автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Совершенствование технологии сборки концевой арматуры при ремонте рукавов высокого давления гидросистем

005061044

На правах рукописи

БОРОДИН ИГОРЬ ИГОРЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СБОРКИ КОНЦЕВОЙ АРМАТУРЫ ПРИ РЕМОНТЕ РУКАВОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ГИДРОСИСТЕМ

Специальность 05.20.03—технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

С .013

Москва - 2013

005061044

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Приморская государственная сельскохозяйственная академия" (ФГБОУ ВПО "Приморская ГСХА")

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат технических наук, доцент Иншаков Сергей Владимирович

Пучин Евгений Александрович

доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией Государственного научного учреждения "Всероссийский научно-исследовательский институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка" Российской академии сельскохозяйственных наук

Веселовский Николай Иванович

кандидат технических наук, профессор кафедры «Надежности и ремонта машин имени И. С. Левитского», Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения «Российский государственный аграрный заочный университет»

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса»

Защита состоится 4 июля 2013 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 006.034.01 при Государственном научном учреждении "Всероссийский научно-исследовательский институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка" Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 109428, г. Москва, 1-й Институтский пр., д. 1, малый-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного научного учреждения "Всероссийский научно-исследовательский институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка" Российской академии сельскохозяйственных наук.

Автореферат разослан мая 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Соловьев Р. Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Одним из направлений совершенствования сельскохозяйственной техники является её оснащение более надежным гидравлическим оборудованием. Опыт эксплуатации техники свидетельствует о том, что эффективность применения и возможность более широкого использования гидравлического оборудования в ней, особенно в тракторах, значительно снижены из-за недостаточной надёжности рукавов высокого давления (РВД). Выход из строя гидросистем по причине отказов РВД составляет 45% случаев от общего числа отказов гидроагрегатов, при этом на одну машину приходится не менее одного разрыва РВД в год со средней потерей рабочей жидкости до 20 литров.

В большинстве случаев выход РВД из строя происходит в результате его разгерметизации в подвтулочном пространстве арматуры или в близости к соединению. Для устранения отказов рукава подлежат ремонту, связанному с заменой концевой арматуры. Однако, наработка отремонтированных рукавов, несмотря на многообразие существующих технологий сборки, остаётся в 2...3 раза меньше наработки новых РВД и в 3...4 раза меньше ресурса остальных агрегатов гидравлических систем.

В связи с этим, исследования по совершенствованию технологии сборки концевой арматуры рукавов высокого давления гидросистем являются важной и актуальной задачей для современного ремонтного производства.

Работа выполнена в рамках Государственной программы «Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 года», а также в соответствии с программами научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ ФГБОУ ВПО «Приморская ГСХА» по теме «Технологические методы повышения надежности элементов гидравлических систем мобильных энергетических средств», № г.р. 01200959777 в период 2010-2012 гг.

Цель работы. Повышение качества ремонта РВД на основе совершенствования параметров деформации элементов неразборной концевой арматуры.

Объект исследования. Технологический процесс опрессовки присоединительной концевой арматуры РВД.

Предмет исследования. Закономерности влияния технологических параметров опрессовки элементов концевой арматуры и рукава на прочность и герметичность их соединения.

Научная новизна заключается в получении математической модели напряженно-деформированного состояния элементов концевой арматуры РВД, разработке способа определения модуля упругости резинового слоя внутренней камеры рукава в зависимости от степени его сжатия, оптимизации конструктивных параметров обжимного устройства с рабочими элементами в виде перекрещивающихся деформаторов, позволяющего реализовать заданные технологические режимы сборки концевой арматуры РВД для повышения прочности и герметичности соединения. Разработаны новые устройства для обжатия муфт при сборке рукавов высокого давления, конструктивные решения которых защищены патентами РФ №№ 90525, 2397398, 2402714. Г\

Практическая значимость состоит в разработке по результатам исследований технологической документации, оборудования и оснастки для выполнения ремонтных работ.

Пути реализации работы. Результаты исследований могут быть использованы на ремонтно-технических предприятиях, сельскохозяйственных, промышленных и дорожно-строительных предприятиях, эксплуатирующих технику с гидравлическими системами, а также на заводах-изготовителях РВД.

Внедрение результатов исследований. Технологическая оснастка для сборки концевой арматуры РВД принята к опытной эксплуатации на ОАО «Ус-сурремтехснаб», ООО «Научно-техническое предприятие «Надежность» и ООО «Научно-техническое предприятие «Аврора» (г. Уссурийск). Опытные образцы РВД приняты к эксплуатации в Крестьянском (фермерском) хозяйстве Толочка В. В. Уссурийского городского округа и в колхозе «Духовской» Спасского района Приморского края. Разработанные стенды по сборке и испытанию РВД внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Приморская ГСХА» и используются на кафедре «Эксплуатация и ремонт машин» при проведении лабораторных работ по дисциплине «Ремонт машин».

Апробация. Основные положения работы докладывались и обсуждались: на международных научно-практических конференциях «Вавиловские чтения-2009» (г. Саратов, 2009), «Интеграция науки, образования и производства в области агроинженерии» (г. Москва, 2010), «Научно - техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (г. Москва, 2010), «Интеллектуальный потенциал вузов на развитие Дальневосточного региона России и стран АТР» (г. Владивосток, 2010), «Достижения науки - агропромышленному производству» (г. Челябинск, 2010), всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем» (г. Саранск, 2009), межвузовских научно-практических конференциях «Молодые ученые - агропромышленному комплексу Дальнего Востока» (г. Уссурийск, 2009, 2010, 2011), студенческих научных конференциях (г. Уссурийск, 2008, 2009, 2010), заседаниях кафедры «Эксплуатация и ремонт машин» и научно-технического совета ФГБОУ ВПО «Приморская ГСХА» (г. Уссурийск, 2011, 2012).

Работа становилась дипломантом открытого конкурса Минобрнауки РФ на лучшую научную работу студентов вузов по естественным, техническим и гуманитарным наукам по разделу «Процессы и аппараты агроинженерных систем» (г. Краснодар, 2009), Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Минсельхоза РФ по разделу «Агроинженерия» (г. Саратов, 2010).

Разработанные устройства удостоены диплома на всероссийской выставке научно - технического творчества молодежи «НТТМ-2010» (г. Москва, 2010), демонстрировались на выставках "Инновационные технологии и средства в агроинженерии" (г. Уссурийск, 2010, 2011) на выставке-конкурсе «Исследователь будущего-2011» (Владивосток, ДВФУ, 2011).

Методы исследования. Анализ и обобщение существующего опыта, аналитическое моделирование и лабораторные методы на основе планирования

факторного эксперимента с обработкой результатов на основе прикладной статистики с использованием программы MS Excel на ПК.

