CC BY
13
11. Dudaev M.A. Vliyanie na dinamicheskie parametry izdeliya vneshnego neperiodicheskogo silovogo vozdeistviya [Influence of external non-periodic force impact on the dynamic parameters of the product]. [Transport infrastructure of the Siberian Region: the materials of the tenth International Scientific and Practical Conference, May 21-24 2019, Irkutsk: Vol. 1-2]. Irkutsk, 2019. Vol. 2. Pp. 826-830.
12. Zienkiewicz O.S. Metod konechnykh elementov v tekhnike [The finite element method in engineering]. Moscow: Mir Publ., 1975. 542 p.
13. Bathe K.J. Finite Element Procedures. Upper Saddle River, New Jersey: Prentice hall, 1996. 1038 p.
14. Chen Z. Finite Element Methods and Their Applications. Berlin: Springer, 2005. 411 p.
15. Cook R.D. Finite Element Modeling for Stress Analysis. New York: John Willey & Sons, Inc., 1995. 321 p.
16. Crisfield M.A. Non-Linear Finite Element Analysis of Solids and Structures. Wiley: Essentials, 1996. Vol. 1-2.
17. Zienkiewicz O.S., Taylor R.L. The Finite Element Method: The Basis. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2000. Vol. 1-3.
Информация об авторах
Дудаев Михаил Алексеевич - старший преподаватель кафедры физики, механики и приборостроения, Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, e-mail: mishan_123@mail.ru. Алесковский Сергей Львович - канд. техн. наук, доцент кафедры физики, механики и приборостроения, Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, e-mail: asl-rassoha@mail.ru.
DOI 10.26731/1813-9108.2020.4(68).18-32
Information about the authors
Mikhail A. Dudaev - senior lecturer of the Subdepartment of Physics, Mechanics and Instrumentation Manufacture, Irkutsk State Transport University, Irkutsk, e-mail: dudaev_ma@mail.ru.
Sergei L. Aleskovskii - Ph.D. in Engineering Science, Associate Professor of the Subdepartment of Physics, Mechanics and Instrumentation Manufacture, Irkutsk State Transport University, Irkutsk, e-mail: asl-rassoha@mail.ru.
УДК 69.002.51:621.225.2
Экспериментальные исследования прогиба гидроцилиндра
Д. Ю. Кобзов1^, В. Л. Лапшин 2, В. Г. Губанов1, В. В. Жмуров1, И. О. Кобзова1
1 Братский государственный университет, г. Братск, Российская Федерация
2Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Российская Федерация И kobzov7159@mail.ru
Резюме
Эксплуатационная надежность определяет эффективность использования любой машины. Важным ее показателем является отсутствие отказов. Отказ носит кумулятивный характер, возникает внезапно, но подготовка его в процессе эксплуатации происходит постепенно. Диагностирование позволяет устанавливать предполагаемый момент отказа и способствует устранению причин его возникновения. Наибольшее распространение в настоящее время на дорожных и строительных машинах получили гидроцилиндры двустороннего действия с односторонним штоком. Известные методы их диагностирования основаны на контроле параметров герметичности. Однако с ростом типоразмера гидроцилиндра резко возрастает число отказов по причине прочностных разрушений несущих элементов, т. е. потери гидроцилиндром несущей способности, под которой подразумевается способность противостоять эксплуатационным нагрузкам без возникновения в его несущих длинномерных элементах критических напряжений, приводящих к появлению у них остаточных деформаций. Исследования несущей способности гидроцилиндра основаны на описании деформации гидроцилиндра в условиях продольно-поперечного нагружения, установления координат наиболее опасного сечения и определении в нем напряжений. Диагностическую информацию о несущей способности рекомендуется получать путем непрерывного контроля в процессе эксплуатации угла несоосности штока и гильзы (корпуса) гидроцилиндра, либо его прогиба до приложения продольного сжимающего усилия в процессе технического обслуживания дорожных и строительных машин, либо полного прогиба, работающего продольно, и поперечного нагруженного гидроцилиндра. При этом прямое диагностирование по последнему параметру обладает большей точностью и достоверностью, нежели косвенное диагностирование по двум предыдущим. Отсюда, особый интерес вызывают экспериментальные исследования прогиба гидроцилиндра непосредственно в условиях эксплуатации дорожных и строительных машин различного типоразмера.
Ключевые слова
гидроцилиндр, деформация, лазер, прогиб, эксперимент Для цитирования
Кобзов Д. Ю. Экспериментальные исследования прогиба гидроцилиндра / Д. Ю. Кобзов, В. Л. Лапшин, В. Г. Губанов,
B. В. Жмуров, И. О. Кобзова // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2020. - № 4 (68). -
C. 18-32. - DOI: 10.26731/1813-9108.2020.4(68).18-32
Информация о статье
поступила в редакцию: 15.10.2020, поступила после рецензирования: 27.10.2020, принята к публикации: 10.11.2020
An experimental study of the hydraulic cylinder deflection
D. Yu. Kobzov1^, V. L. Lapshin2, V. G. Gubanov1, V. V. Zhmurov1, I. O. Kobzova1
1Bratsk State University, Bratsk, the Russian Federation
2Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, the Russian Federation И kobzov7159@mail.ru
Abstract
Operational reliability determines the efficiency of any machine. An important indicator is the absence of failures. The failure is cumulative in nature, it occurs suddenly but with a gradual build-up in the process of operation. In case of the early detection, diagnostics allows one to establish the expected moment of failure and helps to eliminate the causes of its occurrence. Double-acting hydraulic cylinders with a single-sided rod are currently most widely used in road and building construction vehicles. Known methods of their diagnosis are based on the control of leakproofness parameters. However, with the growing unit size of the cylinder, the number of the failures due to strength destruction of bearing elements, that is, the loss of the hydraulic cylinder bearing capacity increases dramatically. The bearing capacity is the ability to withstand service loads without the occurrence of critical stresses in its long load-bearing elements, which lead to the occurrence of residual strains in them. Studies of the bearing capacity of a hydraulic cylinder are based on describing the deformation of the hydraulic cylinder under longitudinal and transverse loading, determining the coordinates of the most dangerous section and determining the stresses in it. Diagnostic information about the bearing capacity is recommended to be obtained by continuously monitoring the misalignment angle of the rod and barrel (body) of the hydraulic cylinder during operation, or its deflection before applying a longitudinal compressive force during maintenance of the road and building construction vehicles, or the complete deflection of the longitudinally and transversely loaded hydraulic cylinder. At the same time, direct diagnostics based on the last parameter is more accurate and reliable than indirect diagnostics based on the previous two parameters. Hence, of particular interest are experimental studies of the deflection of the hydraulic cylinder directly in the conditions of operation of the road and building construction vehicles of various unit sizes.
