Повышение долговечности активных уплотнений гидроцилиндров сельскохозяйственной техники модификацией посадочных мест

• Автор: Борисов, Виталий Иванович
• Шифр специальности: 05.20.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 287 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕ

ДОВАНИЯ

1.1 Конструктивные особенности, условия эксплуатации и факторы,

определяющие надежность гидроцилиндров сельскохозяйственной техники

1.2 Уплотнительные устройства подвижных соединений гидроци

линдров и требования, предъявляемые к ним

1.3 Условия функционирования системы уплотнитель контртело

и механизм утечек рабочей жидкости

1.3.1 Влияние материала уплотнителя

1.3.2 Влияние рельефа уплотняемой поверхности

1.3.3 Влияние давления уплотняемой рабочей жидкости
1.3.4 Влияние скорости скольжения уплотняемых поверхностей
1.3.5 Влияние температуры эксплуатации
1.4 Приборы и методы изучения трибологических и физико
механических свойств полимерных материалов
1.4.1 риборы и методы изучения процессов трения и изнашивания
полимерных материалов
1.4.2 Приборы и методы изучения физикомеханических свойств по
лимерных материалов
1.5 Принципы проектного расчета и методы прогнозирования ресур
са уплотнительных устройств
1.5.1 Критерии исчерпания ресурса уплотнительных соединений
1.5.2 Математические модели герметизации активными уплотнениями
подвижных соединений гидроцилиндров
1.6 Цели и задачи исследования
2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИ ЮВ МОДИФИ 5 Г
КАЦИИ ПОСАДОЧНЫХ МЕСТ
2.1 Численный анализ напряженнодеформированного состояния ак тивных уплотнителей при модификации посадочного места
2.1.1 Математическая модель нагружения уплотнителя в герметизи руемом узле гидроцилиндра
2.1.2 Численный анализ напряженнодеформированного состояния ак тивного уплотнителя круглого сечения
2.2 Численный анализ напряженнодеформированного состояния
комбинированного уплотнительного устройства
2.2.1 Математическая модель наружения комбинированного уплотни
тельного устройства
2.2.2 Расчет напряженнодеформированного состояния элементов ком бинированного уплотнения
Выводы по главе 2
3 МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1 Методики стендовых и микрометражных исследований подвиж
ных деталей силового цилиндра ГУР 5 тракторов МТЗ
3.1.1 Методика входных стендовых испытаний силового цилиндра
3.1.2 Методика микрометражных исследований деталей подвижных
соединений
3.1.3 Методика испытаний и алгоритм расчета значений внешних и
внутренних износов уплотнителей подвижных соединений
3.2 Методики исследований физикомеханических характеристик
полимерных материалов при длительном статическом нагружении в среде гидравлической жидкости ИА
3.2.1 Описание универсальной экспериментальной установки для ис
следования реологических характеристик полимеров
3.2.2 Методика исследования компрессионных характеристик .
3.2.3 Методика исследования релаксационных характеристик
3.2.4 Методика определения равновесного модуля упругости
3.3 Методика определения реологических констант обобщенной мо
дели Максвелла
3.3.1 Описание принципов модернизации разрывной машины Р0,5
3.3.2 Методика испытаний и алгоритм расчета реологических констант
обобщенной модели Максвелла
3.4 Методика триботехнических испытаний
3.4.1 Описание конструкции разработанного компьютеризированного
стенда для триботехнических испытаний
3.4.2 Методика триботехнических испытаний полимеров в условиях 7 объемного сжатия и план многофакторного эксперимента
3.5 Методика стендовых и эксплуатационных испытаний разрабо
тайных уплотнительных устройств
3.6 Методика расчета ресурса активных уплотнений подвижных со 9 единений гидроцилиндров сельскохозяйственной техники
Выводы по главе 3
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ 4 ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1 Разработка конструкций уплотнений активного типа с повышен 4 ной долговечностью для герметизации подвижных и неподвижных соединений гидроцилиндров
4.2 Результаты входных стендовых и микрометражных исследований 7 подвижных деталей силового цилиндра ГУР 5 тракторов МТЗ
4.2.1 Результаты входных стендовых испытаний силового цилиндра
4.2.2 Результаты микрометражных исследований деталей подвижных 8 соединений
4.2.3 Результаты оценки значений износов и пластических деформаций
уплотнений подвижных соединений
4.3 Результаты исследования физикомеханических характеристик полимерных материалов при длительном статическом нагружении в среде гидравлической жидкости ИА
4.3.1 Результаты исследования компрессионных характеристик
4.3.2 Результаты исследования релаксационных характеристик
4.3.3 Результаты изучения равновесного модуля упругости
4.4 Реологические константы обобщенной модели Максвелла для выбранных полимерных материалов
4.5 Трибологические характеристики выбранных полимерных материалов
4.6 Результаты стендовых и эксплуатационных испытаний разработанных уплотнительных устройств
4.7 Расчет долговечности активных уплотнений подвижных соединений силового цилиндра ГУР трактора МТЗ
Выводы по главе
5 РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ДОЛГОВЕЧНОСТИ АКТИВНЫХ УПЛОТНЕНИЙ СИЛОВЫХ ГИДРОЦИЛИНДРОВ
5.1 Рекомендации по повышению ресурса уплотнений для герметизации неподвижных соединений
5.2. Рекомендации по повышению ресурса уплотнений для герметизации подвижных соединений
5.3. Рекомендации по монтажу комбинированных уплотнений в уплотнительные узлы гидроцилиндров
5.4. Расчет экономической эффективности разработанного технологического процесса ремонта силовых гидроцилиндров ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТ ОЧНИКОВ ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ


