании герметичной оболочки, расположенной на рукавах высокого давления (рис. 2). Предложенное устройство отличается от известных прототипов наличием упругого элемента переменной жёсткости и защитной оболочки. Важное преимущество его заключается в том, что I оно позволяет полностью исключить выброс рабочей жидкости в атмосферу при аварийных ситуациях в гидросистеме. Применение предлагаемого защитного устройства в конструкции машин позволит значительно повысить эксплуатационные свойства гидросистемы машин, что достигается наличием в конструкции гидросистемы запорного устройства и прочной на разрыв герметичной оболочки для сбора рабочей жидкости, выбрасываемой за время срабатывания защитного устройства.

Преимущество предлагаемого технического решения состоит ещё и в том, что в аварийном режиме выбрасываемая в момент срабатывания устройства защиты жидкость собирается в герметичной оболочке, что исключает загрязнение окружающей среды.

В отличие от известных конструкций защиты предлагаемое защитное устройство снабжено пружиной переменной жёсткости, выполненной в виде двух пружин разной длины, что позволяет увеличить скорость движения клапана в

6

первоначальный период его закрытия и уменьшить скорость в момент окончания закрытия. Это позволяет увеличить быстродействие устройства, и при этом уменьшить силу удара клапана о гнездо и уменьшить износ посадочного места.

Предлагаемое устройство защиты гидросистемы представлено на рис. 2. Устройство содержит гидромеханический узел 1, прочную на разрыв защитную герметичную оболочку 2. Гидромеханический узел включает в себя корпус 1, подпружиненный плунжер 6 с осевым 7 и радиальными 8 отверстиями и подпружиненный клапан 9, расположенные в корпусе узла. В отличие от известных, в предлагаемом устройстве в гидромеханическом узле установлена дополнительная пружина клапана, которая необходима для стабильной и надёжной работы защитного устройства и уменьшения износа клапана и гнезда. Применение дополнительной пружины предполагает увеличение суммарной жёсткости пружин клапана в начальном его положении и уменьшение - в момент закрытия по сравнению с устройством, где установлена одна пружина.

Устройство работает следующим образом. Рабочая жидкость гидронасосом 4 по напорной гидролинии высокого давления 3 подаётся через полость А и Б гидромеханического узла 1 к гидрораспределителю 5 и далее к гидроцилиндру. При разрушении напорной гидролинии перепад давления в полостях А и Б увеличивается , и равновесие плунжера 6 нарушается . Клапан 9 и плунжер 6, перемещаясь навстречу друг другу, перекрывают отверстие 7 и далее, перемещаясь как единое целое, преодолевая усилие пружин, перекрывают полость Б напорной магистрали, направляя рабочую жидкость через радиальные отверстия 8 из полости А через сливную гидролинию 10 в гидробак.

Введение прочной на разрыв герметичной оболочки 2 обеспечивает сбор выбрасываемой рабочей жидкости при повреждении трубопровода высокого давления за время срабатывания запорного устройства и полностью предотвращает загрязнение окружающей среды.

Предлагаемое устройство позволяет отключить гидропривод при нарушении герметичности линии высокого давления на любом её участке, а также осуществить сбор рабочей жидкости, выбрасываемой из повреждённого участка.

Как следует из приведённого описания, устройство состоит из двух основных частей, имеющих различное назначение. Первая часть - гидромеханическая - предназначена для автоматического отключения подачи рабочей жидкости в гидросистему при разгерметизации нагнетательной магистрали. И вторая - оболочковая - для сбора рабочей жидкости и предотвращения её выброса в окружающую среду при аварийных ситуациях.

кой

В третьей главе рассмотрены функциональные зависимости времени срабатывания защитного устройства и потерь рабочей жидкости от параметров работы гидросистемы; разработана математическая модель рабочего процесса защитного устройства и предложена методика расчёта параметров клапана защитного устройства. Расчётная схема приведена на рис. 3.

Математическая модель рабочего процесса защитного устройства в общем виде может быть представлена дифференциальным уравнением движения клапана:

= +г -г \ (1)

V * сж ~ 1 тр 1 \пр 1 2»р Р V1)

где —— ускорение движения клапана (м/с ); гп - масса движущихся частей ш

защитного устройства (кг); - результирующая сила от давления жидкости (Н); Р сж - сопротивление жидкости движению клапана (Н); Ттр - сопротивление внутреннего трения жидкости (Н); ¥Ыр - усилие основной пружины (Н); ¥2пр -усилие дополнительной пружины (Н).