Keywords
hydraulic cylinder, deformation, laser, deflection, experiment
For citation
Kobzov D. Yu., Lapshin V. L., Gubanov V. G., Zhmurov V. V., Kobzova I. O. Eksperimental'nye issledovaniya progiba gidrotsilin-dra [An experimental study of the hydraulic cylinder deflection]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System Analysis. Modeling], 2020, No. 4 (68), pp. 18-32. - DOI: 10.26731/1813-9108.2020.4(68).18-32
Article info
Received: 15.10.2020, Revised: 27.10.2020, Accepted: 10.11.2020
Введение тельно с позиции обеспечения достоверности диа-
Аналитическое описание несущей способности гноза [10, 11]. гидроцилиндра предполагает описание его продоль- Допустимое значение диагностического параной деформации (прогиба), напряжений, образую- метра следует определять для гидроцилиндра кон-щихся в длинномерных несущих элементах, а также кретного типоразмера с учетом особенностей его реакций, возникающих в подвижных герметизируе- рабочего процесса, режима работы, характеристик мых сопряжениях, и предельного сжимающего уси- нагружения, условий эксплуатации [12-22] и коэф-лия [1-5], что в комплексе характеризует уровень фициента непревышения при условии недопущения надежности гидроцилиндра [6-8]. возникновения, развития и распространения оста-
Очевидно, что диагностическую информацию о точной деформации [10, 11].
несущей способности гидроцилиндра целесообразно Характеризуя с позиций диагностики техниче-
получать путем непрерывного контроля в процессе ские возможности полного прогиба гидроцилиндра,
эксплуатации его прогиба, используемого в качестве отметим следующее. Во-первых, он является одно-
диагностического параметра [9-11]. Теоретическую значным, так как ни сам, ни описываемые им
основу этого аналитического метода диагностиро- напряжения не имеют экстремумов на пути их эво-
вания составляет метод непревышения, выражаю- люции от начальных значений до предельных. Во-
щийся в требовании непревышения некоторой вели- вторых, он стабилен, т. е. может быть неоднократно
чиной ее допустимого либо предельного значения, в воспроизведен с минимальным рассеиванием при
качестве которой целесообразно использовать про- неизменных условиях измерения. В-третьих, он яв-
гиб гидроцилиндра до приложения продольного ляется незатухающим, так как его связь с напряже-
сжимающего усилия либо его полного прогиба в ниями в опасном сечении не нарушается с течением
процессе функционирования, что более предпочти- времени.
Далее, названный диагностический параметр удовлетворяет требованию чувствительности с достаточно высоким уровнем [9]. Наконец, он удовлетворяет требованию информативности, так как, оценивая два практически единственных случайных параметра уа (х) и уу (х) уравнения (1) несущей
способности гидроцилиндра, приближает остаточную после диагностирования энтропию к нулю. Кроме этого, к преимуществам его использования следует отнести возможность применения функциональной диагностики [23-25].
К сожалению, диагностирование гидроцилиндров по параметру с позиций безопасности возможно лишь при наличии в машине встроенной диагностической системы. В противном случае диагностирование несущей способности рекомендуется проводить по прогибу гидроцилиндра до приложения продольного сжимающего усилия, желательно с использованием передовых технологий [9, 11, 25]. Характеризуя его технические возможности, надо отметить, что он, кроме прочих перечисленных технических возможностей, удовлетворяет требованиям доступности, удобства измерений и технологичности, так как даже будучи дискретно контролируемым, может быть легко установлен для конкретного гидроцилиндра, доступ к которому, как правило, не затруднен, безопасен и не требует вмешательства в гидросистему дорожно-строительной машины (ДСМ).
Полный прогиб ут^) гидроцилиндра описывается суммой его составляющих:
Ут (Хо ) = Уа (Хо ) + Ур (Хо ) +
(1)
+ Уу(хо) + Ур(хо) + Уе(хо X где Ут (х0) - полный прогиб гидроцилиндра; Уа (х„ ) - прогиб гидроцилиндра вследствие выборки технологических зазоров в его подвижных сопряжениях; У ( х ) - то же в результате возможного начального (технологического) искривления его длинномерных элементов при изготовлении; У ( х ) - то же вследствие эксплуатационного
искривления его штока; У (х ) - то же из-за выборки дополнительных зазоров в результате радиальной деформации под давлением его корпуса; У ( х ) - то же вследствие его продольного
нагружения при наличии перечисленных напряженных и ненапряженных деформаций гидроцилиндра; У ( х ) - то же вследствие поперечного
нагружения гидроцилиндра от действия весов его элементов [7-12].
До приложения продольного сжимающего усилия (рабочего толкающего усилия) гидроцилиндр
имеет прогиб У ( х ) , определяемый как сумма прогибов Уа (хс ) , У р (хс ) , Уу (хет ) , У8 (хс ) и
Уе(хо).
Прогиб УР (х) в результате продольного нагру-жения гидроцилиндра определяется путем разрешения дифференциального уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами (2)
УР (х) + к2 Ур (х) =
= -к2 [Уа (х)+У в (*)+Уг (х)+У5 (х) + е (х) + е( х)] =
= Ах4 + Ах3 + Ах2 + Ах+А, (2)
где е( х) - эксцентриситет приложения в опорах
гидроцилиндра продольного сжимающего усилия
р ; параметр к2 = Р / Е1 (х); А - неизвестные,
определяемые по методу неопределенных коэффициентов.
С учетом изложенного полный прогиб У (х ) гидроцилиндра в начальный момент его эксплуатации отображается суммой
Ут (хо ) = Ут0(хо ) + Ур (хо ) (3)
с прогибом Ут0 (хо) гидроцилиндра до подачи рабочей жидкости в его полости, превалирующую роль в значении которого играет прогиб Уе (хо ) ,
зависящий, кроме всего прочего, от длины гидроцилиндра L и его пространственного расположения 0.
С учетом этого экспериментальные исследования были направлены на изучение прогибов Уд (хо ) ,
Ур (х ) и Ут (х„ ) и проводились как в условиях эксплуатации, так и в лабораторных условиях с использованием существующих стендов, а также специально разработанных оригинальных приспособлений и моделей, в частности, модели гидроцилиндра (рис. 1), выполненной в полном соответствии с конструкцией существующих гидроцилиндров ДСМ из оптически прозрачного материала (оргстекла).
Рис. 1. Модель гидроцилиндра двустороннего действия с односторонним штоком из оптически прозрачного материала Fig. 1. Model of a double-acting hydraulic cylinder with single-sided rod made of optically transparent material
Экспериментальное исследование прогиба гидроцилиндра в результате его поперечного нагружения
Экспериментальное исследование прогиба Уд (х) гидроцилиндра традиционного исполнения в
результате его поперечного нагружения от собственного веса проводилась на основе анализа вели-dyQ (х)
чины угла
соосности
dx dya(x) dx
Рис. 2. Устройство для контроля прогиба yQ(x)
dyQ ( х)
гидроцилиндра по величине угла
dx
в лабораторных условиях и в условиях эксплуатации Fig. 2. Device for controlling the deflection yQ(x)
of the hydraulic cylinder by the magnitude of the angle
dyQ (х)
dx
in laboratory conditions and in operating conditions
с учетом значения угловой не-
из-за зазоров в сопряжениях
«поршень - гильза» и «шток - направляющая втулка». Исследования проводились в лабораторных условиях и в условиях эксплуатации на основе разработанных технологий [13] с использованием универсального контактного приспособления (рис. 2) или специализированного (рис. 3). Во всех случаях учитывалось пространственное расположение гидроцилиндра 0, а также величина текущего выдвижения его штока г.
