CC BY
30
© Т.Ю. Набатникова, Ю.Ф. Набатников, 2003
УЛК 539.413:622.284.54
Т.Ю. Набатникова, Ю.Ф. Набатников
ВЛИЯНИЕ ЛЕФОРМАЦИИ ЦИЛИНЛРА ОТ ЛАВЛЕНИЯ РАБОЧЕЙ ЖИЛ КОСТИ НА ПОЛОЖЕНИЕ ПЛУНЖЕРА В ЗАЛЕЛКЕ ГИЛРОСТОЙКИ
В [1, 2] рассмотрено влияние зазоров в соединениях на положение плунжера в заделке гидростойки и обоснована наиболее целесообразная комбинация посадок в соединениях, при которой вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса минимальна. Под неблагоприятными схемами перекоса плунжера понимаются схемы, при которых изгибающий момент, действующий на заделку, воспринимается либо только грундбуксой (схема 2), либо только поршнем (схема 3). Установлено, что вероятность возникновения таких перекосов минимальна при соединении «кармана» цилиндра с грундбуксой по посадке Н8/Ь7, грундбуксы со штоком - по Н9Д9, и цилиндра с поршнем - по Н9Д9.
Необходимо отметить, что полученные результаты не учитывают влияния диаметральной деформации рабочей поверхности гидроцилиндра (деформации цилиндра) под действием давления рабочей жидкости. Известно, что упругую деформацию цилиндра (АВ) под действием давления (Р) можно определить по формуле:
РВ^
АО = ■
2Е
где
Вс
V
В,
у
-В и вн - соответственно внутренний и наружный диаметры цилиндра; Е - модуль упругости материала цилиндра; л - коэффициент Пуассона. В угольном машиностроении России изготавливаются, как правило, толстостенные силовые гидроцилиндры, для которых / = вн/БВ >1,2. Для оценки значимости влияния деформации цилиндра на положение плунжера в заделке проведены расчеты величины этой деформации при следующих значениях исходных данных: Ь = 1,25, Е = 2,1■ 10 МПа, л = 0,3. Результаты расчетов представлены в табл. 1.
Из результатов расчетов следует, что величина деформации сопоставима со средним конструктивным зазором в соединении «цилиндр-поршень» или даже превышает этот зазор. Необходимо отметить, что конструктивный зазор в соединении «цилиндр-поршень» является одним из основных параметров, влияющих на величину действующих нагрузок [2, 3]. В то же время при расчетах гидростоек на прочность [4] деформация цилиндра от давления рабочей жидкости не учитывается, что, на наш взгляд, является неправомерным, так как эти два параметра сопоставимы по величине.
Увеличение зазора в соединении «цилиндр-поршень» от давления рабочей жидкости приводит, с одной стороны, к увеличению нагрузок, действующих на элементы соединений, а с другой - к изменению положения плунжера в заделке по сравнению с положением, заданным конструктором. Следствием этого является увеличение вероятности возникновения перекоса плунжера по второй неблагоприятной схеме и резкое возрастание напряжений в местах контакта штока с внутренней поверхностью грундбуксы.
С целью учета влияния деформации цилиндра от давления модернизирована программа моделирования схем перекоса плунжера в заделке гидростойки [1] и проведены расчеты на ПЭВМ для цилиндра первой ступени гидростойки механизированной крепи
КМ138 (ВВ = 220 мм, БН = 270 мм, Ь = 1,23). При этом давление рабочей жидкости изменялось от Р = 0 до Р = 110 МПа, а посадки в соединениях имели вид: “карман” цилиндра - грундбукса” - Н8/Ь7; «грундбукса - шток» - Н9Д9; «цилиндр - поршень» -Н9Д9. Отметим, что при давлении Р «120 МПа и пределе текучести материала цилиндра 5Т = 600 МПа упругие деформации цилиндра переходят в пластические. Этим объясняется выбор диапазона изменения давления. При моделировании использован нормальный закон распределения размеров деталей соединений.
