3.Удельные показатели жесткости.

При сравнении жесткости, прочности и массы деталей, изготовленных из различных материалов, следует различать четыре основных случая.

1 Детали одинаковы по конфигурации (при равной нагрузке имеют одинаковые напряжения).

2 Детали равножестки (имеют одинаковые деформации при различных сечениях и напряжениях).

3 Детали равнопрочны (имеют одинаковый запас прочности, различные сечения и напряжения, пропорциональные пределу прочности материала).

4 Детали имеют одинаковую массу.

Первый случай (замена материала детали другим без изменения ее геометрических размеров) практически встречается, когда сечения детали заданы технологическим процессом(например, литые корпусные детали) Это также случай нерасчетных деталей с неопределенными напряжениями Второй и третий случай имеют место при замене материала детали друг им с одновременным изменением ее сечений (расчетные детали, в которых напряжения и деформации определяются достаточно точно и назначаются с расчетом максимального использования прочности и жесткости материала) Четвертый случай — это случай, когда масса конструкции задана ее функциональным назначением и условиями эксплуатации При сравнении прочностных, массовых и жесткостных показателей деталей, изготовленных из различных материалов, будем предполагать, что длина деталей одинакова, а сечения в последних трех случаях изменяются геометрически подобно.

1. Детали одинаковой конфигурации . В случае растяжения-ежа гия относительный коэффициент жесткости согласно формуле (48) V = £F. где F — сечение детали; Е — модуль нормальной упругости.

По условию.F=const. Следовательно, т. е. жесткость деталей в данном случае зависит только от модуля упругости.

Запас прочности где —предел прочности на растяжение, — действующее в детали напряжение.

По условию Следовательно, .

Масса детали, где — плотность материала.

Совершенно аналогичны соотношения в случае изгиба и кручения, с той лишь разницей, что при кручении жесткость детали определяется модулем сдвига.

2. Равножесткие детали. . Условие равножесткости в случае растяжения-сжатия согласно формуле

Следовательно

Масса равножестких деталей

Напряжения

С учетом формулы .

Запас прочности

При иэ1ибе масса равножестких детален

Запас прочности

1. Равнопрочные детали . Условие равнопрочности при растяжении-сжатии

Ввиду того, что , . Следовательно для равнопрочных деталей и масса

Коэффициент жесткости с учетом формулы

При изгибе

4.Испытания гпм

1. Организация испытаний на надежность.

Порядок проведения испытаний грузоподъемных кранов регламентирован "Правилами устройства и безопасной эксплуатацией грузоподъемных кранов" 4-е изд. 1994 г.

Испытания грузоподъемных кранов подразделяются на два вида: статические и динамические. Статические предполагают нагружение грузоподъемной машины нагрузкой до 25% выше номинального значения грузоподъемности и выдержку положения груза на высоте 10 см от поверхности в течении 10 мин, после чего проводят замер наличия остаточного прогиба несущих металлоконструкций. Динамические: подъем испытательного груза массой до 10% выше номинальной грузоподъемности с проверкой работоспособности всех механизмов и устройств безопасности крана.

К функциям службы диагностики относится проведение испытания на надежность. Для проведения испытаний создается комиссия из лиц конструкторского состава, контроля качества, планово- производственного отдела, испытательной лаборатории. Возглавляет комиссию представитель службы надежности.

Комиссия определяет согласно видам отказов меры по устранению недостатков в конструкции и технологии. Своевременное получение информации о надежности машины при минимальных трудовых и денежных затратах требует тщательного планирования испытаний.

1 этап. Выбор принципиальной схемы испытания (вид испытаний, место проведения, уровни составных частей, вид воспроизводимых условий).

"Деталь- узел- машина" по схеме "лаборатория - полигон- эксплуатация".

Такая схема обеспечивает высокую эффективность испытаний, и получение точной информации о состоянии машины.