Кроме этого, исследование прогиба уе () дополнительно проводилось в лабораторных условиях на установке, моделирующей встроенную диагностическую систему (рис. 3), в основу которой положен контроль величины магнитного сопротивления воздушного зазора между датчиком и поверхностью штока по разработанной технологии [14].
Дополнительно для эксплуатационных экспериментальных исследований пригодно разработанное устройство и методика диагностирования гидроцилиндров ДСМ по величине полного прогиба до приложения продольного сжимающего усилия [15].
Устройство включает в себя излучатель (рис. 4), в качестве которого может использоваться лазерная указка, и два приемника: конечный и промежуточный. Все элементы устройства закрепляются на диагностируемом гидроцилиндре с помощью постоянных магнитов и имеют соответствующие формы опорных поверхностей. Излучатель устанавливается на опоре корпуса (гильзы) гидроцилиндра, а именно, на торцевую поверхность крепежного пальца проушины и фиксируется относительно его центрирующего отверстия.
Конечный приемник устанавливается и аналогично центрируется относительно проушины штока (рис. 5). Полусферы опор излучателя и конечного приемника обеспечивают изменение их углового положения относительно друг друга и гидроцилиндра в двух плоскостях.
Рис. 3. Лабораторное устройство для контроля угловой несоосности штока и гильзы гидроцилиндра, принцип действия которого основан на измерении диэлектрической
проницаемости среды Fig. 3. Laboratory device for monitoring the misalignment angle of the rod and the cylinder barrel, the principle of operation of which is based on measuring the dielectric constant of the medium
Рис. 5. Конечный приемник на проушине штока Fig. 5. End receiver on the rod lug
Промежуточный приемник, опора которого выполнена в виде «ласточкиного хвоста», что обеспечивает его расположение строго перпендикулярно оси абсцисс, устанавливается на гильзе вблизи крышки (рис. 6).
Луч лазера проецируется на промежуточном приемнике в виде сетки, по линиям которой последний может быть сориентирован по оси ординат в поперечной плоскости гидроцилиндра (рис. 7).
Рис. 6. Промежуточный приемник на гильзе гидроцилиндра Fig. 6. Intermediate receiver on the cylinder barrel
Рис. 4. Излучатель на проушине гильзы Гидроцилиндра Fig. 4. Emitter on the lug of the cylinder barrel
Рис. 7. Проекция луча лазера на промежуточном приемнике Fig. 7. Projection of the laser beam on the intermediate receiver
При отсутствии такого приспособления промежуточный приемник может быть выверен по строительному пузырьковому уровню.
Экспериментальные исследования с использованием предлагаемого метода и средства осуществляется в три этапа. На первом этапе необходимо сфокусировать луч лазера в центре шкалы конечного приемника, тем самым, «построив» ось абсцисс, являющуюся линией отсчета прогиба. На втором этапе, устанавливается промежуточный приемник на гильзу вблизи крышки с выверкой его по сетке (рис. 7) либо по строительному пузырьковому уровню относительно оси ординат. На третьем этапе при пошаговом выдвижении штока гидроцилиндра в статическом режиме фиксируется отклонение проекции луча лазера на линейке приемника.
Однако для эксплуатационных экспериментальных исследований более эффективно устройство для оценки деформации длинноходового гидроцилиндра по величине прогиба У ( х) до приложения эксплуатационного продольного сжимающего усилия (рис. 8) [15].
В случае значительных линейных размеров длинноходовых гидроцилиндров видеокамеру целесообразно крепить на проушину штока, непосредственно вблизи приемника, причем оба устройства крепятся справа либо слева в зависимости от расположения трубопровода для подвода рабочей жидко-
сти в штоковую полость гидроцилиндра (рис. 9).
Крепление излучателя на корпусе (гильзе) гидроцилиндра осуществляется с использованием струбцины, также расположенной с учетом подвода жидкости в штоковую полость гидроцилиндра: на Liebhere R317 Litronic и Hyundai R330 LC-9S слева, на Hitachi Zaxis 230 справа (рис. 10).
Исследование на практике (рис. 8) прогиба вследствие поперечного нагружения гидроцилиндра с применением описанного устройства осуществляется в два этапа.
На первом этапе при полностью задвинутом штоке гидроцилиндра необходимо сфокусировать луч лазера в центре шкалы приемника, тем самым «построив» ось абсцисс, являющуюся линией отсчета прогиба гидроцилиндра.
Окончательно искомое значение прогиба yQx), в частности значение ye (x), следует выделять из
зафиксированных опытных значений ув гидроцилиндра в вертикальной продольной плоскости, связанных со значением проекции луча лазера yQ (см.
рис. 8) и включающих в себя прогибы ya(x), yp(x), yY(x) и yg(x), изначально имеющиеся у гидроцилиндра.
Так, например, прогиб yQ гидроцилиндра в
точке крепления к гильзе промежуточной сенсорной
Рис. 8. Принципиальная схема устройства для экспериментального исследования деформации длиннохо-дового гидроцилиндра от его веса до приложения эксплуатационного продольного сжимающего усилия Fig. 8. Schematic diagram of a device for the experimental study of the deformation of a long-stroke hydraulic cylinder from its weight to the application of an operational longitudinal compressive force
Рис. 9. Приемник и мини видеокамера на штоке исследуемого гидроцилиндра привода рукояти одноковшовых экскаваторов Liebhere R317 Litronic с ковшом 0,85 м3, Hitachi Zaxis 230 с ковшом
1,4 м3 и Hyundai R330 LC-9S с ковшом 1,73 м3 соответственно Fig. 9. Receiver and mini video camera on the rod of the studied hydraulic cylinder of the handle drive of Liebhere R317 Litronic single-bucket excavators with a bucket of 0.85 m3, Hitachi Zaxis 230 with a bucket of 1.4 m3 and Hyundai R330 LC-9S with a bucket of 1.73 m3, respectively
поддерживающей опоры (см. рис. 8), т. е. для координаты х = ¡0 + г, составляет
Уя (х) = Ув] " IУ а (х) + Ув(х) + Уу(х) + У §(х)]=
= Ув Ъ—(х) + У в (х) + Уу(х) + У§(х)1
Ц/о + 2) + Н \
а максимальный ^ (х) для координаты хп равен
втах 4 ' втах
y<Qma (Х) = yQ
(/0 + Z) + I
[Уа (Х) + Ур (Х) + Уу (Х) + Уб (Х)]
(5)
Экспериментальное исследование деформации гидроцилиндра в результате его продольного нагружения
Данное исследование проводилось на основе предложенной технологии [14] в лабораторных условиях с применением разработанных и изготовленных оригинальных приспособлений и моделей (рис. 10-13).
