sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2020-17-1-44-56sibadi-1023Research ArticleТРАНСПОРТНОЕ, ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕTRANSPORT, MINING AND BUILDING MACHINERY ENGINEERINGВЛИЯНИЕ ЗАЗОРОВ СОПРЯЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ГИДРОЦИЛИНДРА ВЫВЕШИВАНИЯSTRESSED-DEFORMED STATUS OF THE HANGING HYDROCYLINDER: INFLUENCE OF THE CONJUGATED ELEMENTS’ PAIRSПотаховД. А.PotakhovD. A.

Потахов Денис Александрович – аспирант кафедры «Подъемно-транспортные, путевые и строительные машины»

ORCID 0000-0002-3737-6860

190031,г. Санкт-Петербург, Московский пр., 9

Denis A. Potakhov – Postgraduate Student, Department of Lifting and Transport, Track and Construction Machinery

ORCID 0000-0002-3737-6860

190031, St. Petersburg, 9, Moskovskiy Ave

potakhovd@mail.ruПетербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра IРоссияEmperor Alexander I St. Petersburg State Transport UniversityRussian Federation2020050320201714456Copyright © Потахов Д.А., 20202020Потахов Д.А.Potakhov D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibadi.org/jour/article/view/1023Введение

Введение. Контактное взаимодействие сопряженных элементов гидроцилиндра (поршня с гильзой, направляющей втулки с гильзой и штоком) определяют надежность работы гидродвигателя возвратно-поступательного движения. Оценка влияния зазоров сочлененных элементов гидроцилиндра является актуальной задачей ввиду того, что процесс формирования зазоров носит неотвратимый характер, так как трению всегда сопутствуют процессы трибологического изнашивания.

Цель

Цель. Настоящая работа посвящена определению и оценке влияния зазоров сопряженных элементов гидроцилиндра на напряженно-деформированное состояние контактирующих тел на примере гидроцилиндра вывешивания грузоподъемного железнодорожного крана Сокол 80.01.

Материалы и методы

Материалы и методы. В качестве метода исследования используется конечно-элементный метод, реализуемый в модуле Simulation SolidWorks. В качестве критерия пластичности материала применяется критерий Губера–Мизеса. Рассмотрены теоретически возможные пространственные расчетные схемы нагружения в зависимости от типа контактирования сопряженных элементов гидроцилиндра.

Результаты

Результаты. Приведены эпюры и графические зависимости, представляющие собой трехмерные поверхности, построенные по результатам численных экспериментов. В расчетах учтено совместное деформирование поршня, гильзы, штока, направляющей втулки и опорно-направляющих колец гидроцилиндра. Выполнен анализ полученных эпюр и зависимостей контактного взаимодействия гидроцилиндра для различных вариантов контактирования его элементов. Результаты могут быть использованы для исследования всех типов гидроцилиндров привода рабочего оборудования дорожных, строительных и подъемно-транспортных машин.

Прозрачность финансовой деятельности: автор не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.

Introduction

Introduction. The contact interaction of the associated elements of the hydraulic cylinder (piston with sleeve, guide sleeve with cylinder and rod) determines the reliability of the reciprocating hydraulic motor. Assessing the effect of gaps of articulated hydraulic cylinder elements is an urgent task in view of the fact that the formation of gaps is inevitable, since friction is always accompanied by tribological wear processes. The paper investigates the determination and assessment of the influence of the gaps of the hydraulic cylinders’ mating elements on the stress-strain state of the contacting bodies on the example of the hydraulic cylinder for the Sokol 80.01 railway crane.

Materials and methods

Materials and methods. The author used the finite element method implemented in the Simulation SolidWorks module. Moreover, the author applied the Huber–Mises criterion as a criterion for the material plasticity. The paper also considered theoretically possible spatial design schemes of loading and depending on the type of the mating elements’ contacting of the hydraulic cylinder.