На защиту выносятся результаты теоретических исследований напряженно-деформированного состояния элементов концевой арматуры и технологических параметров опрессовки РВД, экспериментальных исследований влияния технологических параметров на качество опрессовки РВД и математическая модель оптимизации условий армирования рукавов, анализ экономической эффективности внедрения предлагаемой технологии армирования РВД.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 17 печатных работ, получены 1 патент РФ на полезную модель и 2 патента на изобретение. Объем публикаций составляет 10,2 п.л., на долю автора приходится 7,05 п. л.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 154 страницах машинописного текста, основной текст сопровождается 16 таблицами, 71 рисунком и 106 формулами. Список литературы содержит 150 наименований, из них 23 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, цель исследования, научная новизна, практическая ценность и основные положения работы, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследовании» охарактеризованы основные виды дефектов РВД и причины их появления, дан анализ существующих способов и устройств для сборки РВД, проведен обзор исследований влияния способов сборки концевой арматуры на ресурс РВД.

Исследованиям в области надежности и технологических особенностей сборки РВД посвящены работы Владимирова Б. А., Волкова И. Ф., Глушич В. Е„ Клебанова А. Б., Латыпова Ш. LLL, Лепетова В. А., Павлова А. И., Пучина Е. А.', Синева Ю. В., Стрельцова В. В., Сухарева А. Т., Тихомирова О. А., Хосидо-во'й С. С., Шляхмана А. А. Юрцева Л. Н. и других авторов.

Наибольшее давление в гидросистемах сельскохозяйственной техники в настоящее время составляет 16,5 МПа. Не армированные РВД с металлическими оплетками, выпускаемые по ГОСТ 6286-73, могут выдерживать давление до 30,0 МПа. Армированные РВД гидросистем тракторов, в которых используются такие рукава, обеспечивают в настоящее время наработку 1500...2000 мото-часов.

Деформации, возникающие при монтаже концевой арматуры резко снижают работоспособность и приводят к отказу рукавов. Армирование зачастую происходит с нарушением целостности силового каркаса. Разгерметизация рукавов в зоне от 0 до 60 мм от наконечника составляет 45% от общего количества отказов, разгерметизация под наконечником происходит в 22% наблюдаемых рукавов. Остальные отказы РВД вызваны нарушением целостности рукава.

В ходе обзора технологий сборки РВД установлено, что опрессовка концевой арматуры существующими устройствами вызывает завышенную степенью сжатия внутренней камеры резинового слоя рукава и приводит к его повреждению и как следствие к преждевременной разгерметизации РВД.

По результатам проведенного анализа и в соответствии с поставленной целью определены следующие задачи исследований:

1. Исследовать современное состояние вопроса сборки концевой арматуры и установить технологические причины отказов РВД.

2. Разработать устройство для армирования РВД с качественно новой формой опрессовки муфты и дать математическое обоснование функциональных параметров его рабочих элементов.

3. Аналитически определить и экспериментально подтвердить влияние технологических параметров армирования, свойств материалов и особенностей конструкции РВД на прочность и герметичность соединения.

4. Провести экспериментальные исследования, получить математические модели и оптимизировать технологические параметры опрессовки концевой арматуры РВД.

5. Провести производственную проверку результатов исследований и определить технико-экономическую эффективность их внедрения.

Во второй главе «Теоретическое обоснование процессов деформирования концевой арматуры рукавов высокого давления» составлена аналитическая модель напряженно-деформированного состояния элементов концевой арматуры РВД, разработаны теоретические основы технологических процессов с использованием разработанной оснастки.

На основании того, что после опрессовки существующими устройствами на внутренней поверхности муфты остаются следы продавленные оплеткой усиления, с учётом допускаемого контактного напряжения материала муфты (контакт между цилиндрической поверхностью проволоки оплетки усиления и поверхностью муфты), общая сила опрессовки муфты определится

шах

где а „ах - допускаемое контактное напряжение материала втулки, Н/мм2; - коэффициент кривизны поверхностей; АР - площадь поверхности деформатора, мм2; п„ - количество де-форматоров; Е,„ - модуль упругости втулки, Н/мм2.

Достаточная же прочность соединения концевой арматуры с рукавом будет обеспечиваться, когда срывное усилие, вызываемое разрушающим давлением камеры рукава, будет уравновешено удерживающей силой создаваемой силами трения между поверхностями элементов концевой арматуры. Обжимная сила муфты в этом случае определится из выражения:

" + /J К )

где do - внутренний диаметр рукава, мм; Рр<пр - разрушающее давление рукава, МПа; fpaftx — коэффициенты трения резины по стали и стали по стали.

Значение обжимной силы Nm, применяемой при сборке РВД по существующим технологиям (пример расчета рукава с внутренним диаметром 12 мм), в 4 раза превышает силу N'm , обеспечивающую прочность соединения.

Прочность соединения концевой арматуры с рукавом в соответствии со схемой (рисунок 1) обеспечивается удерживающей силой:

Fyi=z{No6wfpc+Fon-fcc)l (3)

где z - число поясов обжатия; No6ll, - общая сила сжатия резинового слоя рукава, Н; F0„ - сила деформации оплетки с учетом материала рукава, Н.

Рисунок 1 - Схема к расчету удерживающего усилия концевой арматуры РВД Сила сжатия резинового слоя, в соответствии с законом Гука определяется:

где £ - относительная продольная деформация стенки рукава; Ер - модуль упругое™ резины, МПа; А - площадь поперечного сечения камеры рукава, мм .

Сила обжатия оплетки с учетом деформации материала внутренней камеры рукава определится из выражения:

■N^+F^ + R,

(5)

Vo64 "Г 'общ Т Я»6ч '

где Fo6u, - общая сила сжатия оплетки усиления, Н; Яобщ - равнодействующая сил трения, возникающая в проволочном каркасе при сжатии, Н.

Общая сила обжатия оплетки с учетом упругих свойств резины равна

Робщ = РЬ1-х.е.к, (6)

где Fu, - центральная сила, действующая в радиальном направлении на одну проволоку с учетом напряжений в материале резины; х - количество слоев оплетки усиления; е - количество потоков в одном слое оплетки усиления; к- количество проволок в потоке.

Суммарная центральная сила трения в оплетке усиления определяется:

(l + cos у) ■ пд,

(7)

где РтрЛК - сила трения контактных поверхностей проволок; у - угол направления касательных сил трения.

F^ = zEpe

AnJpc +

d„pb.