Рис. 10. Излучатель устройства на корпусе (гильзе) исследуемого гидроцилиндра привода рукояти одноковшовых экскаваторов Liebhere R317 Litronic с ковшом 0,85 м3 и Hyundai R330 LC-9S с ковшом 1,73 м3 (фото слева), а также Hitachi Zaxis 230 с ковшом 1,4 м3 (фото справа) Fig. 10. Device emitter on the body (barrel) of the studied hydraulic cylinder of the dipper drive of Liebhere R317 Litronic single-bucket excavators with a bucket of 0.85 m3 and Hyundai R330 LC-9S with a bucket of 1.73 m3 (photo on the left), as well as Hitachi Zaxis 230 with bucket 1, 4 m3 (photo on the right)
Давление воздуха в полостях гидроцилиндра создавалось силовой (насосной) станцией (компрессором) учебного лабораторного комплекса «Гидравлические и пневматические приводы» производства ЗАО УИЦ «Экоинвест» и контролировалось манометром станции, а деформация гильзы фиксировалась посредством использования индикатора часового типа модели ИЧ с ценой деления 1 мкм (рис. 14). Дополнительно экспериментальное исследование деформации штока внутри гидроцилиндра при его продольном нагружении проводилось на основе предложенной технологии в лабораторных условиях с использованием компрессора стенда ЗАО УИЦ «Экоинвест» по схеме (рис. 15 и 16) на лабораторном стенде в условиях, приближенных к описанным.
Кроме этого, для эксплуатационных экспериментальных исследований более эффективно устройство (применительно для урх)) для оценки деформации длинноходового гидроцилиндра в результате приложения эксплуатационного продольного сжимающего усилия (см. рис. 8, 13 11) [15-19]. Исследование прогиба гидроцилиндра в результате его продольного нагруже-ния с применением описанного устройства в данном случае осуществляется в три этапа.
Рис. 11. Фрагмент экспериментального исследования деформации гидроцилиндра привода рукояти от его веса до приложения продольного сжимающего усилия в экскаваторе Liebhere R317 Litronic Fig. 11. Fragment of an experimental study of the deformation of the dipper drive hydraulic cylinder from its weight to the application of longitudinal compressive force in the Liebhere R317 Litronic excavator
Рис. 12. Приемник и мини видеокамера на штоке исследуемого гидроцилиндра Fig. 12. Receiver and mini video camera on the rod of the studied hydraulic cylinder
Рис. 13. Устройство для экспериментального исследования деформации длинноходового
гидроцилиндра на его штоке и корпусе Fig. 13. Device for experimental study of the deformation of a long-stroke hydraulic cylinder on its rod and body
На первом этапе при полностью задвинутом штоке гидроцилиндра необходимо сфокусировать луч лазера в центре шкалы приемника, тем самым «построив» ось абсцисс, являющуюся линией отсчета прогиба.
На втором этапе при постепенном движении штока ненагруженного давлением гидроцилиндра в статическом режиме посредством видеокамеры также пошагово фиксируется отклонение проекции луча лазера на линейке приемника, которое впоследствии переводится в значение прогиба ya(x) + yp(x) + yY(x) + ys(x) + yg(x)-
Рис. 14. Принципиальная схема и фрагмент экспериментального исследования прогиба гидроцилиндра при его продольном нагружении Fig. 14. Schematic diagram and a fragment of an experimental study of the deflection of a hydraulic cylinder under its longitudinal loading
Рис. 15. Принципиальная схема и фрагмент экспериментального исследования деформации штока внутри гидроцилиндра при его продольном нагружении Fig. 15. Schematic diagram and a fragment of an experimental study of rod deformation inside a hydraulic cylinder under its longitudinal loading
На третьем этапе при пошаговом движении штока нагруженного гидроцилиндра в статическом режиме посредством видеокамеры также фиксируется отклонение проекции луча лазера на линейке приемника, которое затем переводится в значение прогиба ур(х), являющегося приращением ранее зафиксированного прогиба уа(х) + ур(х) + уу(х) + у8(х) + уе(х).
При этом нагружение для каждого положения штока исследуемого силового гидроцилиндра ДСМ на третьем этапе осуществляется ее силовой установкой в процессе экскавации грунта или упором рабочего оборудования в непреодолимое препятствие при фиксированном значении давления рабочей жидкости в гидросистеме (рис. 17).
Окончательно искомое значение прогиба уР(х), в частности значение у (х), следует выделять из
ртах
зафиксированных опытных значений ур гидроцилиндра в вертикальной продольной плоскости, связанных со значением проекции луча лазера у
(применительно для ур(х)) (см. рис. 8) и включающих в себя прогибы уа(х), Ур(х), уу(х), уз(х) и Уд(х), уже имеющиеся у гидроцилиндра.
Так, например, прогиб ур гидроцилиндра в точке крепления к гильзе промежуточной сенсорной поддерживающей опоры (применительно для ур(х)) (см. рис. 8), т. е. для координаты х = 1<+2, составляет Ур (х) = Ур - [ у а (х) + Ур (х) + уу (х) +
+ Js (x) + Уд (x)] =
= Ур [
i
(l0 + z) +l3
] -
(6)
равен
Ур (x) = Ур
1 + z)+ l3
(7)
[Уа (x) + Ур(x) + Уу (x) + ys(x) + Уд (x)]
кавации грунта либо упором рабочего оборудования в непреодолимое препятствие при фиксированном значении давления рабочей жидкости в гидросистеме (рис. 17).
- [Уа (x) + Ур (x) + Уу (x) + Уs (x) + Уд (x)], а максимальный прогиб ур (x) для координаты
" ргппг
На втором этапе в процессе штатного функционирования ДСМ (применительно для yT(x)) (см. рис. 11, 13), в условиях воздействия на исследуемый гидроцилиндр всего комплекса эксплуатационной нагрузки [14-18] посредством видеокамеры непрерывно фиксируется отклонение проекции yTi луча лазера на линейке приемника, которое впоследствии переводится в значение полного прогиба yT(x), в том
числе, в значение У ( x) в точке x опасного
сечения штока гидроцилиндра.
Нагружение для каждого положения штока исследуемого силового гидроцилиндра ДСМ осуществляется ее силовой установкой в процессе экс-
Рис. 16. Фрагменты экспериментального исследования деформации штока внутри гидроцилиндра с фиксацией положения штока относительно его корпуса (гильзы) Fig. 16. Fragments of an experimental study of the deformation of the rod inside the hydraulic cylinder with fixing the position of the rod relative to its body (barrel)
Другими словами, прогиб уг (x) = Уг гидроцилиндра в точке крепления к гильзе промежуточной сенсорной поддерживающей опоры, т. е. для координаты х = l0+z, составляет
l
Ут (x) = Уг, = Ут,
l
0 + z)+13
(8)
а максимальный прогиб У (x) для координаты
x равен
1 max
x
р
x
р
Ут ( x) = Ут.
v -* mnv 4 ' " t
(lo + z ) + /3
(9).