Определим составляющие сил, действующих на клапан (формула (1)). Результирующая сила от давления жидкости Рж находится по формуле:

(2)

где АР- перепад давления на клапане (Н/м2); - диаметр клапана (м). Сопротивление жидкости движению клапана 1ГСЖ. ■

, (¿С

и + •— Л

(3)

4 4 '

где ц - коэффициент динамической вязкости жидкости (Нс/м2); к - коэффициент учитывающий форму клапана (с/м*); и - скорость жидкости в полости защитного устройства (м/с).

Сопротивление внутреннего трения жидкости ¡''тр:

= (4)

ду

где ц - коэффициент динамической вязкости (Нс/м^); Б - площадь рассматриваемого слоя жидкости или стенки, соприкасающейся с ней (м2); — - градиент

ду

скорости ('/с).

Усилие Г /„^.пружины 2 и /■' 2пр пружины 5 находим из следующих выражений:

Р]„р.= с А, +£,[/-.г(г)1 (5)

р1аР= С, [/'-*( 01 (б)

где с/ и с2 - жёсткость пружин 2 и 5 клапана соответственно (Н/м); Л 0 - величина предварительного сжатия пружины 2 (м); / - длина хода клапана (м); I'-длина хода пружины 5 (м); х(х) - величина перемещения клапана при срабатывании защитного устройства (м).

Подставляя выражения сил из формул (2),(3),(4) ,(5) и (б) в формулу (1), получим:

НГ и] Ч/ 4 И

Ох

и + — А

Ж + ^ [еА + с, (/ _ х(0)+ с2(/'-,</))] .

Обозначим С] + с2 = с и приняв в момент действия обеих пружин /= /', получим:

dzx(l) ^ АР(0 лР; | //¿ц - тгД,- | /лк 2и^х_ лР; ^ цк (Ох V яО,г |

•Л" m 4 m 4 m А 4 и [¿I J 4 ^

| ди с,Л„ с / | cx(t) т ду т т т

Обозначим составляющие в формуле (7) соответственно: fik лР; _ ^ с _ 5 Af яй" [ цкиг лР; | pS ди с./г,, с I ^ цк ^ лР; _ ^ ^ т 4 т 4т т 4 т ду т т т 4

„ d2x(l) , dx

х =—-— ; х =— dr dt

А, В,С, Е-const.

Подсчитав значения постоянных А,В,С,Е, в целях упрощения решения примем Е~=0, т.к. Е - величина очень незначительная (Е=0:З Ш4).

В результате получим дифференциальное уравнение второго порядка:

х" + А(хУ+Вх = С, (9)

где х= x(t)

Воспользуемся способом замены для понижения порядка уравнения (9).

Пусть х'= р(х) => х"= рр', тогда уравнение (9) примет вид:

рр' + Ар2 + Вх = С.

Введём следующую замену:

У = р2 -> у'=2рр' -> ^+Ау + Вх = С ИЛИ

у'+ 2Лу + 2 Вх = 2С ИЛИ У г 2Ау = 2С- 2 Вх. (10)

Получено линейное уравнение первого порядка, которое решено методом Бернулли, и получено значение t (время срабатывания защитного устройства).

Время срабатывания защитного устройства складывается из двух величин -// - время срабатывания, когда действуют две пружины и t2 - время срабатывания, когда действует одна пружина.

,-j , Г2Ае" * • О')

J АС+ В-2АВх)е-л' -4ВА2С,

С помощью программы Mathcad получено приближённое решение этого уравнения.

Для начальных условий ( jc=0 и х-0), определены постоянные интегрирования Ci и С2 и при известных значениях параметров защитного устройства по зависимости (11) получена величина =0,085 с.

Аналогично определено время срабатывания устройства на втором участке. На этом участке, где действует одна пружина, начальными условиями будут х = /', x'=V,=0,12 м/с.

12 =6,005 с.

. Тогда t= t, + /2= 0,085 + 0,005 =0,09 с.

Это минимальная величина, которая может быть получена в реальных условиях эксплуатации при данном варианте изготовления защитного устройства.

Математическая модель применима при следующих условиях: давление жидкости в гидросистеме 8...32 МПа, ход поршня 10...20 мм., динамическая вязкость гидрожидкости 0,10...0,35 Нс/м2.