1 + cos larctg -

хек + /сетпл

1 Í 180°1

1 + COS 180°--

1 "о )

\ \

+ Апд /„

/

где <).„„ - диаметр проволоки усиления, мм; Ъ„ - длина проволоки на участке пояса обжима, мм; т - число контактов проволок при воздействии одного рабочего элемента.

Согласно полученному выражению на удерживающую силу опрессован-ной концевой арматуры оказывают непосредственное влияние степень сжатия материала внутренней камеры рукава и его физико-механические свойства.

Для качественного обжатия муфты разработано обжимное устройство (пат. К и № 2397398), обеспечивающее опрессовку концевой арматуры с качественно новой формой поясов деформации муфты (рисунок 2).

1 — корпус;

2 - ось деформатора;

3 - деформатор;

4 - штифт;

5 - зажимной диск;

6 - поворотный рычаг

Рисунок 2 - Устройство для обжатия муфт на концах РВД

Обеспечение функциональной надежности разработанного обжимного устройства зависит от точного обоснования геометрических и технологических параметров рабочих элементов.

Основным условием обеспечения герметичности соединения при опрес-совке муфты перекрещивающимися деформаторами является наличие зон перекрытия следов обжатия (рисунок 3).

Рисунок 3 - Модель обжатой муфты и схема технологических параметров опрессовки Степень перекрытия следов обжатия определяется из выражения:

в =

2И„Т ■ вш

360 "2л,

100%,

(8)

где 1С - длина следа промятия, мм; Ивт - наружный радиус муфты, мм.

Длину следа обжатия /с и угол поворота деформатора а из условия обеспечения заданных величин зон перекрытия для муфты произвольного радиуса в соответствии с рисунками 3 и 4 определяем соответственно

кьта-Ь

В-ят

ь+и„

■БШ

а = агсзт—- ^ ) (10)

где к - расстояние между осью вращения деформатора и центром муфты, мм; а - угол поворота деформатора; Ь - расстояние от контактной плоскости до центральной оси деформатора, мм.

Рисунок 4 - Схема к определению длины следа обжатия

Величина зазора между следами обжатия согласно схеме (рисунок 3) равна:

3 = это» • 1С- с , (11)

где с - толщина обжимного элемента, мм; ю - угол деформирования.

Полученные зависимости позволяют выполнить конструкцию обжимного устройства, максимально используя его потенциал.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» приведены программа, описание экспериментальных установок и оборудования, планирование экспериментальных научных исследований.

Для исследования модуля упругости материала внутренней камеры РВД изготовлено лабораторная установка, использующая принцип ручного пресса (рисунок 5). Образцы внутренней камеры РВД наиболее распространенных производителей были подготовлены в соответствии со схемой (рисунок 6).

Рисунок 5 - Лабораторная установка для определения модуля упругости резины: 1- индикаторный динамометр;

2 - опорная платформа;

3 - трапецеидальный домкрат;

4 - станина

Рисунок 6 - Исследуемый образец камеры рукава

Модуль упругости материала образцов рассчитывался по формуле:

где И - начальная высота образца, мм; F - приложенная сила, Н: АИ - линейная деформация образца, мм; (¡ц-наружный диаметр образца, мм; с1в - внутренний диаметр образца, мм.

Для разработки и исследования технологии ремонта, оптимизации конструктивно-технологических параметров обжимного устройства, на его основе спроектирован и изготовлен экспериментальный стенд для армирования РВД (рисунок 7). Для проведения испытаний армированных РВД статическим гидравлическим давлением в соответствии с ГОСТ 6286-73 разработан и изготовлен стенд (рисунок 8).

1 - гидроцилиндр;

2 - силовой рычаг;

3 - тяга;

4 - коромысло поворотное;

5 - корпус рабочего органа;

6 - гидрораспределитель;

7 - рама;

8 - опорный стол;

9 - кнопочная станция;

10 - гидронасос.

Рисунок 7 - Общий вид экспериментального стенда для армирования РВД (по пат. КиХч 2397398)

1 - манометр;

2 - насос высокого давления Matrix;

3 - рама;

4 - испытуемый РВД; _ 5 - золотниковый распределительный кран

5 4 3

Рисунок 8 - Стенд для испытания РВД статическим давлением

Образцы обжатых муфт (рисунок 9) в дальнейшем использовались для экспериментального определения степени сжатия внутреннего резинового слоя рукава.

ю

Рисунок 9 - Разрез обжатой концевой арматуры и образцы муфг

Теоретическую степень сжатия внутреннего резинового слоя рукава в пространстве между муфтой и ниппелем, определяем из выражения

R -с пл ■z

2л arceos

R-h

180

-sin 2 arceos

R-h

ет=---т-5-=-г-^--100%, (13)

со$со-я-1-\р„ -Од ■х-е-к)

где Я - внутренний радиус необжатой муфты, мм; И - глубина деформации, мм; / - межцентровое расстояние, мм; П„, Д, - соответственно наружный и внутренний диаметры камеры рукава, мм.

Истинную степень сжатия резины при проведении эксперимента определяем как отношение изменения объема пространства между муфтой и ниппелем после обжатия (определенного опытным путем) к начальному объему на участке соответствующего межцентрового расстояния поясов деформации

DÍ

-Р;-<1;1Р-х-е-к + Р^п-4Ув

Di-Di

' dnp ' х' в' к

100%

(И)

где Оцип - наружный диаметр ниппеля, мм; Ув - экспериментальный объем подвтулочного пространства после обжатия на участке соответствующего межцентрового расстояния поясов деформации, мм3.

На основании теоретических исследований, априорного ранжирования, а также серии отсеивающих экспериментов, установлены три основные варьирующие фактора, оказывающие наибольшее влияние на критерий оптимизации (давление разгерметизации): глубина деформации - к, угол деформирования -со, межцентровое расстояние- /. При получении опытных данных проверку на исключение резко выделяющихся значений, а также проверку значимости коэффициентов регрессии проводили по критерию Стьюдента. Адекватность уравнений проверяли по критерию Фишера.

Стендовые испытания опытной партии рукавов, опрессованных в соответствии с оптимальными технологическими параметрами, производились статическим гидравлическим давлением по критерию разрушающей нагрузки на стендах ВС 1200 и ВС 1200Е8 в соответствии с ГОСТ 6286-73. Эксплуатационные испытания образцов РВД, установленных на сельскохозяйственной технике, проводились на базе сельскохозяйственных предприятий Приморского края.

В четвертой главе «Анализ результатов экспериментальных исследований» приведена графо-аналитическая обработка результатов экспериментов.

Результаты исследований изучения физико-механических свойств материала внутренней камеры РВД представлены на рисунках 10, 11.

|У = 7Е-11х3 - ЗЕ-07х2 + 0,0005х + 0.0437J R^=_0,9889 _____,!