надцати циклов экскавации при загрузке грузового автомобиля, целью которых было выявление операций копания с наибольшими нагрузками, действующими на этот гидроцилиндр. представлены фрагменты этого исследования с фиксацией длины L=[l3+(l0+z)] гидроцилиндра привода рукояти и угла 0 его наклона к поверхности тяготения, которые, в частности, характеризуют его предельное нагружение [16-19] (рис. 18, 19).
При этом принималось во внимание, что одноковшовый экскаватор Hitachi Zaxis 230 использовался для создания котлована глубиной ~ 5 м с зачисткой донной поверхности, образованной из песчаника, что вполне объясняет стохастический характер изменения этих величин.
Рис. 17. Фрагменты нагружения исследуемого гидроцилиндра привода рукояти одноковшового
экскаватора Hitachi Zaxis 230 копанием, а экскаватора Liebhere R317 Litronic посредством упора его рабочего оборудования в непреодолимое препятствие при экспериментальном исследовании деформации гидроцилиндра в результате приложения эксплуатационного продольного сжимающего усилия Fig. 17. Fragments of the loading of the investigated hydraulic cylinder of the dipper drive of the Hitachi Zaxis 230 single-bucket excavator by digging, and of the Liebhere R317 Litronic excavator by resting its working equipment against an insurmountable obstacle during an experimental study of the deformation of the hydraulic cylinder as a result of the operational longitudinal compressive force being applied
Кроме этого, в процессе эксплуатации проводились экспериментальные исследования продольно -поперечной деформации гидроцилиндра привода рукояти экскаватора Hitachi Zaxis 230 при разработке грунта III категории в процессе осуществления три-
Рис. 18. Фрагмент экспериментального исследования продольно-поперечного нагружения
гидроцилиндра привода рукояти с фиксацией изменения его длины L и ее разности AL в начале (линия 1) и в конце (линия 2) операции копания
экскаватора Hitachi Zaxis 230 Fig. 18. A fragment of an experimental study of the longitudinal-transverse loading of the dipper drive hydraulic cylinder with fixing the change in its length L and its difference AL at the beginning (line 1) and at the end (line 2) of the digging operation of the Hitachi Zaxis 230 excavator
x
т
max
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Номер цикла
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Номер цикла
Рис. 19. Фрагмент экспериментального исследования продольно-поперечного нагружения гидроцилиндра привода рукояти с фиксацией угла © его наклона к горизонту и его изменения Л© в начале (линия 1) и в конце (линия 2) операции
копания экскаватора Hitachi Zaxis 230 Fig. 19. Fragment of an experimental study of the longitudinal-transverse loading of the dipper drive hydraulic cylinder with fixing the angle © of its inclination to the horizon and its change Л© at the beginning (line 1) and at the end (line 2) of the digging operation of the Hitachi Zaxis 230 excavator
Экспериментальное исследование деформации гидроцилиндра в результате его эксплуатационного продольно-поперечного нагружения
Исследование проводилось на основе предложенной технологии по схеме (применительно для yT(x)) (см. рис. 8) в условиях эксплуатации ДСМ с применением разработанных и изготовленных оригинальных приспособлений (см. рис. 13).
Исследование полного прогиба yT(x) гидроцилиндра с применением описанного устройства осуществляется в два этапа.
На первом этапе при полностью задвинутом штоке гидроцилиндра необходимо сфокусировать луч лазера в центре шкалы приемника, тем самым визуально «построив» ось абсцисс, являющуюся
линией отсчета прогиба уТ..
Далее представлен фрагмент проведенного эксплуатационного экспериментального исследования продольно-поперечного нагружения гидроцилиндра привода рукояти с фиксацией изменения длины L гидроцилиндра в начале (линия 1) и в конце (линия 2) операции копания, а также ее изменения AL применительно к экскаватору Hitachi Zaxis 230 (рис. 19).
Представлен фрагмент исследования продольно-поперечного нагружения гидроцилиндра привода рукояти с фиксацией угла © его наклона к горизонту в начале (линия 1) и в конце (линия 2) операции копания, а также величины его изменения A©, применительно к экскаватору Hitachi Zaxis 230 (рис. 20).
3,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Номер HHK.ui
АК, м 1,4-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Номер цикля
Рис. 20. Фрагмент экспериментального исследования продольно-поперечного нагружения гидроцилиндра привода рукояти с оценкой критерия К и диапазона его изменения AK в начале (линия 1) и в конце (линия 2) операции копания экскаватора Hitachi Zaxis 230 Fig. 20. Fragment of an experimental study of the longitudinal-transverse loading of the dipper drive hydraulic cylinder with an assessment of the K criterion and the range of its change ЛК at the beginning (line 1) and at the end (line 2) of the digging operation of the Hitachi Zaxis 230 excavator
Однако эмпирические кривые (рис. 19, 20) не всегда достаточно достоверно иллюстративно представляют области копания одноковшового экскаватора с наибольшими параметрами L и О нагружения гидроцилиндра привода его рукояти.
С целью устранения этого недостатка при обработке полученной эмпирической информации c учетом уже названных величин L и О целесообразно использовать критерий K наибольшего нагружения гидроцилиндра рабочего оборудования ДСМ: длина максимальная, положение горизонтальное, аналитически отображенного записью (3) (рис. 21).
K = L ■ coS® —> max. (10)
Рис. 21. Фрагмент экспериментального исследования продольно-поперечного нагружения
гидроцилиндра привода рукояти с оценкой отклонения на шкале промежуточного приемника луча У7 и диапазона изменения Ду^ прогиба уг в
начале (линия 1) и в конце (линия 2) операции
копания экскаватора Hitachi Zaxis 230 Fig. 21. A fragment of an experimental study of the longitudinal-transverse loading of the dipper drive hydraulic cylinder with an assassment of the deviation on the scale of the intermediate receiver of the beam y7 and the range of change Ду of the deflection y7 at
the beginning (line 1) and at the end (line 2) of the digging operation of the Hitachi Zaxis 230 excavator
С этой позиции наибольший интерес эксплуатационного продольно-поперечного нагружения гидроцилиндра привода рукояти одноковшового экскаватора при разработке им грунта III категории в процессе осуществления тринадцати циклов экскавации представляют первый, второй, шестой и седьмой циклы, что же подтверждается и кривыми ут и Ауг (см. рис. 19 и 20). Проведенные в лабораторных условиях и в условиях эксплуатации гидро-фицированных ДСМ экспериментальные исследования деформации гидроцилиндров привода их рабочего оборудования позволяют заключить:
1. В процессе продольно-поперечного нагруже-ния гидроцилиндра его шток деформируется внутри гильзы, приводя к уменьшению вплоть до нуля угла несоосности подвижных контактирующих элементов в сопряжении «поршень - гильза» и увеличению его в сопряжении «шток - направляющая втулка», вследствие чего изменяется площадь их контакта.
2. Значение прогиба уе(/0+г) в точке соединения гильзы со штоком ] = (¡о+г) изменяется от 0 до 1,5 мм при выдвижении штока горизонтально расположенного гидроцилиндра и уменьшается вплоть до нуля при его вертикальном положении, что подтверждает ранее проведенные авторами аналитические исследования.
