УДК 339.54.012

Оптимизация формы каналов пропорционального регулирования поршня гидрораспределителя для улучшения закалки поверхности канала

Заев Владимир Валерьевич – преподаватель кафедры Технологической информатики и информационных систем Тихоокеанского государственного университета

Заев Артем Владимирович – магистрант Тихоокеанского государственного университета

Аннотация: В статье рассматривается проблема разрушения поршней гидрораспределителей на тяжелой карьерной технике вследствие недостаточной степени закалки канала пропорционального. Анализ детали показал, что происходит разрушение дна канала пропорционального регулирования потока гидравлической жидкости за счет процесса кавитации. Проведены лабораторные исследования по определению глубины закалки и формы линии перехода между закаленным металлом и металлом без закалки. Для проведения математических исследований глубины прогрева деталь в процессе закалки использовалась среда SOLIDWORKS. Первичное моделирование проводилось с исходной формой каналов. Полученные изотермические линии были подобны линиям закалки на исследуемой детали. Это показало что допущения используемые в модели позволяют получить модель подобную реальному физическому процессу. Второе моделирование проводилось с измененной формой канала. моделирование показало что в зоне канала имеется изотермическая линия которая показывает возможность получения значительного и непрерывного закаленного слоя по сечению канала.

Ключевые слова: гидрораспределитель, кавитация, кавитационное разрушение, закалка, математическое моделирование.

Гидрораспределители работающие на тяжелой карьерной техники управляющие исполнительным оборудованием работают с высоким давлением в гидравлической системе (таблица 1). В следствии этого при различных рабочих циклах возникают значительные перепады давления [1].

Таблица 1. Параметры гидрораспределителей.

Модель устройства		R 954С	R 964С	R 974С
Гидрораспределитель	ТТип	MHRB32FGE	MHRB32FGE	MHRB35FGE
Макс. рабочее давление	Bar	420	420	420
Номинальный объемный поток	л/мин	400	400	500
Масса	кг	41,5	41,5	52

Такие условия работы вызывают условия в которых может интенсивно развиваться кавитация [2] (рисунок 1).

Рисунок 1. Срез детали вдоль канала пропорционального управления со следами развитой кавитации.

Одним из важных мероприятий по защите поверхности от кавитационного разрушение является закалка. Для определения степени защиты поверхности канала определим глубину закаленной поверхности.

Рисунок 2. Общий вид повреждений гидрораспределителя.

Для исследования были выбраны две зоны которые подвергались поверхностной закалке. Зоны закалки были определены с помощью измерения твердости.

Для проявления глубины закалки и определения линии перехода между закаленным материалом и не закаленным поверхность разреза была обработана «царской водкой». В результате обработки четко обозначилась линия перехода (рисунок 1 и рисунок 2).

Рисунок 3. Проявление линии закалки на срезе поверхности в зоне 2.

 

Рисунок 4. Проявление линии закалки на срезе поверхности в зоне 1.

При исследовании разрушения штока гидрораспределителя было выявлено что проводимая закалка затрагивает только поверхность штока. В то время как каналы пропорционального управления, которые несут наибольшую нагрузку от процесса кавитации остаются не закаленные.

Это является одним из факторов приводящем к ускоренному разрушению в начале основания канала а затем и тела штока гидрораспределителя (рисунок 5)/

Рисунок 5. Сквозное разрушение поршня гидрораспределителя.

Проведем моделирование процесса нагрева детали до температуры закалки стандартного штока гидрораспределителя в среде SOLIDWORKS. для того чтоб подтвердить правильность математической модели и соответствия ее реальной детали.

Рисунок 6. Схема распределения температуры по сечению канала пропорционального управления схема 2.

Рисунок 7. Схема распределения температуры в зоне 1.

На рисунках 6 и 7 можно отметить что линии закалки получены на срезах детали (рисунок 3 и 4) подобны изотермическим линиям. Это говорит о том что математическое моделирование дало результаты подобные практическим.

На рисунке 6 в зоне 3 отмечается незначительная толщина слоя который достиг температуры закалки. Можно говорить практически об отсутствии закаленного слоя. Именно в этом месте и происходит кавитационное разрушение. Для получения более равномерного прогрева дна канала канала пропорционального управления изменим. Выполним канал с радиусным углублением (рисунок 8).

Рисунок 8. Схема распределения температуры по сечению модернизированного канала пропорционального управления.

Выводы

По результатам моделирования приведенным на рисунке 8 можно отметить что внутри канала пропорционального управления более равномерно распределяется слой металла прогретого до температуры закалки. Как следствие на поверхности канала образуется достаточный слой закаленного металла, который надежно защищает поверхность кавитации. Как следствие вероятность безотказной работы узла в целом существенно возрастает.

Список литературы

1. Башта Т. М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М., «Машиностроение», 1972, 320 с.
2. Пирсол И. Кавитация. Пер. с англ. Ю. Ф. Журавлева. М., «Мир», 1975, 95 с.
3. Головин Г.Ф., Замятнин М.М. Высокочастотная термическая обработка, Вопросы металловедения и технологии. – 3-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990. – 239 с: ил.
4. Алямовский А. А. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation. М.: ДМК Пресс, 2010, 464 с., ил.
5. Алямовский А.А. SOLIDWORKS Simulation и FloEFD, Практика, Методология, Идеология М.: ДМК Пресс, 2020, 658 с., ил.