В результате моделирования получена кривая изменения вероятности возникновения перекоса плунжера в заделке гидростойки по неблагоприятной схеме 2 (рис. 1, кривая 1). Перекосы по схеме 3 отсутствуют, так как зазор в соединении «цилиндр-поршень» значительно больше зазора в соединении «грундбукса-шток» по причине деформации цилиндра. Из характера изменения кривой следует, что вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера существенно возрастает, начиная со значения давления в цилиндре, равного Р = 2030МПа, а при давлении Р = 60 МПа вероятность превышает 50%. Это связано с увеличением величины деформации цилиндра под действием давления.
Для уменьшения степени влияния деформации цилиндра от давления на положение плунжера в заделке гидростойки можно повысить прочность цилиндра, например, автофретированием, использовать скрепленные цилиндры, насаженные один на другой с натягом, или заранее подбирать такую комбинацию посадок в соединениях, при которой вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке будет минимальна. Отметим, что за счет увеличения толщины стенки цилиндра можно уменьшить деформацию его внутренней поверхности от давления рабочей жидкости лишь до определенной величины.
Таблица 1
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЗАЗОРЫ В СОЕАИНЕНИИ ЦИЛИНАР-ПОРШЕНЬ И УПРУГАЯ АЕФОРМАЦИЯ ЦИАИНАРА ОТ ААВЛЕНИЯ РАБОЧЕЙ ЖИАКОСТИ
Рабочий диаметр цилиндра, мм (свыше - включительно) Диаметральный зазор в соединении цилиндр-поршень, мкм (посадка -И9/Ю) Диаметральная деформация рабочей поверхности цилиндра, мкм, при номинальном давлении податливости, МПа
макси- мальный минималь- ный сред- ний 25 32 40 50 63
80 - 120 210 36 123 38-57 49-74 61-92 77-115 97-145
120 - 180 243 43 143 57-86 74-110 92-138 115-172 145-217
180 - 250 280 50 164 86-120 110-153 138-192 172-239 217-302
Таблица 2
ВОЗМОЖНЫЕ КОМБИНАЦИИ ПОСААОК В СОЕАИНЕНИЯХ
Соединение «грундбукса-шток» Соединение «цилиндр-поршень»
Вид посадки
Вид по- Средний зазор Н8/Ь7 Н8Д7 Н9/Ь8 Н9Д8 Н9/Ь9 Н9Д9
садки (АсрШ )• мм Величина ДЕ, мм
0,204 0,254 0,239 0,289 0,260 0,310
Н9Д9 0,165 (+)
Н9/е9 0,215 + + + (+)
Н9^9 0,285 + + + (+) (+)
Н9Д8 0,144 (+)
Н9/е8 0,194 + (+)
Н9^8 0,264 + + + (+) (+)
Н8Д7 0,109
Н8/е7 0,159 (+)
Таблица 3
ВЕРОЯТНОСТЬ ВОЗНИКНОВЕНИЯ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ СХЕМ ПЕРЕКОСА ПЛУНЖЕРА В ЗААЕЛКЕ ГИАРОСТОЙКИ
Комбинация видов посадок в соединениях: Вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера, (%)
«карман» цилиндра - внешняя поверхность грундбуксы» «внутренняя поверхность грундбуксы - шток» «цилиндр - поршень»
Н8/Ь7 Н9Д9 Н8/Ь7 0,29
Н8/Ь7 Н9/е9 Н9/Ь9 0
Н8/Ь7 Н9^9 Н9/Ь9 0
Н8/Ь7 Н9^9 Н9Д9 0
Н8/Ь7 Н9Д8 Н8/Ь7 1,14
Н8/Ь7 Н9/е8 Н9/Ь8 0
Н8/Ь7 Н9^8 Н9/Ь9 0
Н8/Ь7 Н9^8 Н9Д9 0
Н8/Ь7 Н8/е7 Н8/Ь7 0
