sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2019-1-18-30sibadi-807Research ArticleТРАНСПОРТНОЕ, ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕTRANSPORT, MINING AND BUILDING MACHINERY ENGINEERINGЧИСЛЕННЫЙ РАСЧЕТ УТЕЧЕК РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ РАДИАЛЬНЫЙ ЗАЗОР СОПРЯЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОЦИЛИНДРА ВЫВЕШИВАНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНАNUMERICAL CALCULATION OF THE HYDROLIQUID LEAKAGE THROUGH THE RADIAL CLEARANCE OF THE CONNECTED ELEMENTS ON THE TOWER CRANE HYDROCILINDERПотаховД. А.PotakhovD. A.

аспирант кафедры «Подъемно-транспортные, путевые и строительные машины»

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

Postgraduate Student, Department of Lifting and Transport, Track and Construction Machinery

190031, St. Petersburg, 9, Moskovsky Ave.

potakhovd@mail.ruВатулинЯ. С.VatulinYa. S.

канд. техн. наук, доц. кафедры «Подъемно-транспортные, путевые и строительные машины»

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

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Lifting and Transport

190031, St. Petersburg, 9, Moskovsky Ave.

yan-roos@yandex.ruПетербургский государственный университет путей сообщения императора Александра I, г. Санкт-ПетербургРоссияEmperor Alexander I St. Petersburg State Transport University, St. PetersburgRussian Federation2019280220191611830Copyright © Потахов Д.А., Ватулин Я.С., 20192019Потахов Д.А., Ватулин Я.С.Potakhov D.A., Vatulin Y.S.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/807

Введение. В настоящей статье на основе определения ресурса уплотнительных элементов гидроцилиндра вывешивания грузоподъемного крана проводится численный расчет утечек рабочей жидкости через радиальный зазор сопряженного узла «поршень – зеркало гидроцилиндра».Материалы и методы. Применяется метод математического моделирования, позволяющий на основе единой методологической базы моделировать взаимодействие объектов, содержащих элементы различной физической природы. Используемые системы  моделирования: функционал Simulation (метод конечных элементов) и Flow Simulation (метод конечных объемов) программы САПР SolidWorks; графическая среда имитационного моделирования Simulink Matlab и его пакеты расширения.Результаты. Приведена трехмерная и неравномерная по сечению сопряжения модель радиального зазора сопряженного узла «поршень – зеркало гидроцилиндра». Предложена методика расчета герметичности гидроцилиндра, устанавливающая следующую взаимосвязь: «нагрузка на гидроцилиндр – число циклов работы уплотнений – неравномерный радиальный зазор между поршнем и гильзой – величина перетечек рабочей жидкости – усадка штока».Обсуждение и заключение. Полученные результаты позволяют повысить надежность работы силовых гидроцилиндров строительно-дорожных машин и оборудования. 

Introduction. The authors present the numerical calculation of the hydro-liquid leakage throughthe radial clearance of the “piston - hydraulic cylinder” conjugate node on the basis of determiningthe sealing elements’ resource of the tower crane hydraulic cylinder.Materials and methods. The authors use the method of mathematical modeling, which makes it possible to model the containing elements’ interaction of different physical nature on the unified methodological basis. Moreover, the paper presents such simulation systems as Simulation (finite element method), Flow Simulation (finite volume method) of the SolidWorks CAD program and Simulink Matlab with expansion packs.Results. As a result, the authors demonstrate the three-dimensional and irregular cross-section conjugation model of the radial clearance in the “piston - hydraulic cylinder” conjugate node. In addition, the authors propose the calculating method of the hydraulic cylinder tightness. Such method establishes the following scheme: “load on the hydraulic cylinder —number of operating cycles — uneven radial clearance between the piston and the liner — amount of fluid leakage — shrinkage of the rod”.Discussion and conclusions. The results of the research make it possible to increase the reliability of the power hydraulic cylinders of the road construction machines and equipment.