Испытание на функционирование	Выбор режимов, тензометрирование	Статические ресурсные нагружения	Тензометрирование, динамические испытания
	кратковременные	стендовые	полигонные

2 этап. Выбор объектов и целей испытаний. Подразумевается конкретизация элементов машин, подсистем и т.д. Основаны на субъективных факторах (степень квалификации, важности элементов, наличия информации, ресурсы). Цель - данные о надежности машины для оценки ее состояния (надежность при воздействии внешних условий, условий эксплуатации, получение зависимостей надежности от степени износа). Обычно объекты испытания предлагаются самими разработчиками. В первую очередь испытаниям подлежат объекты с низкой наработкой на отказ.

3 этап. Уточнение вида, уровня и последовательности воздействий окружающих условий при испытаниях конкретного объекта. Практически невозможно воспроизвести весь спектр воздействий на объект в реальных условиях, поэтому исходят из соображений важности. При испытаниях на воздействия окружающей среды устанавливаются уровни условий, при испытаниях на оценку запаса прочности уровень внешних нагрузок должен быть выше экстремального.

4 этап. Выбор средств испытания и уточнение метода. Испытательное оборудование - это оборудование создающее имитацию воздействия внешних факторов при испытаниях, измерительные приборы входных / выходных величин. Различают оборудование общего и специального назначения.

Критерием для выбора испытательного оборудования являются: надежность в работе, точность измерения, возможность моделирования требуемых условий, стоимость, трудоемкость, длительность.

5 этап. Развитие основного плана, стратегии и объема испытаний.

Количество элементов испытаний и длительность каждого.

6 этап. Составление методики испытаний- совокупность правил применения определенных принципов для осуществления испытаний. В основу методики должны быть положены технические требования, регламентирующие допуски на внешние воздействия, параметры испытательного оборудования, порядок сбора и обработки информации.

Главной целью технических узлов должно быть обеспечение испытаний, результаты которых могут быть использованы для составления ожидаемой картины работоспособности элемента.

1.2. Методика.

1 часть должна включать подготовительные работы и проверку характеристик применяемого испытательного оборудования.

2 часть - описывает порядок проведения методических опытов.

3 часть - инструкция по контролю над воздействиями, изменению реакций испытуемого объекта, а так же получение и регистрацию данных.

При проведении усеченных испытаний на надежность методика должна включать критерии приемки с точки зрения объема выборки, длительности испытания и предельного числа отказов. Здесь должны быть конкретизированы понятия отказов и предельных состояний (допустимая погрешность, режимы и пределы изменения).

Опытные данные: показания датчиков, счетчиков, элт, фото, кино, видео. Приборы должны иметь возможность работать как в непрерывном режиме так и в периодическом.

4 часть методики должна включать указания по обработке и обобщению данных. Указания должны исключать возможность неправильного истолкования их эмпирической природы за счет конкретной формы представления.

В результате обработки опытных данных должно быть установлено значение искомого параметра; интервал его вероятного изменения; функция изменения оцениваемого параметра в зависимости от внешних условий причины отказов.

7 этап. Оценка соответствия показателей проектируемой системы и регламентируемой. На этом этапе рассчитывается длительность отдельных видов испытаний, потребность в оборудовании, составление графика испытаний. Полученные данные сопоставляют с регламентируемыми показателями ресурсов и прочими требованиями. При существенном расхождении проектируемых показателей с регламентируемыми - происходит корректировка

программы испытаний.

8 этап. Проведение подготовки к испытаниям; наладка испытательных стендов, динамометрирование.

9 этап. Испытания.

10 этап. Принятие решений по результатам и анализ материалов испытаний.

1.3. Испытательный участок.

Система управления: приборы автоконтроля, приборы защиты, пульт ручного управления, сигнализация аварийного режима, система оповещения и пожаротушения. Требования к системе управления: простота, логичность, соблюдение требований эргономики.

