CC BY
53
СЕМИНАР 20
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© Т.Ю. Набатникова,
Ю.Ф. Набатников, 2001
УДК 539.413:622.284.54
Т.Ю. Набатникова, Ю.Ф. Набатников ОБОСНОВАНИЕ ВИДА ПОСАДОК СОЕДИНЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ В ЗАДЕЛКАХ ГИДРОСТОЕК
В зависимости от случайного сочетания зазоров в единениях деталей гидростойки и их конструктивных размеров изгибающий момент, действующий на заделку, может восприниматься либо поршнем и направляющей втулкой (грундбуксой), либо только поршнем, либо только грундбуксой. В первом случае условия гружения улучшаются, так как существенно ся база заделки, воспринимающая изгибающий момент.
Второй и третий случаи являются неблагоприятными.
Величины зазоров в соединениях и их сочетания зависят от вида посадок, которые задает конструктор, и законов распределения размеров деталей соединений, которые реализуются в процессе изготовления этих деталей.
По этим причинам процесс возникновения определенной схемы перекоса плунжера в заделке гидростойки носит случайный характер. С целью определения вероятности возникновения различных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки на кафедре ТМР МГГУ разработана программа их моделирования на ПВМ. Эта программа была использована нами для обоснования вида посадок соединений деталей в заделках гидростоек.
В качестве закона распределения размеров деталей соединений был выбран нормальный закон для условий крупносерийного производства, закон треугольника для среднесерийного и закон равной вероятности для условий единичного и мелкосерийного производства. Предельные отклонения размеров деталей соединений задавались в соответствии с их посадками по единой системе допусков и посадок для интервала номинальных размеров 180-250мм. Этот интервал размеров является наиболее распространенным в конструкциях гидростоек. Значение конструктивного параметра К, равного отношению длины грундбуксы к длине поршня, изменялось от Ктт = 0,5 до Ктах = 1,5. Количество моделируемых соединений принималось равным N1 = =300, N2 = 500,
N3 = 900. Сразу отметим, что изменение результатов моделирования в зависимости от N не превышало 1,5 % по абсолютной величине. Дальнейший анализ полученных результатов приведен для N = N1 = 900.
На первом этапе моделировались схемы перекоса плунжера в заделке гидростойки для посадок, принятых в практике конструирования гидроцилиндров: Н9/© и
Н9/Ь8 - для соединения «карман» цилиндра -грундбукса; Н9/© - для сопряжения грундбуксы и штока; Н9/© и Н9Д7 - для соединения цилиндра с поршнем.
Из результатов моделирования следует, что наименьшая ность возникновения
ятных схем перекоса имеет место при определенном значении параметра К = Копт., близком к единице (рис.1, 2, 3). С другой стороны, для комбинаций посадок, используемых в практике конструирования цилиндров, вероятность воз-вения неблагоприятных схем перекоса достаточно велика. Особенно это проявляется при распределении размеров деталей соединений по закону равной вероятности (рис. 1). Самыми неблагоприятными комбинациями посадок из рассмотренных на первом этапе моделирования следует считать соединение «кармана» цилиндра с грундбуксой по посадке Н9/©, грундбуксы и штока по посадке Н9Д7 и цилиндра с поршнем по посадке Н9Д7. Это объясняется тем, что зазоры в соединениях грундбукса-шток и цилиндр-поршень при использовании посадки Н9Д7 уменьшаются по сравнению с зазорами в случае использования посадки Н9/©. В результате ограничивается свобода перемещений в соединениях, и, как следствие, резко (более чем в 2,5 раза) увеличивается вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса.
Необходимо отметить, что уменьшение зазоров в соединениях приводит к уменьшению изгибающего момента, действующего на заделку. Однако влияние этого фактора на уменьшение момента незначительно [1]. В то же время, при неблагоприятных схемах перекоса плунжера в заделке существенно увеличиваются нормальные силы и контактные напряжения. Кроме того, изготовление плунжера по седьмому квалитету точности более трудоемко и дорого, чем по девятому.