Таким образом, кольца круглого сечения хотя и обладают целым рядом преимуществ, их применение в подвижных соединениях гидроцилиндров весьма ограничено параметрами эксплуатации, а долговечность недостаточна. Обеспечение длительной работоспособности активных уплотнений требует совершенствования их конструкций. Имеется ряд патентов , в которых путем модификации посадочных мест под уплотнители решаются задачи повышения надежности, долговечности и расширения функциональных возможностей уплотнений. Весьма перспективным направлением снижения внутреннего износа уплотнителей является такая модификация посадочных мест, при которой на стадии монтажа создавались бы условия объемного нагружения. Это связано с общепризнанным фактом 5, что для непористых полимеров объемная деформация является чисто упругой, поскольку ее реализация предполагает изменение межатомных расстояний. Задачи снижения внешнего износа успешно решаются путем применения в современных конструкциях высоконадежных систем гидропривода комбинированных уплотнений , , . Фирмы , выпускающие уплотнители данного типа сами устанавливает технические рекомендации по их применению, и определяют их конструктивные особенности рис. Рисунок 1. Уплотнителем в них служит кольцевой элемент из высокомодульной износостойкой пластмассы с малым коэффициентом трения. Силовым элементом, обеспечивающим по поверхности скольжения требуемый уровень контактных напряжений между уплотнителем и контртелом, обычно является эластомерное кольцо круглого сечения, так как уровень упругих деформаций, создаваемых в пластиках, не позволяет компенсировать изменение величины, уплотняемых зазоров. Комбинированные уплотнения характеризуется уменьшенными значениями диссипативных тепловыделений по поверхности трения, высокими пределами колебаний допускаемой температуры рабочей жидкости и, как следствие, повышенным ресурсом. Их успешно применяют при давлениях до МПа и температурах от до 0 С. При выборе шифра эластомерной композиции для изготовления силового элемента исходят из требуемого модуля упругости, типа рабочей жидкости и температуры эксплуатации. В качестве основных материалов дляуплотнительных колец используют политетрафторэтилен фторопласт4, полиамид, графитопласт, полиуретан, полипропилен. Следует отметить, что большинство указанных конструкций, удовлетворяя самым жестким требованиям в отношении ограничения усилий трения и стойкости к внешнему износу уплотнителя, не отвечает таким же требованиям в части внутреннего износа силового эластомерного элемента . Из вышеописанного анализа следует, что, несмотря на разнообразие конструкций уплотнительных устройств, их ресурс не обеспечивает требуемых значений по целому ряду причин. Среди них основными являются внешнее и внутреннее изнашивание уплотнителей. Вслучае традиционных уплотнительных устройств на базе эластомерных колец, эти факторы приводят к быстрой релаксации контактных напряжений, потере способности к самоуплотнению и, как следствие, разгерметизации соединения. Разграничение этих процессов и определение закономерностей их протекания является определяющим условием решения задачи повышения долговечности уплотнений и гидроцилиндра в целом. При этом приоритет, очевидно, следует отдавать комбинированным уплотнениям, которые, как уже отмечалось, позволяют резко уменьшить влияние внешнего изнашивания на ресурс. Герметизирующая способность уплотнителей определяется его податливостью, т. При этом он не должен выдавливаться в зазор под действием избыточного давления рабочей среды и разрушаться вследствие механического воздействия. Ведущее место в уплотнительной технике принадлежит эластомерам , , которые обладают такими необходимыми для уплотнителей свойствами как эластичность, долговечность, коррозионностойкость, обеспечивают высокую герметичность при сравнительно грубой обработке сопряженных металлических поверхностей в разнообразных условиях эксплуатации. Применяемые в уплотнительной технике эластомерные композиции можно разделить на подгрупп , , которые различаются физикомеханическими показателями и назначением резин в пределах подгруппы.