В [2] показано, что вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки минимальна, если средние зазоры в соединениях «цилиндр-поршень» и «грундбукса-шток» близки по величине. Этот вывод позволяет подобрать комбинацию посадок в соединениях с учетом влияния деформации цилиндра от давления рабочей жидкости. Подбор можно осуществить двумя путями. Во-первых, можно изменить вид посадки в соединении «грундбукса-шток», увеличив конструктивный зазор в этом соединении. Если по каким-либо причинам этого сделать нельзя, например, в случае
если уплотнение узла накладывает определенные ограничения на величину зазора в соединении, то можно пойти по второму пути, а именно уменьшить величину конструктивного зазора в соединении «цилиндр-поршень». Подбор видов посадок осуществляется в следующем порядке:
• оценивается величина диаметральной деформации цилиндра (АО) при заданных конструктивных параметрах и рабочем давлении жидкости (Р);
• если изменяется вид посадки в соединении «грундбукса-шток» и увеличивается конструктивный зазор в этом соединении, то по виду посадки в со-
Таблица 4
ВЕРОЯТНОСТЬ ВОЗНИКНОВЕНИЯ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ СХЕМ ПЕРЕКОСА ПЛУНЖЕРА В ЗААЕЛКЕ ГИАРОСТОЙКИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ААВЛЕНИЯ РАБОЧЕЙ ЖИАКОСТИ
Комбинация видов посадок в соединениях: Вероятность возникновения неблагоприятных схем давлении Р (МПа) перекоса плунжера (%) при
«карман» цилиндра -внешняя поверхность грундбуксы» «внутренняя поверхность грундбуксы - шток» «цилиндр -поршень» 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Н8/Ь7 Н9Д9 Н8/Ь7 83,4 5,4 0 0,29 1,0 3,6 11,1 24,1 44,1 63,3 81,1 92,0
Н8/Ь7 Н9/е9 Н9/Ь9 23,9 0,57 0 0 0 0,29 1,1 3,7 11,1 23,6 42,1 62,4
Н8/Ь7 Н9^9 Н9/Ь9 51,9 7,6 0,1 0 0 0 0 0 0 0,3 0,4 2,1
Н8/Ь7 Н9^9 H9/f9 5,3 0,14 0 0 0 0 0 0 0,29 0,43 2,3 7,1
Н8/Ь7 Н9Д8 Н8/Ь7 70,3 1,5 0 0,7 3,1 11,6 32,4 52,7 75,6 91,1 97,7 99,6
Н8/Ь7 Н9/е8 Н9/Ь8 38,0 0,86 0 0 0 0,57 1,9 6,9 19,4 41,4 65,1 82,1
Н8/Ь7 Н9^8 Н9/Ь9 41,1 3,4 0 0 0 0 0 0 0 0,29 1,7 6,4
Н8/Ь7 Н9^8 H9/f9 2,3 0 0 0 0 0 0 0 0,43 2,1 7,1 27,4
Н8/Ь7 Н8/е7 Н8/Ь7 81,6 2,7 0 0 0 0,43 3,4 20,1 54,3 85,4 98,6 99,9
единении «цилиндр-поршень» определяется среднии зазор (АсрП). Далее рассчитывается суммарный зазор в соединении «цилиндр-поршень» с учетом деформации цилиндра от давления рабочей жидкости: АЕ = АсрП + АП . Для соединения «грундбукса - шток»
вид посадки подбирается таким образом, чтобы средний зазор в этом соединении
(А ) был как
У^срШ)
можно ближе по своей величине к АЕ, т. е.
А сРш * АЕ ;
• если изменяется вид посадки в соединении «цилиндр-поршень», и уменьшается конструктивный зазор в этом соединении, то по виду посадки в соединении «грундбукса-шток» определяется средний
зазор (АсрШ ). Далее рассчитывается величина зазора в соединении «цилиндр-поршень» с учетом деформации цилиндра от давления рабочей жидкости:
А срП = А срШ — АП . Дёя соединения «цилиндр-поршень» вид посадки подбирается таким образом, чтобы средний зазор в этом соединении (А срП ) был
квалитетов (7 и 8) детали типа отверстий могут изготавливаться по квалитету, номер которого на единицу больше квалитета точности, по которому изготавливаются детали типа валов. При подборе видов посадок будем использовать основной отбор полей допусков.