Из условий возникновения схем перекоса плунжера в заделке следует, что вероятность возникновения неблагоприятных схем тем меньше, чем меньше сумма зазоров во всех соединениях. Этого можно добиться, уменьшая зазор в соединениях «карман» цилиндра - грундбукса, не изменяя при этом зазоры в соединениях грундбукса - шток и цилиндр - поршень. Поэтому на втором этапе моделировались перекосы плунжера в заделке при соединениях цилиндра с поршнем и грундбуксы со штоком по посадке Н9/©. Зазор в соединении «карман» цилиндра - наружная поверхность грундбуксы последовательно уменьшался за счет повышения точности изготовления сопрягаемых деталей.
вышении точности изготовления наружной поверхности грундбуксы и «кармана» цилиндра на один или два ква-литета вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке уменьшается более чем на порядок по сравнению с посадкой H9/f9 при распределении размеров деталей соединений по нормальному закону и закону треугольника; и более чем в четыре раза - при распределении размеров по закону равной вероятности. Из рассмотренных при моделировании посадок в соединении «карман» цилиндра - грундбукса наиболее целесообразной следует считать посадку H8/h7. При этой посадке вероятность возникновения неблагоприятных схем плунжера в заделке равна: 0,22 % (Копт = =0,85-0,9), 0,7 % (Копт = 1,0) и 6,8 % (Копт. = 1,0) для соответствующих законов распределения размеров деталей соединений. Отметим, что при посадке H7/h7 эта вероятность еще меньше. Однако изготовление «кармана» цилиндра в этом случае более сложно, трудоемко и дорого по сравнению с посадкой H8/h7.
Особый интерес представляет анализ варианта, при котором полностью исключается возможность возникновения неблагоприятных перекосов плунжера в заделке. Учитывая, что зазоры в соединениях грундбукса-шток и цилиндр-поршень функционально необходимы, мы ис-
Рис. 2. Изменение вероятности возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки в зависимости от сочетания посадок в соединениях и параметра К
ключили возможность перемещения в соединении «карман» цилиндра-наружная поверхность грундбуксы. Такой случай предполагает, что соединение этих деталей выполнено по гладкой цилиндрической посадке с натягом или по резьбовой посадке с натягом или применено какое-либо другое конструктивное решение, исключающее возможность перемещения деталей в этом соединении. Расчеты по этому варианту показали, что вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке полностью исключается при нормальном законе распределения размеров деталей соединений. Диапазон изменения значений параметра K, при которых эта вероятность равна нулю, довольно широк (Копт. = 0,7-1,25). Для закона треугольника и закона равной вероятности количество неблагоприятных схем перекоса соответственно составило 0,1 % (Кош. = 0,85-1,2) и 1,9 % (Копт. = 1,0) от общего.
Необходимо отметить, что практическая реализация данного варианта усложняет технологию сборки и разборки гидростоек и технологию изготовления деталей (нарезание резьб и т. п.) по сравнению с действующими технологиями. Однако этот вариант обеспечивает оптимальное расположение плунжера в заделке гидростойки практически для всех сочетаний действительных размеров деталей соединений, так как заводы угольного маши-
Рис. 4. Зависимость изменения вероятности возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке от величины зазора
ностроения преимущественно ориентированы на крупно-и среднесерийное производство.
Дальнейшее моделирование проводилось с целью определения зависимостей изменения вероятности возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки от изменения величины зазоров в соединениях грундбукса-шток и цилиндр- поршень. Рассматривались три варианта. Во всех трех вариантах вид посадки в соединении «карман» цилиндра-грундбукса оставался неизменным (Н9Я9). Для всех вариантов был принят нормальный закон распределения размеров деталей соединений.