Расчёты показали, что время срабатывания устройства в значительной степени зависит от жёсткости пружин. Используя формулу (11) проведены исследования влияния жёсткости пружин на время срабатывания устройства при различной вязкости жидкости. Результаты представлены на рис. 4, из которого видно, что с увеличением жёсткости пружин время срабатывания защитного устройства уменьшается.__

(.с

0.40

Иу£),ЗНс мг

(1=0,26Нс /м2

1 и*0,2Нс/ И2

■1с/м!

/

I -1-

1=зс2-ьс+а

К!=0,999...0,Э93

I = 0.000566391С2 - 0.092193998С 1= 0.000807601С2 - 0.129810096С 1= 0.000459669С2 -0.074119514С I - 0.000407993С2 - 0.06369859С

♦ 3 942838021

♦ 5,429369989

♦ 3,156087057 -2,637613452

80 С,Н/мм

Рис. 4 . Теоретические зависимости влияния жесткости пружин на время срабатывания защитного устройства

В четвёртой главе обоснован выбор основного объекта исследования - гидросистема колёсных и гусеничных машин, снабжённая защитным устройством от аварийного выброса рабочей жидкости при аварийных ситуациях; описана программа и методика стендовых и полевых исследований.

Программа экспериментальных исследований состояла из трёх этапов: стендовые испытания, полевые испытания, обработка опытных данных.

В процессе экспериментальных исследований защитное устройство устанавливали на различных участках напорной гидролинии. Изменяя длину рукавов высокого давления и давление в гидросистеме, регистрировали следующие параметры: давление в гидросистеме; время срабатывания защитного устройства; объём потерь рабочей жидкости за время срабатывания устройства.

Лабораторные и полевые исследования проводили с использованием методов планирования эксперимента. Для регистрации исследуемых параметров использовалась тензометрическая станции типа УТС-1-ВТ-12, состоящей из усилителя сигналов Н-700, соединённого с ним девятишлейфового осциллографа марки 9Б0-302.

Проведены экспериментальные исследования по выявлению влияния давления в гидросистеме, вязкости жидкости, длины шлангов, температуры жидкости и др. факторов на показатели работы защитного устройства. Исследования

также показали, что время срабатывания устройства зависит от вязкости жидкости. Чем больше вязкость, тем больше время срабатывания устройства (рис. 5).

В исследовании использовались рабочие жидкости со следующими значениями кинематической вязкости: 8; 12; 16; 22; 28 и 32 мм2/с. Исследования показали, что с увеличением вязкости с 12 до 32 мм2/с время срабатывания устройства возросло, примерно, на 0,34 с. ( с 0,09 до 0,43 с.) при давлении в гидросистеме 18 МПа. Если давление увеличивать, то время срабатывания устройства будет возрастать при любой вязкости. При этом, как видно из рис. 5, с увеличением вязкости интенсивность роста времени срабатывания устройства увеличивается.

Рис. 5. Зависимость времени срабатывания защитного устройства от вязкости рабочей жидкости при различном давлении в гидросистеме

Проверка адекватности математической модели (11) результатам экспериментальных данных выполнена на основе .Р-критерия Фишера при доверительной вероятности 1-а= 0,99. Для этого определили значение /"а для экспериментальных данных и теоретическое значение - Гг. Если /гз> Гт_ - модель адекватна, если Гэ.< - неадекватна. Расчёты показали, что для нашего случая

Fэ.знaчитeльнo больше Рт. Следовательно, можно утверждать, что математическая модель (11) адекватна полученным экспериментальным данным.

В пятой главе приведены рекомендации по практическому применению результатов исследования.

Предложена методика расчёта параметров клапана защитного устройства. К основным параметрам, характеризующим работу клапана, относятся усилия, действующие на клапан, характеристика пружин (жёсткость, диаметр проволоки, длина пружины, число и шаг витков), ход и эффективная площадь клапана. Нормальная работа устройства будет обеспечена лишь в том случае, если величины, характеризующие эти параметры, будут находиться в определенном соотношении между собой.

При работе гидравлической системы, снабжённой защитным устройством, в ней возникает турбулентное движение рабочей жидкости. Такой характер потока отмечается, в первую очередь, в полости Б защитного устройства (рис. 3), т.е. в зоне расположения клапана 1.Силы, действующие на клапан устройства в зоне турбулентного движения определяются по формулам:

^ (12) 4

^ (13)

1 3 шах ^ ' 4 '

где Рг - сила давления жидкости на стержень клапана; Г3 - сила давления жидкости на клапан в полости Б; к - коэффициент, учитывающий влияние турбулентности движения жидкости.