Назначим условное обозначение основных отклонений деталей типа отверстий, например, Н. Тогда поршень должен быть выполнен с основными отклонениями по условным обозначениям вида Ь и ^ т. к. использование других обозначений приведет к увеличению зазора в соединении «цилиндр-поршень», а этот зазор и так увеличен из-за деформации цилиндра от давления рабочей жидкости.
Рассчитаем величину упругой диаметральной деформации цилиндра:
АП = -
Р • Пв | і2 +1 -ц Ї = 32 • 220 -10
Е
Г -1
2,1 • 105
(1,23 )2 +1 - 0,3 (1,23)2 -1
= 0,145 мм,
и суммарный зазор в соединении «цилиндр-поршень» с учетом деформации цилиндра:
АЕ = АсрП + АО = 0,165 + 0,145 = 0,310 мм.
Определим вид посадки в соединении «грундбук-
как м°жн° бёиже к веёичине АсрП , т. е. са-шток» так, чтобы А ш«АЕ = 0,310 мм. Такой вели-
А„
А
срП срП *
Применительно к рассматриваемой ступени гидростойки, имеющей конструктивные зазоры в соединениях АсрП =АсрШ = 0,165 мм (Н9Д9) и нагруженной внутренним давлением Р=32МПа, подберем возможные виды посадок с учетом упругой деформации цилиндра. Вид посадки в соединении «карман» цилиндра - грундбукса» оставляем без изменения -Н8/Ь7.
Примем, что детали соединений могут изготавливаться по 7-му, 8-му и 9-му квалитетам точности. Причем при использовании 9-го квалитета точности все детали соединений могут изготавливаться по этому квалитету, а при использовании более точных
чине зазора соответствует посадка вида Н9^9, имеющая средний зазор в соединении А срШ = 0,285 мм.
Этот вид посадки обеспечивает максимальную величину среднего зазора в соединении «грундбук-са-шток» по сравнению с другими возможными видами посадок. Условные обозначения основных отклонений для штока при определении других возможных видов посадок должны иметь вид: ^ е и ^
С другой стороны, если вид посадки в соединении «грундбукса-шток» не изменяется (второй путь), то зазор в соединении «цилиндр-поршень» должен быть равен:
Такой величине зазора в соединении может соответствовать посадка вида Н8/Ь7 с АсрП = 0,059 мм, и этот вид посадки обеспечивает минимальный средний зазор в соединении «цилиндр-поршень» по сравнению с другими возможными видами посадок.
Составляем таблицу возможных комбинаций посадок в соединениях(таблица 2).
В таблице матрицы отмечаем знаком «плюс» комбинации видов посадок с близкими по величине зазорами (Асрш « Еа) . Из таблицы следует, что для каждого вида посадки в соединении «грундбукса-шток» существует один или несколько видов посадок в соединении «цилиндр-поршень» с близкими по величине зазорами (кроме посадки вида Н8Д7).
Учитывая, что зазоры в этих соединениях близки по величине, предпочтение надо отдать такому виду посадки в соединении «цилиндр-поршень», изготовление деталей которого является менее трудоемким и дорогим, а именно виду посадки с наибольшим номером квалитета точности. В таблице такие виды посадок выделены скобками.
После определения возможных комбинаций посадок в соединениях необходимо оценить вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки при их использовании. Эта оценка была проведена на ПЭВМ по программе моделирования схем перекоса плунжера в заделке гидростойки [1]. Результаты моделирования представлены в табл. 3. Отметим, что при моделировании использован нормальный закон распределения размеров деталей соединений, а результаты в табл. 3 получены при значении параметра К = 1.
С использованием моделирования на ПЭВМ можно также оценить изменение вероятности возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки от изменения давления рабочей жидкости. Порядок решения этой задачи рассмотрен на комбинации посадок в соединениях вида: Н8/Ь7, Н9^9 и Н9/ Ь9.