3000

Среднее усилие Рпр. Н

Рисунок 10 - Зависимость степени сжатия материала от приложенной приведенной нагрузки

«а 70

S

И 60

W"

¡2 50

|У = 407,7х2 - 43,262х + 10,776, ___R2 = 0,9896 __f

Jy~= 26Ц51"х2 - 32,777х + 78,578

R2 = 0,9931 '-------Т--Г 1

у = 248,24х2 - 36,378х + 10,953 R2 = 0,988

Производители РВД

♦ RYCO Avenger Т210А (Австралия) ■ SZRT Саранскрезинотехника (Россия) A KUREFLEX (Италия)

0,4 0,45 0,5 Степень сжатия £

Рисунок 11 - Зависимость модуля упругости материала от степени сжатия

Установлено, что упругие свойства материала внутренней камеры РВД сохраняются до степени сжатия 47 - 53%, при этом модуль упругости составляет соответственно 51,8-61,5 МПа. При степени сжатия более 70% происходит пластическая деформация исследуемых образцов.

Результаты определения степени сжатия резинового слоя рукава в под-втулочном пространстве опрессованной муфты при теоретических и экспериментальных исследованиях отражены на рисунках 12,13, 14.

^75 "70

я« Й65 §60 ьО

®55

аг

§50 45 40 35 30 25 20

1 ■--Тес ———Эк )рети Л1ер> ческа мент я зависимс зльная заву сть симо сть

А

✓1 г

У *

¥

**

1'

~1у= 14,474х2 -0,6585х + 12,4791 'Ч . 1 —1 , -! 1 '

65 60 55 50 45 40 35

- - Эк Те спе эре римент гическа аль Я 32 пая 1ВИС зависи ИМОСТ4 мое ть ■

II /

/

✓ ✓ /

и ✓

* *

|у = 0,0237х2- 1,321х +56,744 т-п 1 Г 1 ! 1 1

1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 Глубина деформации Ь, мм

Рисунок 12 - Зависимости степени сжатия от глубины деформации втулки при нулевых значениях угла деформирования и межцентрового расстояния

33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 Угол деформирования со, град

Рисунок 13 - Зависимости степени сжатия от угла деформирования втулки при нулевых значениях глубины деформации и межцентрового расстояния

Из графиков видно, что с изменением технологических параметров сборки концевой арматуры РВД, вызывающих уменьшение объема под-втулочного пространства увеличивается степень сжатия слоя резины внутренней камеры рукава.

Так как упругие свойства материала внутренней камеры рукава сохраняются в среднем до степени сжатия 50%, согласно полученным результатам установлено, что этой степени сжатия соответствуют глубина деформации 1,65 мм, угол деформирования 50°, межцентровое расстояние 18 мм.

Согласование полученных теоретических и экспериментальных зависимостей давления разгерметизации РВД от технологических параметров сборки показано на рисунках 15, 16, 17. Теоретические кривые были получены с учетом удерживающей нагрузки (формула 3). Степень сжатия внутреннего резинового слоя РВД определялась по формуле 13.

Модуль упругости материала рукава определялся по уравнению аппроксимации представленном на графике (рисунок 11).

3?75 10

§70 ¡65

в 60

и

155 и

50 45 40 35 30 25

- Эк Тес спе зре1 оим гичс енталь :ская зе ная 1ВИС зав им иси ЭСТЬ мое ТЬ

< 1 !

ч N

ч"

«Ч

» 1

1

"1 У = 0,1254х2 - 7,4945х+ 145,39

——ц МММ

14 15 16 17 1В 19 20 21 22 23 24 25 26 Межцентровое расстояние 1, мм

Рисунок 14 - Зависимости степени сжатия

от межцентрового расстояния при нулевых значениях глубины деформации и угла деформирования

Рисунок 15 - Зависимости давления раз- Рисунок 16 - Зависимости давления раз-

герметизации от глубины деформации герметизации от угла деформирования

¿110 S 100

I 90

1 80 I 70

I 60

I 50

Ol

« 40 1 30

I 20 4 10

0

О 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 Глубина деформации h, мм

• Теоретическая зависимость ■ Экспериментальная..

40 50 60

Угол деформирования со, град

-0,0045х3 + 0,0276х2 + 1,0394х _R; = 0,9938_

Теоретические и экспериментальные кривые согласуются в зоне доверительных границ при глубине деформации от 0,2 до 1,6 мм, угле деформирования от 30 до 46° , межцентровом расстоянии от 27 до 17 мм. Условие прочности по разрушающему давлению в соответствии с ГОСТ для данного типа РВД выполняется при глубине деформации от 1,3 до 2,0 мм, угле деформирования от 33 до 57°, межцентровом расстоянии поясов обжатия от 23 до 15 мм.

При проведении многофакторного эксперимента по результатам вариационно-статистической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии, которое в раскодированном виде имеет вид

Р = — 119,4 + 92,7h +3,04а> + 3,31 - 20,8h2 - 0,023со2 - 0,088l2 - 0,39hco - 0,005col

Адекватность полученного уравнения проверялась по критерию Фишера.

Оптимальные значения варьирующих факторов: глубина деформации h = 1,8 мм; угол деформирования со = 50°; межцентровое расстояние 1=18 мм. Значение критерия оптимизации факторов Р = 65,8 МПа, что соответствует требованиям ГОСТ 6286 -73 для исследуемого типоразмера рукавов.

Для анализа парного влияния факторов на критерий оптимизации, построены поверхности откликов при варьировании: угла деформирования и межцентрового расстояния; глубины деформации и межцентрового расстояния; глубины деформации и угла деформирования (рисунок 18, 19, 20).

¿00 2

■=90

у = 0,0216х3- 1,369х2 + 26,01х- 80,286 R2 = 0,9983

19 24

Межцентровое расстояние /, мм

Рисунок 17 - Зависимости давления разгерметизации от межцентрового расстояния поясов обжатия

Уравнения регрессии при нулевых уровнях: глубины деформации Р = - 27,1 + 2,5со + 3,31 - 0,023со2 - 0.08812 - 0,005ю1; угла деформирования Р = - 29,8 + 75,1И + 3,121 - 20.78Н2 - 0,08812;

межцентрового расстояния Р = - 87,8 + 92,7И + 2,94ш - 20,78к2 - 0,023ш2 - 0,39кш;

ж64-65 ______„ я65-66

■ 64-65

а 63-64 . 62-63

i 63-64

'53-54 .51-52

"52-53 1>9 1,7 >.5 >5051

■51-52 ■ 49-50

Рисунок 18 - Поверхность отклика Р =/(ш, Г) Рисунок 19 - Поверхность отклика Р =j[h, Г)

при нулевом уровне h = 1,5 мм при нулевом уровне со = 45

Стендовые испытания показали, что давление разгерметизации опытных РВД соответствуют требованиям ГОСТ 6286 - 73 и находится в пределах 68 - 79 МПа. В результате эксплуатационных испытаний опытные РВД установленные на сельскохозяйственной технике прошли безотказную наработку от 1200 до 2600 мото-часов, находятся в исправном состоянии и продолжают эксплуатироваться.

