Разработка российских ученых сбережет технику при –70 °C
Необходимость эффективного освоения и использования пространства Арктики является одним из Больших вызовов Стратегии научно-технологического развития России. Освоение данной территории сопровождается большим количеством строительно-дорожных работ, их проведение требует исправной службы всего автопарка машин. Однако строительная, дорожная и подъемно-транспортная техника имеет ряд механизмов, эксплуатация которых затруднена при низких температурах. Особенно страдают от холода топливная и гидравлическая системы. Чтобы решить эту проблему, производители транспортных средств устанавливают подогреватели в гидравлические баки машин. Но при подаче горячей жидкости в холодную исполнительную систему происходит процесс деформации элементов устройства и повышаетсяизнос. Разработка исследователей из Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) призвана дать ответ на вопрос, как сохранит технику в суровых условиях Арктики.
Ученые ПНИПУ исследовали процесс расширения компонентов (насосов, органов управления, фильтрации, исполнительных органов и т.д.) гидравлической системы при критических температурах и с помощью математического моделирования определили факторы, которые повысят срок службы работы спецтехники в Арктике. По словам авторов, разработка также улучшит качество продукции отечественных производителей.
«Математическая модель представляет собой визуализацию процесса нагрева гидроцилиндра при непосредственной подаче в него ранее нагретой до рабочей температуры гидравлической жидкости. Сам же цилиндр имеет температуру, равную температуре окружающей среды. Модель описывает изменение конструктивных размеров и технологических зазоров между сопрягаемыми деталями в гидравлических машинах и гидроаппаратуре, находящихся в движении относительно друг друга», — объясняет аспирант кафедры «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ Ильнур Шаякбаров.
При расчете напряжения специалисты учитывали характеристики материалов, из которых выполнены элементы гидроцилиндра, температуру рабочей жидкости в момент подачи (–70 °C) и температуру окружающей среды (–40 °C).
«В результате мы выявили изменение геометрических размеров поршня и цилиндра. Поршень увеличился в диаметре на 0,032 мм, а цилиндр уменьшился в диаметре, но увеличился в длину на 0,0028 мм. Данное неравномерное расширение создает повышенный износ компонентов, что, в свою очередь, может привести к заклиниванию», — продолжает Ильнур Шаякбаров. Таким образом, производителям техники следует производить расчёт необходимого теплового зазора между цилиндром и поршнем, чтобы исключить вероятность появления повышенного трения и вероятного заклинивания деталей.Для этого необходимо из диаметра, получившегося при нагреве поршня, вычесть диметр, получившийся при нагреве гильзы.
«С учетом полученных данных производителям необходимо еще на этапе конструирования машин учитывать процесс неравномерного нагрева элементов, внося изменения в конструктив гидравлических узлов в связи с эксплуатационными факторами. Такая технология позволит повысить надежность гидравлических систем строительно-дорожных машин», — комментирует профессор кафедры «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ Константин Пугин.
Рекомендации, выработанные учеными, будут полезны для владельцев транспортно-технологических машин, которые эксплуатируются в условиях низких температур, а также для предприятий, занимающихся проектированием и производством новых видов техники, оснащенных гидравлическим приводом.
Выиграть путешествие в Арктику можно в мини-приложении ВКонтакте «Билет в Арктику».
По материалам сайта Пермского национального исследовательского политехнического университета