3. Гидроцилиндр привода рукояти в процессе цикла экскавации подвергается наибольшему нагружению при копании, что составляет 80 % от продолжительности операции [20].
4. Гидроцилиндр подвержен значительной деформации ур(х) только в процессе копания грунта.
5. При проведении экспериментов нашло свое подтверждение равенство уг (х0) = уГо (х0)+у Р (х0).
6. Изменение значения полного прогиба йу7 в точке ] = (¡0+z) в процессе копания грунта III категории экскаваторами IV-VI размерных групп происходит за счет роста величины прогиба ур(10+г) и составляет в среднем от 1 до 7 мм для текущих значений г и &, что должно приниматься во внимание при назначении предельного значения диагностического параметра у > у несущей способности гидроцилиндра.
тпред У
7. Изложенная технология экспериментального исследования деформации гидроцилиндра на строительной площадке рекомендуется к использованию в качестве метода диагностирования гидроцилиндров рабочего оборудования ДСМ по несущей способности, а также в качестве лабораторных средств для осуществления образовательного процесса [20].
8. Накопленный в процессе экспериментальных исследований массив статистической информации дает возможность спрогнозировать в будущем изменение технического состояния конкретного по назначению и параметрам гидроцилиндра по несущей способности и, тем самым, реализовать на практике преимущества внедрения диагностики в процесс технического обслуживания и ремонта машин.
Список литературы
1. Кобзов Д.Ю., Лапшин В.Л., Тарасов В.А., Жмуров В.В. Гидроцилиндры дорожных и строительных машин. Ч. 3. Несущая способность // Братск. гос. ун-т. Братск, 2011. 88 с., ил., библиогр. 93 назв. Рус. - Деп. в ВИНИТИ РАН 27.01.2011, № 27-В2011.
2. Кобзов Д.Ю., Губанов В.Г., Жмуров В.В., Кобзов А.Ю. Практические рекомендации по созданию длинноходово-го гидроцилиндра с промежуточной сенсорной поддерживающей опорой // Системы. Методы. Технологии. 2020. № 3 (47). С. 28-42.
3. Kobzov D.Yu., Repin S.V., Gubanov V.G. Criterion estimation of stability of hydraulic cylinder and method of increasing its reliability under conditions of longitudinal-transverse loading. E3S Web of Conferences 164, 08022 (2020).
4. Кобзов Д.Ю., Лапшин В.Л., Репин С.В., Губанов В.Г., Лханаг Д. Устойчивость гидроцилиндров транспортно-технологических машин // Вестник гражданских инженеров. СПб.: СПбГАСУ, 2019, 1(72). С. 158-167.
5. Потахов Д.А. Определение напряжённо-деформированного состояния силового гидроцилиндра в режиме динамического нагружения // Известия Уральского государственного горного университета, 2019. Вып. 3(55). С. 104-110.
6. Нго Ван Туан, Севегин С.В., Нго Ву Нгуэн. Закономерности изнашивания сопряжённых поверхностей цилиндра и поршня гидроцилиндров горных машин // Сб. тр. НТК «Научный диалог: Молодой учёный», Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», 2020. С. 8-9.
7. Набатников Ю.Ф., Нго Ван Туан. Точность изготовления, уровень качества, ресурс гидросистем механизированных крепей и технология обеспечения этих параметров // Горный информационный бюллетень (научно-технический журнал), 2019, № 3. С. 192-198.
8. Sevagin S.V., Mnatsakayan V.U. Ensuring the required manufacturing quality of hydraulic cylinder rods in mining machines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, Vol. 709 044095.
9. Кобзов Д.Ю. Экспресс-диагностика несущей способности гидроцилиндров машин / Д.Ю. Кобзов, С.В. Усова // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2009. № 3 (23). С. 174-179.
10. Кобзов Д.Ю., Ереско С.П., Трофимов А.А., Кулаков А.Ю., Жмуров В.В. Гидроцилиндры дорожных и строительных машин. Ч. 5. Техническое диагностирование // Братск. гос. ун-т. Братск, 2011. 119 с., ил., библ. 130 назв. Рус. - Деп. в ВИНИТИ РАН 21.07.2011, № 360-В2011.
11. Ding W.S., Zhang X., Fan Y.J. Сalculation and analysis of deflection on piston rod of slim hydraulic hoist cylinder. Huanan Ligong Daxue Xuebao (Ziran Kexue Ban). 2014. Vol. 42. № 1. Pp. 17-21.
12. Кобзов Д.Ю., Тарасов В.А., Трофимов А.А. Гидроцилиндры дорожных и строительных машин. Ч. 2. Условия эксплуатации, рабочий процесс, режим работы и параметры нагружения // Братск. гос. техн. ун-т. Братск, 1999. 108 с., ил., библиогр. 179 назв. Рус. - Деп. в ВИНИТИ 01.12.1999, № 3552-В1999.
13. Попов В.Б. Определение закона движения поршня рабочего гидроцилиндра, нагруженного навесной машиной в процессе ее подъёма // Сб. тр. НТК Гомельского государственного технического университета имени П.О. Сухого, 2014. С. 77-78.
14. Зорченко М.Ю., Тумаков А.А. Исследование силовой нагрузки гидроцилиндров горизонтирования крутосклонной технологической машины в режиме борового выравнивания // Молодой исследователь Дона, 2017, № 3(6). С. 29-34.
15. Бояркина И.В., Тарасов В.Н. Закономерности приведения масс элементов рабочего оборудования к поршню силового гидроцилиндра для размерного ряда ковшовых стреловых машин // Динамика систем, механизмов и машин, 2016, № 1. С. 16-22.
16. Павлов А.И., Тарбеев А.А. Моделирование динамических процессов в гидроцилиндрах лесных машин // Вестник Поволжского государственного технологического университета, 2017, № 3. С. 87-94.
17. Pavlov A.I., Tarbeev A.A., Egorov A.V., Polyanin I.A., Alibekov S.Ya., Lysyannikov A.V., Kaizer Yu.F. and Matkeri-mov T.Y. Oscillating method for monitoring the technical conditions of the hydraulic cylinder of manipulator machines. IOP Publishing Journal of Physics: Conference Series, 1515 (2020) 042053.
18. Pavlov A.I., Tarbeev A.A., Egorov A.V., Polyanin I.A., Alibekov S.Ya., Lysyannikov A.V., Kaizer Yu.F. and Matkeri-mov T.Y. Method for determining the optimal operation time before replacement of high-pressure hoses of hydraulic drives of transport and technological machines. IOP Publishing Journal of Physics: Conference Series, 1515 (2020) 042065.
19. Pavlov A.I., Tarbeev A.A., Egorov A.V., Polyanin I.A., Alibekov S.Ya., Lysyannikov A.V., Kaizer Yu.F. and Sharsh-embiev J.S. Special method for monitoring the technical conditions of the hydraulic drives of forest harvester machines. IOP Publishing Journal of Physics: Conference Series, 1515 (2020) 042086.