В пятой главе «Внедрение и экономическая оценка эффективности технологических процессов сборки рукавов высокого давления» приведены характеристика технического оснащения сельскохозяйственной отрасли, анализ рынка РВД, расчет экономической эффективности внедрения предлагаемого способа армирования РВД.

При внедрении разработанной технологии и обжимного устройства в ОАО «Уссурремтехснаб» и выполнении программы ремонта РВД, достаточной для покрытия потребностей сельскохозяйственных предприятий Уссурийского городского округа, дополнительный чистый доход составляет 205,5 тыс. руб., срок окупаемости дополнительных вложений составляет 0,16 года.

13 " 1.7 U

• 65-66

• 64-65 63-64

" 62-63 ■ 61-62 "60-61 « 59-60 « 58-59 » 57-58

• 56-57

■ 55-56

■ 54-55

■ 53-54

■ 52-53 «51-52

■ 50-51

■ 49-50

Рисунок 20 - Поверхность отклика Р = ДА, со) при нулевом уровне / = 20 мм

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что в преобладающем большинстве случаев отказ РВД происходит по причине разгерметизации внутренней камеры в зоне заделки концевой арматуры, теоретически подтверждено, что это является следствием завышенной степени сжатия материала внутренней камеры рукава в подвтулочном пространстве при сборке по существующим технологиям.

2. Для совершенствования технологии сборки РВД разработаны новые устройства (пат. /?£/№№ 90525, 2397398, 2402714), которые позволяют осуществлять качественное обжатие концевой арматуры в широком диапазоне типоразмеров используемых муфт без перенастройки рабочих органов, имеют высокую функциональность за счет обеспечения возможности обработки рукавов с длинными или изогнутыми ниппелями, а также сращивания двух отрезков рукава, обладают высокой надежностью за счет простоты конструкции и низкими энергетическими потерями в узлах и сопряжениях исполнительных органов.

3. Представлено математическое обоснование конструктивных параметров рабочих элементов обжимного устройства для максимального использования потенциала его функциональных возможностей.

4. Дано математическое обоснование и получено экспериментальное подтверждение модели напряженно-деформированного состояния элементов концевой арматуры РВД, позволяющее определить условия прочности соединения. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена методика определения степени сжатия материала рукава в подвтулочном пространстве.

5. Получены экспериментальные зависимости модуля упругости материала внутренней камеры РВД от степени сжатия. Упругие свойства материалов внутренних камер рукавов различных производителей сохраняются до степени сжатия 47 - 53 %, при этом модуль упругости материала равен соответственно 51,8 - 61,5 МПа. Экспериментально установлено, что пластическая деформация материалов внутренних камер РВД начинает проявляться при степени сжатия более чем 70%.

6. В результате теоретических и экспериментальных исследований выделены основные факторы, влияющие на качество сборки концевой арматуры РВД по предлагаемой технологии, по результатам многофакторного эксперимента установлены их оптимальные параметры: глубина деформации h - 1,8 мм; угол деформирования ш = 50°; межцентровое расстояние / = 18 мм.

7. В результате проведения стендовых испытаний РВД статическим гидравлическим давлением, собранных по разработанной технологии, установлено, что рукава соответствуют требованиям ГОСТ 6286 - 73 и могут быть рекомендованы для производственной эксплуатации.

8. В результате эксплуатационных испытаний опытные образцы РВД, установленные на тракторах выполняющих сельскохозяйственные работы на предприятиях региона, прошли безотказную наработку до 2600 мото-часов и продолжают эксплуатироваться.

9. При внедрении разработанной технологии и обжимного устройства в ОАО «Уссурремтехснаб» и выполнении программы ремонта РВД, достаточной для покрытия потребностей сельскохозяйственных предприятий Уссурийского городского округа, дополнительный чистый доход составляет 205,5 тыс. руб., срок окупаемости дополнительных вложений составляет 0,16 года.

Основное содержание исследований отражено в 17 публикациях, в том числе:

В изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ:

1. Бородин И. И. Обжатие муфт на рукавах высокого давления [Текст] / И. И. Бородин, С. В. Иншаков // Сельский механизатор. - 2013. - № 1. - С. 33.

2. Бородин И. И. Стенд для сборки рукавов высокого давления [Текст] / И. И. Бородин, С. В. Иншаков // Сельский механизатор. - 2013. - № 2. - С. 41.

3. Бородин И. И. Параметры обжимного устройства для сборки рукавов высокого давления [Текст] / И. И. Бородин, С. В.Иншаков// Техника в сельском хозяйстве.-2013.-№1.-С. 29.

В сборниках научных трудов и материалов конференций:

4. Иншаков С. В. Энергосиловой анализ существующих устройств для обжатия муфт рукавов гидроаппаратуры [Текст] / С. В. Иншаков, И. И. Бородин, И. А. Бородин // Совершенствование механизированных процессов производства и переработки сельскохозяйственной продукции в условиях Приморского края: сб. научных трудов / Уссурийск: Прим. гос. с.-х. акад.- 2009. - С. 148 -154.

5. Бородин И. И. Анализ существующих способов и конструкций устройств для обжатия муфт на концах рукавов гидроаппаратуры [Текст] / И. И. Бородин, С. В. Иншаков, И. А. Бородин // Молодые ученые — агропромышленному комплексу Дальнего Востока: материалы межвуз. науч.-практ. конф. (30 - 31 октября 2008 г.). Вып. 9 / Уссурийск: Прим. гос. с.-х. акад. - 2009. — С. 143 -152.

6. Иншаков С. В. Анализ условий крепления неразборной концевой арматуры рукавов высокого давления [Текст] / С. В. Иншаков, И. И. Бородин, И. А. Бородин // Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем: материалы Всерос. науч.-техн. конф. (19 - 23 октября 2009 г) / редкол.: П. В. Сенин и др. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та. - 2009. - С. 242 - 246.

7. Иншаков С. В. Условия обеспечения герметичности при сборке рукавов высокого давления [Текст] / С. В. Иншаков, И. И. Бородин, И. А. Бородин // Вавиловские чтения - 2009: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (25 - 26 ноября 2009 г) Т. 2. Саратов: Изд. «КУБиК». - 2009. - С. 253-256.