Results

Results. As a result, the author presented plots and graphical dependences, which were three-dimensional surfaces constructed according to the results of numerical experiments. The calculations took into account the joint deformation of the piston, sleeve, rod, guide sleeve and supporting guide rings of the hydraulic cylinder. The author carried out the analysis of the obtained diagrams and dependences of the contact interaction of the hydraulic cylinder for various options of the elements contacting. The paper presented the results that were useful for studying all types of hydraulic cylinders and working equipment of the road, construction and hoisting-andtransport machines.

Financial transparency

Financial transparency: the author has no financial interest in the presented materials or methods. There is no conflict of interest.

гидроцилиндрметод конечных элементовнапряжениядеформациигрузоподъемный кранhydraulic cylinderfinite element methodstressdeformationlifting craneReferencesКобзов Д.Ю., Ереско С.П. О критериях работоспособности и надёжности гидроцилиндров // Системы. Методы. Технологии. 2012. № 1 (13). С. 38–44.Kobzov D.Ju., Eresko S.P. O kriterijah rabotosposobnosti i nadjozhnosti gidrocilindrov [On the criteria of operability and reliability of hydraulic cylinders]. Sistemy. Metody. Tehnologii. 2012; 1 (13): 38–44 (in Russian).Кобзов Д.Ю., Кобзов А.Ю., Лханаг Д. Несущая способность и ресурс гидроцилиндров машин // Системы. Методы. Технологии. 2009. № 2 (2). С. 24–28.Kobzov D.Ju., Kobzov A.Ju., Lhanag D. Nesushhaja sposobnost’ i resurs gidrocilindrov mashin [Bearing capacity and resource of hydraulic cylinders of machines]. Sistemy. Metody. Tehnologii. 2009; 2 (2): 24–28 (in Russian).Kurowski P. Engineering Analysis with SOLIDWORKS Simulation 2017, SDC Publications, 2017. 600 p.Kurowski P. Engineering Analysis with SOLIDWORKS Simulation 2017, SDC Publications, 2017: 600.Shih R. Introduction to Finite Element Analysis Using SOLIDWORKS Simulation 2017, SDC Publications, 2017. 500 p.Shih R. Introduction to Finite Element Analysis Using SOLIDWORKS Simulation 2017, SDC Publications, 2017: 500.Ледяев А.П., Быков В.П., Ватулин Я.С., Мигров А.А. Автоматизация исследовательского проектирования // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2014. № 2 (39). С. 165–169.Ledyaev A.P., Bykov V.P., Vatulin Ya.S., Migrov A.A. Avtomatizacija issledovatel’skogo proektirovanija [Automation of research design]. Izvestija Peterburgskogo universiteta putej soobshhenija. 2014; 2 (39):165–169 (in Russian).Steinhauser M. O. Computer Simulation in Physics and Engineering, de Gruyter, 2012. 509 p.Steinhauser M. O. Computer Simulation in Physics and Engineering, de Gruyter, 2012:509.Kovacevic D. Budaka I. Antic A. Nagode A. Kosec B. FEM modeling and analysis in prevention of the waterway dredgers crane serviceability failure // Engineering Failure Analysis. 2013. Vol. 28. P. 328– 339.Kovacevic D. Budaka I. Antic A. Nagode A. Kosec B. FEM modeling and analysis in prevention of the waterway dredgers crane serviceability failure. Engineering Failure Analysis. 2013; 28: 328–339.Solazzi L. Feasibility study of hydraulic cylinder subject to high pressure made of aluminum alloy and composite material // Composite Structures. 2019. Vol. 209. P. 739–746.Solazzi L. Feasibility study of hydraulic cylinder subject to high pressure made of aluminum alloy and composite material. Composite Structures. 2019; 209: 739 - 746.Tomski L., Uzny S., A hydraulic cylinder subjected to Euler’s load in aspect of the stability and free vibrations taking into account discrete elastic elements // Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2011. Vol. 11 (3). P. 769–785.Tomski L., Uzny S., A hydraulic cylinder finally to Euler’s load in aspect of the stability and free vibrations taking into account discrete elastic elements. Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2011; 11 (3): 769– 785.Narvydas E. Buckling strength of hydraulic cylinders-an engineering approach and finite element analysis // Mechanika. 2016. Vol. 22 (6). P. 474–477.Narvydas E. Buckling strength of hydraulic cylinders-an engineering approach and finite element analysis. Mechanika. 2016; 22 (6): 474–477.Bednarek T., Sosnowski W. Practical fatigue analysis of hydraulic cylinders – Part II, damage mechanics approach // International Journal of Fatigue. 2010. Vol. 32 (10). P. 1591–1599Bednarek T., Sosnowski W. Practical fatigue analysis of hydraulic cylinders - Part II, damage mechanics approach. International Journal of Fatigue. 2010; 32 (10):1591–1599.Лагерев А.В. Оценка риска при эксплуатации самоходных грузоподъемных кранов стрелового типа в условиях недостаточной информации // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. 2017. № 2. С. 203–220.Lageryov A.V. Risk assessment during the operation of self-propelled jib cranes in conditions of insufficient information. Scientific and Technical Bulletin of the Bryansk State University. 2017; 2: 203–220 (in Russian).Collins J. A. Failure of Materials in Mechanical Design: Analysis, Prediction, Prevention. John Wiley & Sons, New York, 1993. 654 p.Collins J. A. Failure of Materials in Mechanical Design: Analysis, Prediction, Prevention. John Wiley & Sons, New York, 1993: 654.Конев В.В., Закирзаков Г.Г., Мерданов Ш.М., Бородин Д.М. Планирование эксперимента по тепловой подготовке гидродвигателя строительно-дорожных машин // Научно-технический вестник Поволжья. 2016. № 6. С. 59–61.Konev V.V., Zakirzakov G.G., Merdanov Sh.M., Borodin D.M. Planirovanie jeksperimenta po teplovoj podgotovke gidrodvigatelja stroitel’no-dorozhnyh mashin [Planning an experiment on thermal preparation of the hydraulic motor of road construction machinery]. Nauchno-tehnicheskij vestnik Povolzh’ja. 2016; 6: 59– 61 (in Russian).Хамидуллина Д.А., Мухтаров Я.С., Кондрашева С.Г. Регрессионный анализ опытных данных при исследовании работы винтовых конвейеров // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16. № 6. С. 140–143.Hamidullina D.A., Muhtarov Ja.S., Kondrasheva S.G. Regressionnyj analiz opytnyh dannyh pri issledovanii raboty vintovyh konvejerov [Regression analysis of experimental data in the study of screw conveyors]. Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta. 2013; T. 16. № 6: 140–143. (in Russian).Потахов Е.А., Ватулин Я.С. Разработка математических моделей движения телескопического стрелового оборудования грузоподъемного крана // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2019. № 1 (56). С. 54–62.Potahov E.A., Vatulin Ja.S. Razrabotka matematicheskih modelej dvizhenija teleskopicheskogo strelovogo oborudovanija gruzopod’emnogo krana. [Development of mathematical models for the movement of telescopic boom equipment for a crane]. Vestnik Moskovskogo avtomobil’no-dorozhnogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta (MADI). 2019; 1 (56): 54–62 (in Russian).Ватулин Я. С., Потахов Д. А. Моделирование взаимодействия элементов опорного контура железнодорожного грузоподъемного крана с грунтовой опорной поверхностью // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2019. Т. 16. № 1 (58). С. 59–67.Vatulin Ja. S., Potahov D. A. Modelirovanie vzaimodejstvija jelementov opornogo kontura zheleznodorozhnogo gruzopod’emnogo krana s gruntovoj opornoj poverhnost’ju [Modeling the interaction of the elements of the support contour of a railway crane with a ground support surface]. Izvestija Peterburgskogo universiteta putej soobshhenija. 2019;T. 16. № 1 (58); 59–67 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.