уплотнениеутечкигидроцилиндррадиальный зазорконечно-эле- ментный анализSimulinkFlow Simulationанализ усталостирабочая жидкостьcompactionleakagehydraulic cylinderradial clearancefinite element analysisSimulinkFlow Simulationfatigue analysisworking fluidReferencesМакаров Г.В. Уплотнительные устройства. Изд. 2-е, перераб. и доп. Л.: «Машиностроение» (Ленинградское отделение), 1973. 232 с.Makarov G. V. Uplotnitel’nye ustrojstva [Sealing devices]. Ed. 2nd, reworked. and add. L: Mechanical Engineering (Leningrad Branch), 1973. 232 p. (in Russian).Wang C.-S., Qin Y., An Q. Finite element analysis for the rubber O-ring in a mechanical seal. Tribology in Industry. 2013. Vol. 39, Issue 6. pp. 761–767.Wang C.-S., Qin Y., An Q. Finite element analysis for the rubber O-ring in a mechanical seal. Tribology in Industry. 2013. Vol. 39, Issue 6. P. 761–767.Chao Peng, Shengrong Guo, Xiaoping Ouyang, Qinghe Zhou, Huayong Yang. Mixed Lubrication Modeling of Reciprocating Seals Based on a Developed Multiple-Grid Method. Tribology Transactions. 2018, 10, pp. 1151-1161Chao Peng, Shengrong Guo, Xiaoping Ouyang, Qinghe Zhou, Huayong Yang. Mixed Lubrication Modeling of Reciprocating Seals Based on a Developed Multiple-Grid Method. Tribology Transactions. 2018, 10, P.1151–1161.Bhaumik S., Bhandari P., Guruprasad S., Adepu K. Study of effect of seal profile on tribological characteristics of reciprocating hydraulic seals. Tribology in Industry. 2015. Vol. 37, No. 2. pp. 264–274.Bhaumik S., Bhandari P., Guruprasad S., Adepu K. Study of effect of seal profile on tribological characteristics of reciprocating hydraulic seals. Tribology in Industry. 2015. Vol. 37, No. 2. P. 264–274.Burenin V. V. New seals for the moving joint of hydraulic power cylinders. Russian Engineering Research. 2011. Т. 31, № 10. pp. 1036–1038.Burenin V. V. New seals for the moving joint of hydraulic power cylinders. Russian Engineering Research. 2011. Т. 31, № 10. P.1036–1038.A. Wohlers, O. Heipl, B.N.J. Persson, M. Scaraggi, and H. Murrenhoff. Numerical and Experimental Investigation on O-Ring-Seals in Dynamic Applications. International Journal of Fluid Power. 2009. 10(3), pp. 51–59.A. Wohlers, O. Heipl, B.N.J. Persson, M. Scaraggi, and H. Murrenho. Numerical and Experimental Investigation on O-Ring-Seals in Dynamic Applications. International Journal of Fluid Power. 2009. 10(3), P. 51–59.Cui. T., Chien C.H., Chao Y. J., Lin C.-W., Zee J. W. Van. Service life estimation of liquid silicone rubber seals in polymer electrolyte membrane fuel cell environment. Journal of Power Sources. 2011. Vol. 196, Issue 3. pp. 1216–1221.Cui. T., Chien C.H., Chao Y. J., Lin C.-W., Zee J. W. Van. Service life estimation of liquid silicone rubber seals in polymer electrolyte membrane fuel cell environment. Journal of Power Sources. 2011. Vol. 196, Issue 3. P. 1216–1221.Zhang X., Wang G., Xia P., Li H.P., He M. Finite element analysis and experimental study on contact pressure of hydraulic support bud-shaped composite sealing ring. Advances in Mechanical Engineering. 2016, 10, pp. 1 –9.Zhang X., Wang G., Xia P., Li H.P., He M. Finite element analysis and experimental study on contact pressure of hydraulic support bud-shaped composite sealing ring. Advances in Mechanical Engineering. 2016, 10, P. 1–9.Kurowski Paul. Engineering Analysis with SOLIDWORKS Simulation 2017, SDC Publications, 2017, 600 p.Kurowski Paul. Engineering Analysis with SOLIDWORKS Simulation 2017, SDC Publications, 2017, 600 p.Kurowski Paul. Thermal Analysis with SOLIDWORKS Simulation 2018 and Flow imulation 2018, SDC Publications, 2018, 302 p.Kurowski Paul. Thermal Analysis with SOLIDWORKS Simulation 2018 and Flow Simulation 2018, SDC Publications, 2018, 302 p.Agam Kumar Tyagi, MATLAB and Simulink for Engineers, Oxford University Press, 2012, 492 p.Agam Kumar Tyagi, MATLAB and Simulink for Engineers, Oxford University Press, 2012, 492 p.Nuruzzaman Mohammad, Modeling and Simulation In SIMULINK for Engineers and Scientists, AuthorHouse, 2005, 240 p.Nuruzzaman Mohammad, Modeling and Simulation In SIMULINK for Engineers and Scientists, AuthorHouse, 2005, 240 p.The MathWorks Inc.: SimHydraulics User’s Guide, Version 1.16, 2015, The MathWorks Inc., Natick, MAThe MathWorks Inc.: SimHydraulics User’s Guide, Version 1.16, 2015, The MathWorks Inc., Natick, MA.Atlas of Fatigue Curves, Edited by H.E. Boyer, ASM International, 1986, 518 p.Atlas of Fatigue Curves, Edited by H.E. Boyer, ASM International, 1986, 518 p.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 p.Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник. М.: Машиностроение, 1983. 301 с.Vasilchenko V.A. Gidravlicheskoe oborudovanie mobil’nyh mashin: Spravochnik [Hydraulic equipment of mobile machines: a handbook] Moscow, Mashinostroenie, 1983. 301 p. (in Russian).Noah D. Manring, Hydraulic Control Systems, John Wiley & Sons, New York, 2005, 464 p.Noah D. Manring, Hydraulic Control Systems, John Wiley & Sons, New York, 2005, 464 p.

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