По имеющимся литературным данным, для случаев, аналогичных рассматриваемому нами, можно принять К =0,9. Следовательно, фактическое давление на клапан защитного устройства будет, примерно, на 10 % меньше того давления, которое принимают в настоящее время авторы при расчёте параметров предлагаемых защитных устройств без учёта турбулентности движения.

Установлено, что суммарная жёсткость пружин клапана и плунжера защитного устройства при ламинарном движении жидкости должна быть не менее 56,8 Н/мм. С учётом коэффициента турбулентности она составит 63...65 Н/мм. Исходя из этой жёсткости, нами определены параметры пружин защитного устройства, которые обеспечат надёжную работу защитного устройства в условиях турбулентного движения рабочей жидкости.

Экспериментальным путём установлена зависимость между давлением жидкости в гидросистеме и необходимой жёсткостью пружин защитного устройства . Эта зависимость позволяет определить на стадии проектирования, какой должна быть жёсткость пружин, если известно давление жидкости при работе машины в реальных условиях эксплуатации.

Получены зависимости для определения объёма оболочки защитного устройства и исследовано влияние диаметра шланга и величины выбрасываемой жидкости на размеры оболочки.

В шестой главе приведён расчёт ожидаемой экономической эффективности применения предлагаемой конструкции защитного устройства.

В общем виде выражение для определения экономического эффекта можно записать так:

Э = Эрж + Эт+Э0, (14)

где Эр ж - эффект от экономии рабочей жидкости ; Эг - эффект от сокращения простоев машины; Эа-эффект от сохранения окружающей среды.

Первую составляющую экономического эффекта определим по выражению:

Эр.ж. - (0Ц,,ж~ЕЛк), (15)

где <2 - объём сохраняемой жидкости (¥= 13л.); Цр.ж, - цена рабочей жидкости; К„ - коэффициент экономической эффективности (£„= 0.1); Д, - дополнительные капитальные вложения.

Эффект от сокращения простоев машины:

Эт = Ри, (16)

где Р - прибыль от работы машины за один час (Р = 250,3 руб/ч.); ^ - сокращение потерь рабочего времени (^б = 2 ч).

Экономический эффект на машину в год: Э= 579+500,6= 1080 руб.

Ожидаемый годовой экономический эффект от применения предлагаемого защитного устройства для парка колёсных и гусеничных машин Волгоградской области (около 85 тыс. шт.) составит 92 млн. руб., срок окупаемости защитного устройства около года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Практика эксплуатации колёсных и гусеничных машин, а также проведённые ранее научные исследования показывают, что основные потери рабочей жидкости вызваны разрушением рукавов высокого давления. Уменьшить эти потери можно путём создания устройств защиты, уменьшающих аварийный выброс рабочей жидкости.

2 Разработана усовершенствованная конструкция устройства защиты гидросистемы от аварийных потерь рабочей жидкости, состоящая из двух частей: гидромеханической части с упругим элементом переменной жёсткости и прочной герметичной оболочки, расположенной на рукавах высокого давления. Гидромеханическая часть устройства снабжена в отличие от известных устройств двумя пружинами, что позволяет снизить ударные нагрузки и уменьшить износ деталей клапана.

3 Разработана математическая модель рабочего процесса гидромеханической части усовершенствованного защитного устройства, учитывающая основные параметры гидросистемы и защитного устройства (давление и вязкость рабочей жидкости, жёсткость пружин защитного устройства, скорость движения жидкости, сопротивление внутреннего трения жидкости, геометрические параметры клапана защитного устройства и др.) и позволяющая определить время срабатывания защитного устройства, скорость движения клапана и силу удара клапана о седло в момент закрытия.

4 Установлено, что в полости защитного устройства имеет место турбулентное движение рабочей жидкости (число Рейнольдса Яе = 3896). Расчёт параметров защитного устройства производён с учётом влияния фактора турбулентности. Показано, что для надёжной работы защитного устройства в условиях турбулентного движения жидкости суммарная жёсткость пружин устройства должна быть на 8... 10% больше, чем при ламинарном движении.

5 Получены математические зависимости для расчёта основных параметров предложенного усовершенствованного устройства защиты гидросистемы колёсных и гусеничных машин с учётом турбулентности движения гидрожидкости. Определены конструкторские параметры гидромеханической части защитного устройства.

6 Получены зависимости времени срабатывания клапана защитного устройства от давления в гидросистеме при различной жёсткости пружин защитного

14

устройства, позволяющие определить требуемую жёсткость пружин устройства при заданном давлении рабочей жидкости в гидросистеме, что необходимо при разработке конструкции защитных устройств с учётом эксплуатационных условий их работы.