Контрольно-измерительная аппаратура: датчики, усилители, контроллеры, преобразователи, самописцы, ПЭВМ. Требования к контрольно-измерительной аппаратуре: точность воспроизведения, удобная форма представления, высокая степень автоматизации обработки информации, автокорректировка.

Опорные устройства: рама, каркас, стойки. Требования к опорным устройствам: достаточная жесткость, прочность, виброизоляция.

Помещения: в связи с тем, что эти установки в процессе работы создают значительный шум, а так же имеет место высокая вероятность аварий, принято их располагать в отдельных звукоизолированных помещениях (лучше в отдельных зданиях) или, по крайней мере огораживать эти участки металлическим заграждение высотой 2 и более метров (Рис. ).

Рис. Испытательный участок. 1- стенд испытательный; 2 - установка силовозбуждения; 3 - шкаф управления установки силовозбуждения; 4 - эстакада; 5 - кран - балка; 6 - установка автоматического пожаротушения; 7 - емкость жидкости; 8 - лестница аварийной эвакуации персонала; 9 - центральный пульт управления участком испытания.

Система управления в целях безопасности должна быть установлена в отдельном помещении или находиться выше уровня установки на 2-2.5 м. Допускается установка испытательного агрегата в приямок глубиной 1 м. Высота столов, центров, опорных призм, направляющих должна быть одинаковой для всех составных частей установки и вспомогательного оборудования.

Фундаментные плиты должны иметь направляющие в виде т -образного паза для создания возможности линейного перемещения оборудования на месте установки. Плиты прикрепляются к фундаменту анкерными болтами с точностью позиционирования (по высоте) 0.8 мм. Глубина фундаментных плит 1200-2000 мм. Критерий жесткости установки - отсутствие вибрации, установка выполненная правильно не допускает амплитуды вибрации более 0.03 мм.

Помещения должны быть оборудованы системой вытяжной вентиляции и системой автоматического пожаротушения.

1.4. Стендовые испытания машины и их элементов на надежность.

Испытания на усталость - производятся в случаях получения кривой усталости детали для дальнейшей оценки ее долговечности, а также получения экспериментальной оценки при эксплуатационных нагрузках (Рис.).

Рис. Зависимость прочности сварных швов от вида нагружения несущей металлоконструкции.

Экспериментальной оценке долговечности детали должен предшествовать прогноз нагрузок на нее в эксплуатационных условиях. Наиболее весомым признаком классификации стендов для испытания на усталость является способ генерации нагрузок. Соответственно различают два класса машин - с использованием резонанса для генерации и без. Возбуждение циклической нагрузки из этих классов машин может производится различными способами: гидропульсационными, электромагнитным и электромеханическим, с помощью центробежных сил и т. д.

Рис. Схема испытательного стенда с возбуждением сил с помощью гидропульсатора. 1- направляющий элемент; 2- испытуемый объект; 3- устройство нагружения статическим усилием; 4- устройство вращения испытуемого объекта; 5- дроссель; 6- гидропневмоаккумулятор; 7 - каретка устройства статического нагружения; N...- места установки тензометрических розеток.

В последнее время наблюдается тенденция роста рабочих состояний приложения нагрузок. Это обусловлено стремлением к сокращению времени испытаний на усталость, в связи с тем, что предел выносливости мало изменяется в широком диапазоне частот (конечно в случае постоянной температуры). Установлено, также, малое влияние частоты приложения нагрузки во времени на долговечность при программных или случайных режимах нагружения.

По виду воспроизводства режимов нагружения стенды делятся на: стенды с гармоническим и случайным режимом нагружения.

Пульсаторы с гармоническим режимом нагружения более распространен - гидравлический. Гидропульсаторы делятся на односторонние и двусторонние с цикличностью 16...1600 Гц, нагрузкой до 2000 кН.

Стенды с возбуждением от центробежных сил используются для испытаний элементов на усталость при растяжении-сжатии, кручении и изгибе (рис. ).