20. Longke Wang, Waine J. Book, James D. Huggins. A Hydraulic circuit for single rod cylinders. Journal of Mechanical Design. January 2012. Vol. 134/011019.
21. Huafeng Ding, Wenao Cao, Andres Kecskemethy, Zhen Huang. Complete atlas database of 2-DOF kinematic chains and creative design of mechanisms. Journal of Mechanical Design. March 2012. Vol. 134/031006.
22. Jicheng Xia, William K. Durfee. Analisis of small-scale hydraulic actuation systems. Journal of Mechanical Design. September 2013. Vol. 135/091001.
23. Longke Wang, Waine J. Book. Using leakage to stabilize a hydraulic circuit for pump controlled actuators. Journal of Mechanical Design. November 2013. Vol. 135/061007.
24. Павлов А.И., Лощенко П.Ю. Способ диагностирования гидроцилиндров лесных машин в функциональном режиме // Лесной вестник, 2013, № 3. С. 178-180.
25. Васькович Д.А., Филатова А.В. Способы измерения линий на местности при строительстве автодорог // Научный альманах. 2018. № 1-2(39). С. 17-20.
References
1. Kobzov D.Yu., Lapshin V.L., Tarasov V.A., Zhmurov V.V. Gidrotsilindry dorozhnykh i stroitel'nykh mashin. Ch. 3. Nesushchaya sposobnost' [Hydraulic cylinders for road and construction vehicles. Part 3. Bearing capacity]. Bratsk State Un-ty Publ., Bratsk, 2011. 88 p., Ill., Bibliogr. 93 titles. Rus. Dep. in VINITI RAN January 27, 2011. No. 27-V2011.
2. Kobzov D.Yu., Gubanov V.G., Zhmurov V.V., Kobzov A.Yu. Prakticheskie rekomendatsii po sozdaniyu dlinnokhodo-vogo gidrotsilindra s promezhutochnoi sensornoi podderzhivayushchei oporoi [Practical recommendations for creating a long-stroke hydraulic cylinder with an intermediate sensor support] // Sistemy. Metody. Tekhnologii [Systems. Methods. Technologies], 2020. No. 3 (47). Pp. 28-42.
3. Kobzov D.Yu., Repin S.V., Gubanov V.G. Criterion estimation of stability of hydraulic cylinder and method of increasing its reliability under conditions of longitudinal-transverse loading. E3S Web of Conferences 164, 08022 (2020).
4. Kobzov D.Yu., Lapshin V.L., Repin S.V., Gubanov V.G., Lhanag D. Ustoichivost' gidrotsilindrov transportno-tekhnologicheskikh mashin [Stability of hydraulic cylinders of transport and technological machines] // Vestnik grazhdanskikh inzhenerov [Bulletin of civil engineers], 2019, 1 (72). St. Petersburg: SPbGASU Publ., Pp. 158-167.
5. Potakhov D.A. Opredelenie napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya silovogo gidrotsilindra v rezhime dinamich-eskogo nagruzheniya [Determination of the stress-strain state of the hydraulic power cylinder in the dynamic loading mode] // Izvestiya Ural'skogo gosudarstvennogo gornogo universiteta [Bulletin of the Ural State Mining University], 2019. Iss. 3 (55). Pp. 104-110.
6. Ngo Van Thuan, Sevegin S.V., Ngo Vu Nguyen. Zakonomernosti iznashivaniya sopryazhennykh poverkhnostei tsilindra i porshnya gidrotsilindrov gornykh mashin [Regularities of wear of the conjugated surfaces of the cylinder and piston of hydraulic cylinders of mining machines]. Sb. tr. NTK «Nauchnyi dialog: Molodoi uchenyi» [Proc. of STC "Scientific Dialogue: Young Scientist"]. National Research Technological University "MISiS" Publ., 2020. Pp. 8-9.
7. Nabatnikov Yu.F., Ngo Van Thuan. Tochnost' izgotovleniya, uroven' kachestva, resurs gidrosistem mekhanizirovannykh krepei i tekhnologiya obespecheniya etikh parametrov [Manufacturing accuracy, quality level, resource of hydraulic systems of powered roof supports and technology for ensuring these parameters] // Gornyi informatsionnyi byulleten' (nauchno-tekhnicheskii zhurnal) [Mining information bulletin (scientific and technical journal)], 2019. No. 3. Pp. 192-198.
8. Sevagin S.V., Mnatsakayan V.U. Ensuring the required manufacturing quality of hydraulic cylinder rods in min-ing machines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020. Vol. 709 044095.
9. Kobzov D.Yu., Usova S.V. Ekspress-diagnostika nesushchei sposobnosti gidrotsilindrov mashin [Express diagnostics of the bearing capacity of hydraulic cylinders of machines] // Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern technologies. System analysis. Modeling], 2009. No. 3 (23). Pp. 174-179.
10. Kobzov D.Yu., Eresko S.P., Trofimov A.A., Kulakov A.Yu., Zhmurov V.V. Gidrotsilindry dorozhnykh i stroitel'nykh mashin. Ch. 5. Tekhnicheskoe diagnostirovanie [Hydraulic cylinders for road and construction machines. Part 5. Technical diagnostics]. Bratsk State University. Bratsk, 2011, 119 p., Ill., Bibl. 130 titles. Rus. Dep. at VINITI RAS on July 21, 2011, No. 360-V2011.
11. Ding W.S., Zhang X., Fan Y.J. Calculation and analysis of deflection on piston rod of slim hydraulic hoist cylinder. Huanan Ligong Daxue Xuebao (Ziran Kexue Ban), 2014. Vol. 42. No. 1. Pp. 17-21.
12. Kobzov D.Yu., Tarasov V.A., Trofimov A.A. Gidrotsilindry dorozhnykh i stroitel'nykh mashin. Ch. 2. Usloviya eksplu-atatsii, rabochii protsess, rezhim raboty i parametry nagruzheniya [Hydraulic cylinders of road and construction machines. Part 2. Operating conditions, work process, operating mode and loading parameters]. Bratsk State Tech. University. Bratsk, 1999. 108 p., Ill., Bibliogr. 179 titles. Rus. Dep. in VINITI 01.12.1999, No. 3552-V1999.
13. Popov V.B. Opredelenie zakona dvizheniya porshnya rabochego gidrotsilindra, nagruzhennogo navesnoi mashinoi v protsesse ee pod"ema [Determination of the law of motion of the piston of a working hydraulic cylinder, loaded with a hinged machine in the process of its lifting]. Sb. tr. NTK Gomel'skogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta imeni P.O. Su-khogo [Proc. of SRT of Sukhoi Gomel State Technical University], 2014. Pp. 77-78.
14. Zorchenko M.Yu., Tumakov A.A. Issledovanie silovoi nagruzki gidrotsilindrov gorizontirovaniya krutosklonnoi tekhno-logicheskoi mashiny v rezhime borovogo vyravnivaniya [Investigation of the power load of the hydraulic cylinders for leveling a steep-slope technological machine in the lateral leveling mode] // Molodoi issledovatel' Dona [Young Researcher of the Don], 2017. No. 3 (6). Pp. 29-34.