Для этой комбинации видов посадок на ПЭВМ было проведено моделирование схем перекоса плунжера в заделке применительно к рассматриваемой ступени гидростойки. Давление жидкости изменялось от Р = 0 до Р = 110 МПа. Результаты моделирования представлены на рис. 1 (кривая 2). При Р = 0 средний зазор в соединении «грундбукса-шток» равен АсрШ = 0,285м, а в соединении «цилиндр-шток» АсрП = 0,115мм. Это различие в зазорах обуславливает высокую вероятность возникновения неблагоприятных перекосов по схеме 3 (свыше 50%). С увеличением давления, и, следовательно, деформации цилиндра, эта величина резко уменьшается, и, начиная с Р = 20 МПа, становится практически равной нулю. Отсутствие неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки наблюдается в диапазоне Р = 30-90 МПа. При Р>100 МПа начинают возникать неблагоприятные перекосы плунжера в заделке по схеме 2. Это является следствием значительной деформации цилиндра от действия давления рабочей жидкости. Зазор в соединении «грундбукса-шток» становится существенно меньше зазора в соединении «цилиндр-поршень». Таким образом, ре-
зультаты моделирования на ПЭВМ показывают, что данная комбинация посадок в соединениях обеспечивает отсутствие неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке
Аналогичные расчеты проведены для всех комбинаций видов посадок табл. 3. Результаты расчетов представлены в табл. 4. гидростойки для всего диапазона рабочих давлений.
При значении давления рабочей жидкости в цилиндре, превышающем некоторое критическое значение (Р>Ркр), в цилиндре возникают пластические деформации, которые накапливаются в процессе эксплуатации гидростойки. Величина критического давления, при котором упругие деформации переходят в пластические, определяется по формуле [5]:
Р >Ркр= Т | 1 _
л/3
(2)
Вторым условием накопления пластических деформаций в условиях переменного внутреннего давления является условие:
( тл2 V I ? А
Ра>[Ра] =
2л/3
1 - ВО
н У
1-
1 -т-
(3)
Р.=2 (р - р,р),
Где Тг - параметр циклического упругопластического деформирования материала цилиндра, Рн. р. -давление начального растра, Ра и [Ра] - соответственно амплитуда и допускаемая амплитуда для заданных критических нагрузок.
В условиях накопления цилиндром пластических деформаций возникают две задачи:
1. По заданным параметрам нагружения цилиндра и количеству циклов нагружения (И) необходимо определить величину накопленной диаметральной деформации (АОпп).
2. По заданной величине допускаемой диаметральной пластической деформации [АОпл] и параметрам нагружения необходимо определить эксплуатационный ресурс цилиндра в виде допускаемого количества циклов нагружения [И].
Очевидно, что окончательное решение первой задачи предполагает сравнение величины АОпл с некоторой допускаемой величиной пластической деформации цилиндра [АОпл]. Таким образом, в обоих случаях необходимо знать величину [АОпл]. В [5] предполагается, что этот параметр задается проектирующей организацией. Однако в данном документе отсутствуют рекомендации, чем при этом надо руководствоваться. В рассмотренных там же примерах расчета допускаемая величина диаметральной пластической деформации весьма значительна ([АОпё] = 2-4 мм). С этим можно согласиться, если величина [АОпл] определяется из условия прочности, например, с использованием руководящего материала [4]. В работе [3] показано, что существенное увеличение зазора в соединении «цилиндр-поршень» не оказывает значительного влияния на уменьшение запаса прочности цилиндра.
В то же время, значительное увеличение зазора в соединении «цилиндр-поршень» увеличивает вероятность возникновения неблагоприятных перекосов плунжера в заделке гидростойки. В результате нагрузка в месте контакта грундбуксы со штоком может возрасти в два раза из-за соответствующего уменьшения базы заделки, на которой воспринимается изгибающий момент. Поэтому величину допускаемой диаметральной пластической деформации цилиндра необходимо определить из условия обеспечения минимальной вероятности возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки. Это принципиально важный вывод.