Рис. Схема испытательного стенда с возбуждением от центробежных сил. N...- места установки тензометрических розеток.

Положительные моменты: быстроходность, экономичность, легкость управления возбудителя.

Распространение, также, получили резонансные схемы нагружения, с использованием любого типа возбудителей (механических, пневматических). Их используют для элементов большого размера, которые трудно разместить на стационарной машине.

Установка с гармоническим возбуждением резонансного типа устойчиво работает при незначительном демпфирующем действии испытуемого объекта (или в случае с малой амплитудой деформации).

Случайные режимы могут быть получены ни стенде, имеющем гидропривод с электрогидравлическим сервоклапаном. в качестве управляющего элемента сервоклапан управляет подачей масла в рабочий цилиндр в соответствии с электросигналом.

При составлении любых схем испытательных стендов необходимо исходить из того, для каких видов испытаний они предназначены. При получении кривых выносливости могут быть использованы любые стенды, но предпочтительно использовать возбудитель с резонансным приводом, позволяющем при небольших затратах энергии реализовать высокую частоту нагружения.

Недостатки. Ограничения по режимам, обусловленное демпфирующими свойствами объекта и допустимой его деформацией. Не всегда также можно сочетать заданные уровни нагружения с соответствующей частотой.

Машины с сервоклапанами на обладают этими недостатками, но потребляют больше энергии.

Блок - программные испытания. Стенд должен быть дополнительно оснащен приводом и органами для создания единичных циклов колебаний. Испытания на долговечность со случайной последовательностью нагружений, повторяющей их распределение в реальном эксплуатационном режиме, и испытания по случайному процессу, моделирующему эксплуатационный режим.

При программировании испытания осуществляется моделирование осредненного во времени распределения нагружения, составление реального процесса. При этом заданный режим последовательности нагружения детали с переменной амплитудой налагается на среднюю нагрузку. Длительность действия неодинакова. Программируемые устройства очень многообразны (оптические, электрические, перфолентные и т. д.).

Моделирование закона процесса: 1- управление сигналом магнитографа, воспроизводящего реальный режим; 2- при помощи генератора случайных сигналов и набора полосовых фильтров, спектр которых соответствует реальному режиму; 3- формирование стационарного процесса с заданной спектральной плотностью.

Стендовые испытания машин в целом.

Это наиболее эффективный вид испытаний, поскольку позволяет воспроизводить весь спектр нагрузок эксплуатационного режима в стационарных условиях, где возможно использования специального диагностического оборудования, удобства доступа и простоты регулировки механизмов, комфортных условий работы обслуживающего персонала.

Однако воспроизводство всех режимов достаточно затруднительно, поэтому ограничиваются наиболее ощутимыми из всех имеющихся.

Всю машину условно разделяют на составные части: а). трансмиссия; б). привод; в). ходовое устройство; г). рабочий орган. В каждом случае используется своя испытательная установка.

Нагружающие устройства: тормоза, силовозбудители, устройства подачи абразива, климатические камеры (рис.).

Требования к нагружающим устройствам: воспроизведение режимов с заданной точностью; стабильность режимов; возможность регулирования; измерение параметров режимов; минимальные затраты энергии; возможность контроля параметров; виброизоляция.

Устройства функционирования: привод, система охлаждения система смазки, топливная система. Требования к устройствам функционирования: возможность регулирования, универсальность, возможность аварийного отключения.

Требования к соединительным устройствам: надежность соединений, быстрый и нетрудоемкий монтаж и демонтаж, малая масса, обеспечение всех режимов испытания с запасом.

1.5. Полигонные испытания.

Большая часть строительных и дорожных машин перемещается по пересеченной местности. Долговечность ходовой части по критерию усталости может быть определена при передвижении машины по участкам со специально подобранной конфигурацией (трекам). Такие испытания позволяют получить исчерпывающую информацию о несущей способности основных элементов машины и состоянии систем базовой машины.