7 Получены теоретические зависимости для расчёта объёма оболочки защитного устройства, учитывающие величину выбрасываемой из гидросистемы рабочей жидкости при разгерметизации напорной гидролинии, давление в гидросистеме, диаметр шланга и др.

8 Экспериментальными исследованиями подтверждена работоспособность и высокая эффективность предложенного защитного устройства. Время срабатывания устройства составляет, примерно, 0,08...0,09 с. Экспериментальные значения времени срабатывания защитного устройства отличаются от теоретических, полученных по математической модели, на 5...9 %, что свидетельствует об адекватности полученной математической модели.

9 Снабжение предложенным защитным устройством гидросистемы колёсных и гусеничных машин позволит практически полностью исключить потери рабочей жидкости при разрушении напорной гидролинии и обеспечить экологическую безопасность окружающей среды.

10 Экономический эффект от применения предлагаемого защитного устройства составляет около 1080 руб. в год на одну машину.

Сппсок работ, опубликованных автором по теме диссертации:

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Ушаков, Н. А. Методика расчёта устройства для защиты гидросистемы строительных и дорожных машин / В.М. Рогожкин, H.A. Ушаков // Строительные и дорожные машины. - 2008. №8. - С. 37-38.

2. Ушаков, Н. А. Защита гидросистем машин от аварийного выброса рабочей жидкости при разгерметизации напорной магистрали / В.М. Рогожкин, H.A. Ушаков//Механизация строительства. -2011.№2.-С. 18-19.

3. Ушаков, Н. А. Метод расчёта параметров защитного устройства для гидросистем строительных, дорожных и других гидрофицированных машин/ В.М. Рогожкин, H.A. Ушаков // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. - Волгоград, 2011. - №1. - С.102 -105.

4. Ушаков, Н. А. Математическая модель рабочего процесса защиты гидросистемы от аварийного выброса рабочей жидкости / В.М. Рогожкин, Е.Д. Илларионова, H.A. Ушаков // Строительные и дорожные машины,- 2011. №5. - С. 43-45.

В прочих изданиях:

5. Оптимизация стратегии эксплуатации машин / В.М. Рогожкин [и др.]; Автопрогресс-1998: материалы международной научно-технической конференции. - Варшава, 1998. - С. 177-179.

6. Ушаков, H.A. Устройство для защиты гидросистем от аварийных потерь рабочей жидкости / H.A. Ушаков, H.A. Фоменко, В.М. Рогожкин // Моло-

дёжь Поволжья - науке будущего: труды заочной молодёжной научно- технической конференции. - Ульяновск, 2003 . - С. 51 - 52.

7. Ушаков, H.A. Защита гидросистем машин в целях обеспечения экологической безопасности окружающей среды / Н.А.Ушаков, H.A. Фоменко // Ин-терстроймех-2003: материалы международной научно-технической конференции. - Волгоград- Волжский, 2003. - С. 241-243.

8. Ушаков, Н. А. Устройство для защиты гидросистем строительных и дорожных машин от аварийного выброса рабочей жидкости / В.М. Рогожкин, H.A. Ушаков // Интерстроймех-2008:материапы международной научно- технической конференции. - Владимир, 2008. - С. 167-169

9. Ушаков, Н. А. Математическая модель рабочего процесса устройства для защиты гидросистем строительных и дорожных машин от аварийного выброса рабочей жидкости / В.М. Рогожкин, Е.Д. Илларионова, H.A. Ушаков // Наука и образование: проблемы, решения и инновации : сб. ст. науч.-практ. конференции. - ВИСТех филиал ВолгГАСУ.— Волгоград, 2010. — С. 207 - 214.

10. Ушаков, Н. А. Устройство для защиты гидросистем машин с элементом переменной жёсткости / H.A. Ушаков, В.М. Рогожкин, // Интерстроймех-2012:материапы международной научно- технической конференции. - Ижевск, 2012.-С. 153-157.

11. Устройство защиты гидросистемы / H.A. Ушаков, В.М. Рогожкин. -№125279 ; опубл.27.02.2013 // Патент РФ на полезную модель.

Подписано в печать 20.05.2013. Форма! 60 х S4 1/16. Бумага писчая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экч. Закш Л'й 25

Отпечатано: в РИО ВИСТех (филиал) LSo.ii ГЛСУ по адресу: 404111, Волгоградская обл., г. Волжским, нр. Ленина, 72