exfoГосударственноеобразовательное учреждение высшего профессионального образования
Уфимский Государственный Авиационный ТехническийУниверситет
Кафедра прикладной гидромеханики
Лабораторная работа
по дисциплине Надежность и диагностикагидропневмоприводов
Методика ускоренных испытаний гидропривода игидроагрегатов
Выполнили:ст. гр.
Проверил:
к.т.н.,доцент
/>
Уфа 2010
Введение
Прииспытаниях двигателей на надежность особое внимание уделяется отработкебезотказности и долговечности. В процессе этих испытаний также оценивается:
—прочность, жесткость, несущая долговечность корпусов и всех несущих конструкцийдвигателя;
—работоспособность основных частей двигателя при возможных экстремальныхзначениях рабочих параметров и внешних воздействиях;
—эффективность систем защиты, контроля, диагностики и аварийных систем.
Крометого, работоспособность двигателей оценивается при отборе воздуха откомпрессора для систем кондиционирования противообледенительных и другихсамолетных систем.
Силовыеустановки современных самолетов имеют ряд вспомогательных и аварийных систем,предназначенных для обеспечения или сохранения работоспособности двигателей, втом числе системы запуска, противопожарные, противообледенительные,автоматического флюгирования и реверсирования. Эти системы также подвергаютсяспециальным испытаниям.
Нарядус обязательными стендовыми испытаниями все двигатели проходят летные испытания:
—на специальных летающих лабораториях, в качестве которых обычно используютсямногодвигательные серийные самолеты.;
—на основном (опытном) самолете после проведения соответствующего объемастендовых испытаний и испытаний на летающей лаборатории, необходимых дляобеспечения безопасности полета..
Окончательнаяоценка и отработка функциональных и надежностных характеристик двигателяпроизводится на опытном самолете. В процессе этих испытаний определяютсяэксплуатационные характеристики и оценивается соответствие всех характеристикдвигателя заданным техническим требованиям. Важной задачей этого этапаиспытаний является отработка и определение характеристик всех систем силовойустановки и особенно топливной системы, воздухозаборника и реактивного сопла.
1. Проведение ускоренных испытаний нанадёжность
1. Гидроприводы, для которых определяются режимыускоренных испытаний должны:
- работать на жидкостях АМГ-10 ГОСТ6794-75; 7-50С-3 ГОСТ 20734-75; НГЖ-4 №* 101740-80;
- работать при температуре рабочейжидкости и окружающей среды от минус 60 до плюс 220 оС, давлении до27,5 МПа (280 кгс/см2) скорости движения выходного звена до 200 м/с;
- выполняться с уплотнениямиподвижных соединений из фторопласта Фт-4 ТУ 6-05-810-76; из резиновых смесей:В-14, В-14-1, ИРП-1353, ИРП-1078, ИРП-1054, НО-68-1, ИРП-1287, ИРП-1316,ИРП-1375, ИРП-1377, ВР-7, по ТУ 38 005 1166-73, 51-1668НТА по ТУ 38-40334-77 ис силовыми деталями из стальных, титановых, алюминиевых и других сплавов;
- нарабатывать ресурс посредствомподачи периодически меняющегося электрического управляющего сигнала отгенератора периодических колебаний или управляющего сигнала от механического(гидравлического) />-датчика.
2. Сокращение времени ресурсных испытаний достигаетсяза счет форсирования режимов испытания гидроприводов – скорости движениявыходного звена, давления и температуры рабочей жидкости, нагрузки на выходномзвене при сохранении остальных условий, состава, методик по испытанию насоответствие требованиям технических условий (ТУ) на гидропривод.
3. Сокращение времени испытаний гидроприводов наусталость за назначенный ресурс достигается проведением испытаний приувеличенных нагрузках с сохранением эквивалентности по накоплению усталостныхповреждений и (или) за счет увеличения частоты циклов нагружения. Прииспытаниях на усталость производится блочное нагружение гидропривода.Оптимальное число блоков за назначенный ресурс составляет 10-15.
4. В основу методики заложена эквивалентность режимовэксплуатации или режимов испытаний, заданных в техническом задании (ТЗ) нагидропривод, ускоренным режимам испытаний по основным разрушающим факторам длякритичных деталей:
- износу уплотнений подвижныхсоединений выходного звена;
- тепловому старению резиновыхуплотнений;
- накоплению усталостных поврежденийв силовых деталях;
- износу подшипников.
5. Степень ускорения ограничивается максимальнодопустимыми температурами рабочих жидкостей и материалов, максимальнорасполагаемыми скоростями и нагрузками.
6. Оценку результатов ускоренных испытаний проводить всоответствии с действующей нормативно-технической документацией (НТД) нагидропривод.
7. Программы ускоренных ресурсных испытаний ииспытаний на усталость разрабатываются и апробируются предприятиямиразработчиками гидроприводов и вводятся в ТУ.
8. Допускается объединение двух программ в единуюпрограмму испытаний на долговечность с соблюдением эквивалентности по всемосновным разрушающим факторам и требований по обеспечению надежности.
Принятыедопущения и методические указания:
1. Методика определения режимов ускоренных ресурсныхиспытаний построена на основе форсирования температуры рабочей жидкости (/>) припостоянной температуре окружающей среды (/>), причем режимы, имеющиетемпературу минус />для всех типов гидроприводов,ускорению не подлежат.