8. Иншаков С. В. Математическая модель деформированного состояния неразборной концевой арматуры рукавов высокого давления [Текст] / С. В. Иншаков, И. И. Бородин // Достижения науки - агропромышленному производству: сб материалов XL1X Международной науч.-технич. конф. (27 - 29 января 2010 г) Ч. 3. Челябинск: ЧГАА. - 2010. - С. 88 - 93.

9. Бородин И. И. Perfecting assembly conditions of high pressure sleeves for the automotive mashinery (Совершенствование условий сборки рукавов высокого давления для автотракторной техники) [Текст] / И. И. Бородин, С. В. Иншаков // Интеллектуальный потенциал вузов - на развитие дальневосточного региона России и стран АТР: материалы XII Международной науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых исследователей (12 - 22 апреля 2010 г): в 4 кн. Кн. 2. - Владивосток: ВГУЭС. -2010. — С.28 - 30.

10. Бородин И. И. Аналитическая модель напряженно-деформированного состояния элементов концевой арматуры рукавов высокого давления [Текст] / И. И. Бородин, С. В. Иншаков // Молодые ученые - агропромышленному комплексу Дальнего Востока: материалы межвуз. науч.-практ. конф. (30 — 31 октября 2009 г.). Вып. 10. Уссурийск: Прим. гос. с.-х. акад. -, 2010. - С. 10 -18.

11. Бородин И. И. Новые устройства для сборки рукавов высокого давления гидроаппаратуры [Текст] / И. И. Бородин, С. В. Иншаков // Научно-техническое творчество молодежи- путь к о обществу, основанному на знаниях: сб. научн. докладов. - М., 2010. - С. 290-291.

12. Бородин И. И. Состояние рынка в области производства, потребления и ремонта рукавов высокого давления гидроаппаратуры / И. И. Бородин, С. В. Иншаков [Текст] // Молодые ученые - агропромышленному комплексу Дальнего Востока: материалы Межвуз. на-уч.-практ. конф. Вып. 11. Уссурийск: Прим. гос. с.-х. акад. -

2010.-С.З-6.

13. Бородин И. И. Совершенствование технологических средств для сборки рукавов высокого давления гидроаппаратуры [Текст] / И. И. Бородин, С. В. Иншаков // Инновации молодых - развитию сельского хозяйства: материалы 46 студ. научн. конф. (февраль - март 2010 г.). Вып. 4. - Уссурийск: Прим. гос. с. - х. акад. -

2011.-С. 3-8.

14. Бородин И. И. Методика и результаты определения модуля упругости материала внутренней камеры шлангов высокого давления [Текст] / И. И. Бородин // Инновации молодых - развитию сельского хозяйства: материалы 46 студ. научн. конф. (февраль - март 2010 г.). Вып. 4. - Уссурийск: Прим. гос. с.-х. акад. - 2011. - С.8-14.

15. Бородин И. И. Эксплуатация и ремонт устройств с гидравлическим приводом на предприятиях перерабатывающей отрасли [Текст] / И. И. Бородин // Инновации молодых - развитию сельского хозяйства: материалы 47 студ. научн. конф. (февраль - март 2011 г.). Вып. 5. Уссурийск: Прим. гос. с.-х. акад. - 2012. - С. 3-5.

16. Бородин И. И. Обоснование геометрии рабочих органов устройства для обжатия муфт на рукавах высокого давления гидроаппаратуры [Текст] / И. И. Бородин, С. В. Иншаков // Молодые ученые - агропромышленному комплексу Дальнего Востока: материалы Межвуз. на-уч.-практ. конф. (27 - 28 октября 2011 г.) и 48 студ. научн. конф (февраль - март 2012 г.). Вып. 12. - Уссурийск: Прим. гос. с. - х. акад. - 2012. -С. 3-8.

В отчете о научно-исследовательской работе

17. Технологические методы повышения надежности элементов гидравлических систем мобильных энергетических средств. - Отчет о научно-исследовательской работе № гр 01200959777 [Текст] / С. В. Иншаков, И. И. Бородин. - Уссурийск: Прим. гос. с.-х. акад. - 2012. - 80 с.

В патентах

1. Пат. №90525 Российская Федерация МПК7 Р16Ь 33/00. Устройство для крепления концевой арматуры на шлангах высокого давления [Текст] / Иншаков С. В., Бородин И. И., Бородин И. А.; заявитель и патентообладатель Приморская гос. с.-х. академия. - №2009135384, Заяв. 22.09.2009; Опубл. 10.01.2010, Бюл. №1.-2 е.: ил.

2. Пат. №2397398 Российская Федерация МПК7 Б16Ь 33/00. Устройство для обжатия муфт на концах рукавов высокого давления [Текст] / Иншаков С. В., Бородин И. И., Бородин И. А.; заявитель и патентообладатель Приморская гос. с.-х. академия. — №2009115029, Заяв. 20.04.2009; Опубл. 20.08.2010, Бюл. №23. - 4 е.: ил.

3. Пат. №2402714 РЬссийская Федерация МПК7 Р16Ь 33/00. Устройство для сборки рукавов высокого давления [Текст] / Иншаков С. В., Бородин И. И., Бородин И. А.; заявитель и патентообладатель Приморская гос. с.-х. академия. - №2009119815, Заяв. 25.05.2009; Опубл. 27.10.2010, Бюл. №30. - 7 с.

Подписано к печати 21.05.2013 г.

Формат 68x84/16

Бумага: писчая

Печать: трафаретная

Уч.-изд.л.1,2

Тираж 100 экз.

Заказ №315

Отпечатано ООО «УМЦ Триада»

127550, Москва, ул. Лиственничная аллея, д.7 корп.2.

\

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ПРИМОРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ»

04201358542

На правах рукописи БОРОДИН ИГОРЬ ИГОРЕВИЧ

/

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СБОРКИ КОНЦЕВОЙ АРМАТУРЫ ПРИ РЕМОНТЕ РУКАВОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ГИДРОСИСТЕМ

Специальность 05.20.03 - технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук Иншаков Сергей Владимирович

Уссурийск -2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................... 5

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ...... 11

1.1 Область применения РВД................................................................... 11

1.2 Характеристика типоразмеров, условия обеспечения прочности и работоспособности РВД...................................................................... 13

1.3 Краткая характеристика РВД гидросистем сельскохозяйственной техники................................................................................................. 18

1.4 Особенности хранения и эксплуатации РВД..................................... 21

1.5 Влияние климатических условий Дальнего Востока на надёжность соединения рукавов с арматурой.................................. 23

1.6 Анализ существующих конструкций устройств для обжатия

муфт на концах рукавов гидроаппаратуры........................................ 24

1.7 Исследования состояния элементов РВД в разрезах концевой арматуры................................................................................................ 34

1.8 Результаты предыдущих исследований влияния способов сборки концевой арматуры на наработку РВД............................................. 38

1.9 Существующие рекомендации определения размеров деталей присоединительной арматуры, степени сжатия рукава между

ними и оценки безотказности РВД..................................................... 41

Задачи исследования............................................................................ 46

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ 47 ДЕФОРМИРОВАНИЯ КОНЦЕВОЙ АРМАТУРЫ РУКАВОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ...........................................