В первом варианте последовательно изменялся вид посадки в соединении грундбукса-шток (с Н7Я9 по Н16/©), а вид посадки в соединении цилиндр-поршень оставался неизменным (Н9Я9). Во втором случае по аналогичной схеме изменялся вид посадки в соединении цилиндр-поршень, а вид посадки в соединении грундбукса-шток оставался неизменным (Н9Я9). Результаты моделирования по этим двум вариантам показывают, что наименьшая вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке имеет место при одинаковых видах посадок в соединениях грундбукса-шток (Н9Я9) и цилиндр-поршень (Н9Я9). При изменении зазора в одном из соединений эта вероятность резко увеличивается (рис. 4 , кривая 1).
Отметим, что на рис. 4 представлена одна кривая, хотя моделировалось два варианта. Это связано с тем, что вид кривых и величина изменения вероятности почти одинаковы для этих двух случаев. Если связать увеличение зазора с величиной износа в одном из соединений, то получим кривую изменения вероятности возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки от износа, аналогичную кривой 1, представленной на рис. 4.
В третьем варианте изменялись виды посадок одновременно в соединениях грундбукса-шток и цилиндр-поршень. При этом в каждом конкретном случае были взяты одинаковые виды посадок. Результаты моделирования показывают, что в этом случае вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки с увеличением зазоров в соединениях либо практически не изменяется, либо существенно уменьшается (рис. 4, кривая 2).
Проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы:
1. Величины минимального и максимального зазоров в соединениях грундбукса-шток и цилиндр-поршень должны быть соответственно равны. Это позволяет свести к минимуму вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки Данное условие предполагает, что для заданного интервала номинальных размеров деталей виды посадок в этих соединениях должны быть одинаковыми. Если интервалы номинальных размеров деталей в соединениях не совпадают, то необходимо назначать посадки с близкими ми-
нимальными и максимальными зазорами в обоих соединениях.
2. Повышение точности изготовления деталей, и, следовательно, уменьшение зазоров в соединениях грун-дбукса - шток и цилиндр - поршень приводит к увеличению вероятности возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки. Так, замена посадки H9/f9 в этих соединениях на посадку H9/f7 повышает вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке более чем в два раза
3. Для соединений грундбуксы со штоком и цилиндра с поршнем, изготовленных по квалитетам, менее точным, чем девятый, вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке уменьшается в случае, если виды посадок в этих соединениях одинаковы. Так, замена посадки HlG/hlG в соединениях грун-дбукса-шток и цилиндр-поршень на посадку H14/h14 уменьшает вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке с 16 % до 1 %.
4. Увеличение зазора вследствие износа в одном из соединений грундбукса-шток или цилиндр-поршень резко увеличивает вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки. Так, увеличение зазора в соединении цилиндр-поршень с 2GG до 340 мкм увеличивает вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке с 11 % до 54 %. Если износ в этих соединениях одинаков, то эта вероятность не увеличивается и даже может уменьшиться.
5. Для уменьшения вероятности возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки необходимо уменьшать зазор в соединении «карман» цилиндра-наружная поверхность грундбуксы. Так, замена посадки H9/f9 в этом соединении на посадку H8/h7 более чем на порядок уменьшает вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке. При исключении зазора в этом соединении (посадка с натягом, резьбовая посадка с натягом и т. п.) эта вероятность становится равной нулю.
6. Величина отношения длины грундбукса к длине поршня, при которой вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки минимальна, должна определяться в каждом кон-
кретном случае по результатам моделирования. Для рассмотренных видов посадок этот параметр лежит в интервале 0,85.. .1,15.
7. Условия перекоса плунжера в заделке гидростойки учитывают лишь геометрические параметры со-
единений. В связи с этим, при окончательном уточнении посадок в соединениях необходимо учитывать деформации, вызванные давлением рабочей жидкости, а также контактным взаимодействием деталей соединений.
------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Набатникова Т.Ю. Влияние зазоров в соединениях на величину изгибающих моментов и запасов прочности гидростоек и домкратов. Горный информационно-аналитический бюллетень №4, - М., МГГУ, 2000.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------------------------------
,____________________________________________________________________________£)
Набатникова Т.Ю. - инженер, ЛЭМЗ.
Набатников Ю.Ф. — доцент, кандидат технических наук, Московский государственный горный университет.