15. Boyarkina I.V., Tarasov V.N. Zakonomernosti privedeniya mass elementov rabochego oborudovaniya k porshnyu silo-vogo gidrotsilindra dlya razmernogo ryada kovshovykh strelovykh mashin [Regularities of bringing the masses of the working equipment elements to the piston of the hydraulic power cylinder for the size range of bucket boom machines] // Dinamika sis-tem, mekhanizmov i mashin [Dynamics of systems, mechanisms and machines], 2016. No. 1. Pp. 16-22.
16. Pavlov A.I., Tarbeev A.A. Modelirovanie dinamicheskikh protsessov v gidrotsilindrakh lesnykh mashin [Modeling of dynamic processes in hydraulic cylinders of forest machines] // Vestnik Povolzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Volga State Technological University], 2017. No. 3. Pp. 87-94.
17. Pavlov A.I., Tarbeev A.A., Egorov A.V., Polyanin I.A., Alibekov S.Ya., Lysyannikov A.V., Kaizer Yu.F. and Matkeri-mov T.Y. Oscillating method for monitoring the technical conditions of the hydraulic cylinder of manipulator machines. IOP Publishing Journal of Physics: Conference Series, 1515 (2020) 042053.
18. Pavlov A.I., Tarbeev A.A., Egorov A.V., Polyanin I.A., Alibekov S.Ya., Lysyannikov A.V., Kaizer Yu.F. and Matkeri-mov T.Y. Method for determining the optimal operation time before replacement of high-pressure hoses of hydraulic drives of transport and technological machines. IOP Publishing Journal of Physics: Conference Series, 1515 (2020) 042065.
19. Pavlov A.I., Tarbeev A.A., Egorov A.V., Polyanin I.A., Alibekov S.Ya., Lysyannikov A.V., Kaizer Yu.F. and Sharsh-embiev J.S. Special method for monitoring the technical conditions of the hydraulic drives of forest harvester machines. IOP Publishing Journal of Physics: Conference Series, 1515 (2020) 042086.
20. Wang L., Book W.J., Huggins J.D. A Hydraulic circuit for single rod cylinders. Journal of Me-chanical Design. January 2012. Vol. 134/011019.
21. Ding H., Cao W., Kecskemethy A., Huang Zh. Complete atlas database of 2-DOF kinematic chains and creative design of mechanisms. Journal of Mechanical Design. March 2012. Vol. 134/031006.
22. Xia J., Durfee W.K. Analisis of small-scale hydraulic actuation systems. Journal of Mechanical Design. September 2013. Vol. 135/091001.
23. Wang L., Book W.J. Using leakage to stabilize a hydraulic circuit for pump controlled actuators. Journal of Mechanical Design. November 2013. Vol. 135/061007.
24. Pavlov A.I., Loshchenko P.Yu. Sposob diagnostirovaniya gidrotsilindrov lesnykh mashin v funktsional'nom rezhime [A method for diagnosing hydraulic cylinders of forest machines in a functional mode] // Lesnoi vestnik [Forestry Bulletin], 2013. No. 3. Pp. 178-180.
25. Vaskovich D.A., Filatova A.V. Sposoby izmereniya linii na mestnosti pri stroitel'stve avtodorog [Methods of measuring lines on the ground during the construction of highways] // Nauchnyi al'manakh [Science Almanac], 2018. No. 1-2 (39). Pp. 17-20.
Информация об авторах
Кобзов Дмитрий Юрьевич - д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры подъемно-транспортных, строительных дорожных машин и оборудования, Братский государственный университет, г. Братск, e-mail: kobzov7159@mail.ru Лапшин Владимир Леонардович - д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры механики и сопротивления материалов, Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, e-mail: lapshin@istu.edu Губанов Владимир Георгиевич - соискатель, Братский государственный университет, г. Братск, e-mail: info@hydrotrans.ru
Жмуров Владимир Витальевич - канд. техн. наук, доцент кафедры подъемно-транспортных, строительных дорожных машин и оборудования, Братский государственный университет, г. Братск, e-mai wzhmurov@mail.ru Кобзова Инна Олеговна - старший преподаватель кафедры машиноведения, механики и инженерной графики, Братский государственный университет, г. Братск, e-mai: kobzovaio@mail.ru
DOI 10.26731/1813-9108.2020.4(68).32-40
Information about the authors
Dmitrii Yu. Kobzov - Doctor of Engineering Science, Professor, Professor of the Subdepartment of Hoisting and Transport, Construction Road Machines and Equipment, Bratsk State University, Bratsk, e-mail: kobzov7159@mail.ru Vladimir L. Lapshin - Doctor of Engineering Science, Professor, Professor of the Subdepartment of Mechanics and Strength of Materials, Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, e-mail: lapshin@istu.edu, Vladimir G. Gubanov - external Ph.D. student, Bratsk State University, Bratsk, e-mail: info@hydrotrans.ru
Vladimir V. Zhmurov - Ph.D. in Engineering Science, Associate Professor of the Subdepartment of Hoisting and Ttransport, Construction Road Machines and Equipment, Bratsk State University, Bratsk, e-mai wzhmurov@mail.ru Inna O. Kobzova - Senior Lecturer of the Subdepartment of Machine Science, Mechanics and Engineering Graphics, Bratsk State University, Bratsk, e-mai: kobzovaio@mail.ru
УДК 621.95.025.7
Оценка влияния расслоений на ресурс деталей из углепластика
А. А. СтуровИ, Н. С. Чащин, Ю. Н. Иванов, А. А. Макарук
Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Российская Федерация И hiero@ex.istu.edu
Резюме
В современном машиностроении активно внедряются изделия, содержащие элементы из композиционных и металлических материалов. Соединение таких изделий выполняется с помощью болтов или заклепок. При формировании отверстий в композиционных материалах существует риск возникновения дефектов типа «расслоение». В связи с этим цель данного исследования заключается в изучении ресурсных характеристик углепластика, имеющего подповерхностное расслоение вокруг отверстия, вызванного внешним воздействием. Рассматривается оригинальный способ нанесения дефектов на образцы, обеспечивающий высокую повторяемость зоны повреждения. В статье сравниваются полученные результаты повторно-статических испытаний бездефектных образцов, образцов с расслоениями и образцов, подвергнутых ремонту. Предложена методика проведения статических и цикловых испытаний на сервогидравлических испытательных машинах с использованием специальной четырехточечной оснастки для нагружения образцов. Статические и цикловые испытания были проведены на универсальной сервогидравлической испытательной машине «Shimadzu» (Япония). Во время испытаний образцы подвергались неразрушающему ультразвуковому контролю на всех этапах при помощи ультразвукового комплекса «ELISA» фирмы «GMI» (Франция). В ходе исследований проведены статические прочностные испытания образцов, на основе которых были подобраны диапазоны нагружения для циклических испытаний, разработана методика и оснащение для нанесения идентичных дефектов на образцах, разработана методика ремон-