2.1 Анализ условий крепления неразборной концевой арматуры РВД 47

2.2 Аналитическая модель напряженно-деформированного состояния элементов концевой арматуры.......................................... 50

2.3 Обоснование конструкции устройства для армирования РВД........ 58

2.4 Теоретическое обоснование функциональных и геометрических параметров рабочих органов разработанного устройства для обжатия муфт на концах РВД............................................................. 63

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ............................................................................. 70

3.1 Программа экспериментальных исследований................................. 70

3.2 Методика проведения лабораторных исследований........................ 71

3.2.1 Методика определения модуля упругости материала внутренней камеры РВД........................................................................................... 71

3.2.2 Определение степени сжатия резинового слоя рукава в подвтулочном пространстве при сборке РВД................................... 75

3.2.3 Экспериментальный стенд для сборки РВД гидроаппаратуры....... 78

3.2.4 Экспериментальный стенд для проведения испытаний РВД статическим гидравлическим давлением........................................... 82

3.2.5 Методика нахождения оптимальных параметров процесса сборки концевой арматуры РВД с применением активного планирования эксперимента.........................................................................................

3.2.6 Методика проведения стендовых и эксплуатационных испытаний РВД..................................................................................... 98

4 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ............................................................................. Ю1

4.1 Результаты определения модуля упругости материала внутренней камеры РВД..................................................................... 101

4.2 Результаты определения степени сжатия резинового слоя рукава

в подвтулочном пространстве при армировании.............................. 104

4.3 Определение зон согласования полученных теоретических и экспериментальных зависимостей давления разгерметизации

РВД от технологических параметров сборки.................................... Ю7

4.4 Результаты многофакторного эксперимента..................................... 111

4.5 Результаты стендовых и эксплуатационных испытаний изготовленных РВД.............................................................................. 121

5 ВНЕДРЕНИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ РУКАВОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ......................................................................................... 124

5.1 Аспекты общей характеристики технического оснащения сельскохозяйственной отрасли Уссурийского городского округа 124

5.2 Исследование рынка РВД.................................................................... 126

5.3 Определение стоимости обжимного устройства............................... 132

5.4 Экономическая эффективность внедрения предлагаемой

технологии ремонта РВД..................................................................... 135

Разработанные рекомендации............................................................. 137

Общие выводы...................................................................................... 138

Список литературы............................................................................... 140

Приложения.......................................................................................... 155

ВВЕДЕНИЕ

Одним из направлений совершенствования сельскохозяйственной техники является оснащение её более надежным гидравлическим оборудованием.

Опыт эксплуатации показывает, что эффективность применения и возможность более широкого использования гидравлического оборудования, значительно снижены из-за недостаточной надёжности рукавов высокого давления (РВД) [100].

В работе [27] отмечено, что по данным полевых испытаний тракторов Волгоградского тракторного завода, деформации, возникающие при монтаже концевой арматуры, резко снижают работоспособность и приводят к отказу рукавов. Армирование зачастую происходит с нарушением целостности силового слоя. Разгерметизация рукавов в зоне от 0 до 60 мм от наконечника составляет 44,5% от общего количества отказов. Разгерметизация под муфтой происходит в 21,6% наблюдаемых рукавов.

По данным эксплуатационных испытаний, проведенным Загорским филиалом НИИРП, отказы рукавов высокого давления по причине течи в заделке происходят в 21% случаев, по причине разрыва рукавов в непосредственной близости к муфте в 24% случаев [27].

Наибольшее давление в гидросистемах сельскохозяйственной техники в настоящее время составляет 16,5 МПа. Наибольшее давление, развиваемое современными насосами, достигает 21,0 МПа [116, 122, 132]. Наработка гидроагрегатов доведена до 6000 мото-часов. Не армированные рукава высокого давления с металлическими оплётками, выпускаемые по ГОСТ 6286-73, уже сейчас могут обеспечить наибольшее давление 30,0 МПа и наработку 6000 мото-часов. Армированные рукава высокого давления гидросистем тракторов, обеспечивают в настоящее время наработку 1500 мото-часов при наибольшем давлении в системе 16,5 МПа. Для выработки

ресурса неармированного рукава предусмотренного ГОСТ, РВД ремонтируют. Однако, наработка отремонтированных рукавов, несмотря на многообразие существующих способов, их ремонта, остаётся низкой. Рукава высокого давления импортного производства также не однородны по своему качеству. В последнее время участились случаи выхода из строя в первые часы эксплуатации рукавов высокого давления импортного производства. РВД произведенные в странах Юго-Восточной Азии, Индии и странах Восточной Европы, при всей своей дешевизне уступают рукавам, произведенным в Западной Европе [46]. Все чаще под Европейскими торговыми марками на рынок РВД поступают рукава низкого качества, произведенные в Китае. Такая продукция не выдерживает температуру ниже -25 °С, наружные и внутренние диаметры рукавов не выдерживают требований стандартов. Состав сырья при производстве таких рукавов не соответствует пропорциям состава гидравлической резины.

В связи с этим, исследования по совершенствованию технологии сборки концевой арматуры рукавов высокого давления гидросистем являются важной и актуальной задачей для современного ремонтного производства.

Цель работы

Повышение качества ремонта РВД на основе совершенствования параметров деформации элементов неразборной концевой арматуры.

Объект исследования

Технологический процесс опрессовки присоединительной концевой арматуры РВД.

Предмет исследования

Закономерности влияния технологических параметров опрессовки элементов концевой арматуры и рукава на прочность и герметичность их соединения.

Методы исследований

Анализ и обобщение существующего опыта, аналитическое моделирование и лабораторные методы на основе планирования факторного эксперимента с обработкой результатов на основе прикладной статистики с использованием программы MS Excel на ПК.

Достоверность результатов

Результаты теоретических и экспериментальных исследований согласуются в пределах зоны доверительного интервала, таким образом, лабораторные испытания подтверждают результаты теоретических исследований.