Для оценки диаметральной пластической деформации проведем расчет ее величины по схеме, предложенной в работе [5], для рассматриваемого цилиндра, нагруженного давлением Р = 120 МПа:
1. Проверяем условие возможности накопления цилиндром пластических деформаций:
В2
,/3 ) 1,732 270
600 (1 - 220_ I 11бМПа
[Р°] 2лГэ 1/ ОН )[1 Т 2 ) 2-1,732 ^ 270:
При давлении начального распора РНр;
600
2202
34
2
15 МПа
а 25МПа
Р = 2(Р - Рнр ) = 1(122 -15)« 50МПа .
Цилиндр будет пластически деформироваться, так как:
Р = 120 > Ркр = 116 МПа и Ра = 50 > [Ра] = 25 МПа.
2. Определяем интенсивность относительных упругих деформаций на внутренней поверхности цилиндра в исходном цикле нагружения (1;):
, ^-р-ОН
_________________Уэ -120 - 2702
5Т (Н - ОВ ) 600 (2702 - 2202)
= 1,0307.
3. Определяем интенсивность относительных упругопластических деформаций на внутренней поверхности цилиндра в исходном цикле нагружения (10):
г0==Р303)=и34.
Диаметр цилиндрической поверхности, разделяющей упругую и пластическую области в стенках цилиндра (ОГ), находим из уравнения:
Р =
5Г X л/3
21п г-4г +1
600 - 0,928
1,732
21п г--
Р1,23)
-+1
= 120 , где
г = ОГ/ОВ = О г/220; Х = 1-30г = 1 - 3 - 0,024 = 0,928;
Ог = 0,024 - относительный модуль упрочнения материала для стали 30ХГСА с 5Т = 600МПа .
Численное решение данного уравнения дает следующие результаты:
Ъ = 1,065 и О = 234,3мм.
4. Находим величину интенсивности относительных деформаций на внутренней поверхности цилиндра, приведенных к исходному циклу нагружения (1пр):
, = 10 (1 - Г2 )= /0
Рн
(Рр А2 " /15\2"
1 -| — I = 1,134 - 1 -(—)
_ 1 У. . '20/ .
= 1,116,
где Г =
Р
0,25 - коэффициент асимметрии цикла.
5. Определяем интенсивность относительных остаточных деформаций на внутренней поверхности цилиндра при минимально возможном количестве циклов нагружения (И = 2):
/,, = /0 -/, + (С - ех/р -^)г(N) =
1 34 ’
= 1,134 -1,0307 + (1,30 -1,21)(1,116 - -Ц34) - 0,522 = 0,124
где С1 = 1,30 и С2 = 1,21 - параметры циклического упруго-пластического деформирования материала цилиндра.
Параметр /(ТУ) определяется из уравнения:
1
Для упрочняющихся материалов ОС >0, а для ра-зупрочняющихся ОС <0. В нашем случае ОС =-0,061.
6. Определяется величина диаметральной пластической деформации стенок цилиндра после У циклов нагружения внутренним давлением. При У = 2 эта величина равна:
.х/3 - 600
' 2 ’ 2,1-105
АО,,
: V3 -Т^ - О • /
2 Е
- 220 - 0,124 « 0,07 мм.
7. Определяется допускаемый ресурс эксплуатации цилиндра.
Принимаем величину допускаемой диаметральной пластической деформации цилиндра [АОпл] = 0,30 мм. Допускаемое количество циклов нагружения [У] находится численным методом из уравнения: м .
= f([м]) где
Г (М ]) =
■[АО„
л/3- 5Т О
-(/с - //)
2 - 2:30 - 2,1 10—(1,134 -1,037) л/3 - 600 - 220 .
(1,30 -1,21)11,П6 _ ^
= 11,31
При f ([М ]) = 11,31 и а = -0,061 [И]=22, а суммарный
зазор в соединении «цилиндр - поршень» равен Ац = =0,30+0,165 = 0,465 мм.