Основное внимание уделяется конструкции трека системе автоматического управления, конструкции устройств моделирования нагружения со стороны исполнительного органа (Рис.).

Характеристики трека: конфигурация, размер дорожек, размер препятствий и их расположение, покрытие дорожек (выбирается исходя из показателей ходовой части. Например: испытания гусеничных машин осуществляется на битумных трассах, колесных - на бетонных и грунтовых (Рис.)).

Амплитудный спектр динамических нагрузок от неровностей пути производится набором искусственных препятствий, расположенных в шахматном порядке. Или на колесо устанавливают металлические и резиновые выступы различной формы. Минимальный интервал установки определяется временем затухания деформаций.

Моделирование нагружения от исполнительного органа осуществляется с помощью загрузочного устройства -плита (волоком), проверяются фрикционы, система питания двигателей, трансмиссия и т.д.; тележка, скребковый безприводной конвейер, гидравлическое нагружающее устройство, электромагнитное устройство.

Режимы полигонных испытаний.

Воспроизведение нагрузок от неровностей пути и дополнительное влияние навесного оборудования, здесь требуется осуществить совпадение характеристик - изменение вертикальных и горизонтальных нагрузок несущих элементов.

Определение количества и вида препятствий, которые необходимо преодолеть, чтобы создать заданное нагружение на несущие элементы - задача очень важная и сложная.

1.6. Эксплуатационные испытания.

Основные задачи: определение фактических показателей надежности машины и ее элементов; изучение закономерности возникновения отказов; отработка методов диагностики. С этой целью составляют специальные карты порядка обследования узлов и деталей грузоподъемной машины после проведения испытаний (рис.).

Рис. Карта обследования узлов и деталей грузоподъемной машины после проведения испытаний.

Эксплуатационные испытания подразделяются: опытные, контрольные, выборочные. Данные, полученные в ходе этих испытаний действительны только для этих конкретных условий, при их смене результаты становятся не действительными.

1.7. Испытания агрегатов СДМ.

Испытания опорных катков гусеничного хода осуществляется в сборе с воспроизводством типовых режимов нагружения, загрязненности рабочей жидкости ( в грязевой ванне). Фрикционные муфты - испытываются в составе рабочего оборудования. Наработка измеряется в единицу времени в сравнении с типичными режимами эксплуатации.

Режимы испытаний.

Режимы: статическое нагружение, периодически изменяющееся нагружение, дискретная нагрузка, воспроизведение реального режима, записанного при эксплуатации. Показатели: момент, частота вращения (колебаний), положение, амплитуда.

Испытания гидравлических систем и их элементов.

Для насосов 50% неисправностей определяются падением мощности, что обусловлено износом трущихся поверхностей. 25% неисправностей не герметичностью уплотнений (температурным режимом). Распределитель - 60% нарушение внутренней герметичности; соединений трубопроводов 10% (уплотнения и вибрация); частое отключение потребителя. Клапана - усадка пружины; выработка седла клапана; трещина корпуса 25%; уплотнения 15%; износ 40%. Гидроцилиндр - негерметичность уплотнений 70%; заедания штока 5%; трещины, развальцовка гильзы 10%. Гидромотор - снижение мощности (40...50%) вследствие не герметичности коллектора, штуцеров, усадки пружин. Шланги - расслоение резины; разрыв корда, выров заделки 5%.

Испытания гидропередач вращательного действия осуществляется на стендах с прямым потоком мощности. Имитация условий осуществляется путем изменения тормозного момента, добавление загрязнений в рабочую жидкость, нагреванием рабочей жидкости.

Испытания гидропередач возвратно-поступательного действия с балансирным нагружающем устройством (Киевский завод "Красный экскаватор"). Продолжительность испытаний чаще всего равно 2.5 5. 010 54 0...2 5. 010 56 0 циклов (время работы резинового уплотнения). Ресурс фильтров 10% повышенной прокачки жидкости (Рис.).