Научная новизна

Заключается в получении математической модели напряженно-деформированного состояния элементов концевой арматуры РВД, разработке способа определения модуля упругости резинового слоя внутренней камеры рукава в зависимости от степени его сжатия, оптимизации конструктивных параметров обжимного устройства с рабочими элементами в виде перекрещивающихся деформаторов, позволяющего реализовать заданные технологические режимы сборки концевой арматуры РВД для повышения прочности и герметичности соединения. Разработаны новые устройства для обжатия муфт при сборке рукавов высокого давления, конструктивные решения которых защищены патентами РФ №№ 90525, 2397398, 2402714.

Практическая значимость

Состоит в разработке по результатам исследований технологической документации, оборудования и оснастки для выполнения ремонтных работ.

Пути реализации работы

Результаты исследований могут быть использованы на ремонтно-технических предприятиях, сельскохозяйственных, промышленных и дорожно-строительных предприятиях, эксплуатирующих технику с гидравлическими системами, а также на заводах-изготовителях РВД.

Личный вклад соискателя

Основные результаты работы получены автором лично, в частности все аналитические зависимости, методические разработки экспериментальных исследований. При создании лабораторных стендов лично разработана подробная проектная документация обжимного устройства, которая была представлена в качестве конструктивной разработки выпускной квалификационной работы автора. Расчет конструктивных и технологических параметров, а также обоснование энергетических и прочностных характеристик механизмов и элементов устройства проведены автором лично. Автор принимал непосредственное участие в изготовлении и монтаже лабораторных стендов. Автором лично разработаны программы и методики экспериментальных исследований. Проведены исследования, обработаны и обобщены их результаты. Разработаны рекомендации по сборке концевой арматуры РВД с учетом проведенных исследований.

Внедрение результатов исследований Технологическая оснастка для сборки концевой арматуры РВД принята к опытной эксплуатации на ОАО «Уссурремтехснаб», ООО «Научно-техническое предприятие «Надежность» и ООО «Научно-техническое предприятие «Аврора» (г. Уссурийск). Опытные образцы РВД приняты к эксплуатации в Крестьянском (фермерском) хозяйстве Тол очка В. В. Уссурийского городского округа и в колхозе «Духовской» Спасского района Приморского края. Разработанные стенды по сборке и испытанию РВД внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Приморская ГСХА» и используются на кафедре «Эксплуатация и ремонт машин» при проведении лабораторных работ по дисциплине «Ремонт машин».

Апробация

Основные положения работы докладывались и обсуждались: на международных научно-практических конференциях «Вавиловские чтения-2009» (г. Саратов, 2009), «Интеграция науки, образования и производства в

области агроинженерии» (г. Москва, 2010), «Научно - техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (г. Москва, 2010), «Интеллектуальный потенциал вузов на развитие Дальневосточного региона России и стран АТР» (г. Владивосток, 2010), «Достижения науки - агропромышленному производству» (г. Челябинск,

2010), всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем» (г. Саранск, 2009), межвузовских научно-практических конференциях «Молодые ученые - агропромышленному комплексу Дальнего Востока» (г. Уссурийск, 2009, 2010, 2011), студенческих научных конференциях (г. Уссурийск, 2008, 2009, 2010), заседаниях кафедры «Эксплуатация и ремонт машин» и научно-технического совета ФГБОУ ВПО «Приморская ГСХА» (г. Уссурийск, 2011, 2012).

Работа становилась дипломантом открытого конкурса Минобрнауки РФ на лучшую научную работу студентов вузов по естественным, техническим и гуманитарным наукам по разделу «Процессы и аппараты агроинженерных систем» (г. Краснодар, 2009), Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Минсельхоза РФ по разделу «Агроинженерия» (г. Саратов, 2010).

Разработанные устройства удостоены диплома на всероссийской выставке научно - технического творчества молодежи «НТТМ-2010» (г. Москва, 2010), демонстрировались на выставках "Инновационные технологии и средства в агроинженерии" (г. Уссурийск, 2010, 2011) на выставке-конкурсе «Исследователь будущего-2011» (Владивосток, ДВФУ,

2011).

На защиту выносятся:

результаты теоретических исследований напряженно-деформированного состояния элементов концевой арматуры и технологических параметров опрессовки РВД, экспериментальных

исследований влияния технологических параметров на качество опрессовки РВД и математическая модель оптимизации условий армирования рукавов, анализ экономической эффективности внедрения предлагаемой технологии армирования РВД.

Публикации.

По результатам исследований опубликованы 17 печатных работ, в том числе 3 печатные работы в изданиях рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получены 1 патент РФ на полезную модель и 2 патента на изобретение. Объем публикаций составляет 10,2 п.л., на долю автора приходится 7,05 п.л.

Связь научной работы с научными программами, планами и темами.

Работа выполнена в рамках Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы, программ «Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 года», «Концепция развития аграрной науки и научного обеспечения агропромышленного комплекса Российской Федерации на период до 2025 года», в соответствии с программами научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО "Приморская ГСХА" по теме «Технологические методы повышения надежности элементов гидравлических систем мобильных энергетических средств», № г.р. 01200959777 в период 2009-2010 гг.

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 154 страницах машинописного текста, основной текст сопровождается 16 таблицами, 71 рисунком и 106 формулами. Список литературы содержит 150 наименований, из них 23 на иностранных языках.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1 Область применения РВД

Рукава высокого давления (РВД) относятся к группе напорных рукавов и предназначены для передачи жидких и газообразных продуктов под давлением в т.ч. минеральных и гидравлических масел, жидкого топлива, смазочных жиров и водомасляных эмульсий при температуре от -40 °С до +100 °С (специальные рукава от -55 °С до +150 °С). Используются в качестве гибких соединительных трубопроводов гидравлических и пневматических систем. Рукава высокого давления широко применяются в гидравлических системах различных видов горных и карьерных машин, лесозаготовительной, сельскохозяйственной, дорожно-строительной, специальной и другой технике, а также на оборудовании металлургической, горнодобывающей и пищевой промышленностей [21] (рисунки 1.1, 1.2, 1.3).

Рисунок 1.1- Примеры использования рукавов высокого давления в

дорожно-строительной технике

Рисунок 1.2 - Примеры использования рукавов высокого давления в сельскохозяйственной и лесозаготовительной технике

Рисунок 1.3 - Примеры использования рукавов высокого давления в перерабатывающих машинах и оборудовании

1.2 Характеристика типоразмеров, условия обеспечения прочности и работоспособности РВД

Как в России, так и за рубежом рукава высокого давления выпускают в широком диапазоне размеров: внутренний диаметр от 4 до 51 мм, длина от 200 мм до 300 м. В зависимости от диаметра рукава могут работать под давлением от 3,0 МПа (диаметр 51 мм) до 70,0 МПа (диаметр 4 мм) [25, 57, 101, 131, 134, 136, 137].

В зависимости от способа изготовления силового каркаса рукава могут быть о