Результаты расчетов позволяют сделать несколько важных, на наш взгляд, заключений. Так, если посадка в соединении «цилиндр-шток» имеет вид Н9Д9, то увеличение величины среднего конструктивного зазора с Ац = 0,165 мм до значения Ац и 0,25 мм приводит к увеличению вероятности возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки с 0,3% до 3%. В условиях накопления пластических деформаций эта ситуация будет реализовываться уже после двух циклов нагружения цилиндра внутренним давлением заданного уровня (У = 2, АОпл = 0,07 мм). Увеличение же среднего конструктивного зазора в этом соединении с Ац = 0,165 мм до величины Ац и 0,465 мм приводит к увеличению вероятности возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки до
55%. Эта ситуация реализуется уже после 22 циклов нагружения цилиндра (У = 22, [АОпл] = 0,30 мм).
Таким образом, скорость статического деформирования внутренней поверхности цилиндра такова, что увеличение зазора в соединении «цилиндр-шток» до критических значений, при которых вероятность возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки превышает 50%, происходит после 20-30 циклов нагружения. Поэтому эксплуатацию гидроцилиндра, нагруженного внутренним давлением выше критического уровня, мы считаем недопустимой. Условие, при котором цилиндр будет работать упруго, без остаточных деформаций, имеет вид [5]:
Выводы:
Рис. 1. Изменение вероятности возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке от давления рабочей жидкости в цилиндре
1. Величина упругой диаметральной деформации рабочей поверхности гидроцилиндра от давления рабочей жидкости сопоставима по величине со средним конструктивным зазором в соединении «цилиндр-поршень», и ее необходимо учитывать при определении положения плунжера в заделке гидростойки и прочностных расчетах.
2. При давлении рабочей жидкости Р = 30-60 МПа соответственно в 6-ти и 50-ти случаях из 100 возникают неблагоприятные схемы перекоса плунжера в заделке гидростойки из-за упругой деформации цилиндра, что приводит к увеличению в два раза усилий в местах контактного взаимодействия деталей.
3. Для исключения влияния упругой деформации цилиндра на положение плунжера в заделке гидростойки необходимо производить подбор посадок в соединениях с использованием программы моделирования на ПЭВМ. Это позволяет свести практически к нулю вероятность возникновения неблагоприятных схем перекос плунжера в заделке гидростойки широком диапазоне давлений (Р = 20-100 МПа).
4. В условиях накопления гидроцилиндром остаточных деформаций допускаемый ресурс его эксплуатации необходимо определять, исходя из минимальной вероятности возникновения неблагоприятных схем перекоса плунжера в заделке гидростойки.
5. Гидроцилиндры должны эксплуатироваться в условиях отсутствия пластических деформаций. В противном случае уже после 20-30 циклов нагружения величина остаточной деформации такова, что в 50-ти и более случаях из 100 нагрузка в месте контакта грундбуксы со штоком в два раза превышает расчетную.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Набатникова Т.Ю, Набатни-ков Ю.Ф. Моделирование схем перекоса плунжера в заделке гидростойки. Горный информационноаналитический бюллетень №12, -М., МГГУ, 2001.
2. Набатникова Т.Ю, Набатни-ков Ю.Ф. Обоснование вида посадок соединений деталей в заделках гидростоек. Горный информационно-
аналитический бюллетень №12, - М., МГГУ, 2001.
3. 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.
4. О СТ12.44.245-83 «Крепи
механизированные. Стойки и домкраты. Расчет на прочность. Методика проверочного расчета на статиче-
скую прочность и устойчивость.» -М., Гипроуглемаш,1984.
5. Технический документ
«Крепи механизированные. Стойки и домкраты. Расчет цилиндров на циклическую и контактную прочность. Методика.» Тула, тульский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт, 1981.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Набатникова Татьяна Юрьевна - инженер, Лианозовский электромеханический завод. Набатников Юрий Федорович - Московский государственный горный университет.