2. При температуре рабочей жидкости в интервале /> изменениеизноса уплотнений от изменения температуры не увеличивается (/>). Если />, а />, то в расчетныхформулах следует принимать />.
3. Старение резиновых уплотнений при температурерабочей жидкости /> не учитывается. Если /> а />, то врасчетных формулах по старению следует принимать />.
4. За нормы герметичности по уплотнениям подвижныхсоединений на ускоренном режиме принимаются нормы, указанные в ТУ длясоответствующего режима эксплуатации.
5. Если на ускоренных режимах будет установленоотклонение от норм герметичности, указанных в п. 4, то после наработки ресурсана данном ускоренном режиме должна быть произведена проверка утечек в течение 1ч на соответствующем режиме, указанном в ТУ.
При удовлетворительных результатах проверки следуетпродолжить ускоренные испытания, а при неудовлетворительных – произвести работыв соответствии с действующей НТД и принятым решением.
6. Критичными деталями по износу и тепловому старениюявляются резиновые (фторопластовые) уплотнения подвижных соединений, причем приналичии уплотнений из резины нескольких марок расчет следует производить порезине, имеющей наименьший ресурс при максимальной температуре рабочейжидкости, заданной в ТУ.
Для гидроприводов, имеющих другие критичные детали потепловому старению и (или) износу, расчет следует производить с учетом этихдеталей.
7. Критичными деталями по накоплению усталостныхповреждений являются детали, имеющие максимальные напряжения при работегидропривода.
Критичные детали определяются для каждой группыдеталей, классифицируемых по материалу, из которого они изготовлены (стальные,алюминиевые, титановые и другие материалы), и по характеру воспринимаемойнагрузки.
8. Испытания на усталость проводятся при нормальныхтемпературах рабочей жидкости /> и окружающей среды />.
При испытании на усталость необходимо отрабатыватьтемпературные режимы, если температура рабочей жидкости и окружающей среды поТЗ (ТУ) более 120 /> для гидроприводов, в которых естьсиловые детали из легких сплавов (кроме титановых) или более 250 /> для гидроприводов, вкоторых применяются другие сплавы (в том числе титановые).
9. Коэффициент чувствительности к асимметрии цикланапряжений (/>)для титановых сплавов принимается как для высокопрочного алюминиевого сплаваВ95.
10. Коэффициент чувствительности к асимметрии цикла понапряжениям среза (/>) принимается равным половинекоэффициента по напряжениям изгиба (/>).
11. При испытаниях на усталость частоту циклов (f) нерекомендуется повышать более 5 Гц. При испытаниях гидроагрегатов с деталями изтитановых и алюминиевых сплавов частоту циклов более 3 Гц применять нерекомендуется.
Увеличение частоты выше рекомендуемой должно бытьтехнически обосновано.
12. Влияние на усталость шарнирных моментов трения исил трения в соединениях с поступательным движением должно учитываться заданиемамплитуды движения выходного звена не менее />мм с поворотом в шарнирномсоединении.
13. Число циклов при испытаниях на усталость задаетсяс учетом необходимого коэффициента надежности />.
14. Испытания на усталость проводятся до наработкичисла циклов, необходимого для защиты назначенного ресурса по всем группамдеталей.
15. Несущая способность конструкции по сопротивлениюусталости определяется испытаниями до разрушения и является ограниченной принаработке числа циклов />.
16. В случае разрушения деталей при испытании наусталость, определение ресурса разрушившихся деталей производится по среднейнаработке идентичных деталей, а по всему гидроприводу – по общей наработке сначала испытаний.
17. При определении ресурса по сопротивлению усталостиследует исходить из несущей способности основных силовых деталей. Результатыиспытаний на усталость учитываются при установлении ресурса до первого ремонта,межремонтного и назначенного ресурсов гидропривода.
18. Для подтверждения наработок менее ресурса допервого ремонта производится отработка необходимого числа циклов и расширенныйобъем контрольных проверок, устанавливающих отсутствие разрушений без разборкигидропривода, или дополнительная отработка блока нагружения, эквивалентного 20%подтверждаемого ресурса, без разборки гидропривода.
Объем проверок устанавливается частным решением сучастием представителя заказчика.
19. К испытаниям на усталость не допускаются гидроприводы,имеющие критические дефекты, и гидроприводы, прошедшие статические испытания напрочность.
20. Модификация силовых деталей по материалам,конструкции и технологии их изготовления, влияющая на сопротивление усталостиэтих деталей, должна проверяться повторными испытаниями на усталость. Объемповторных испытаний согласовывается с представителем заказчика.
2. Расчет режимов ускоренных ресурсных испытанийгидроприводов
/>
/>/>
Таблица1 Номер режима Амплитуда перемещения выходного звена, мм Нагрузка на выходном звене, кН
Температура, 0С Кол. Циклов перемещений выходного звена Частота перемещений выходного звена, Гц Время испытаний на режиме, ч Окружающей среды Рабочей жидкости 1 10 21,25 10 55 363000 0,14 720 2 8 60 597000 0,23 3 6 75 906000 0,35 4 4 80 1165000 0,45 5 2 95 1426000 0,55 6 1 100 2385000 0,92
Расчет режимов ускоренных испытаний производить покритичной резине.
Определить скорость движения выходного звена на каждомрежиме, заданном в табл. 1, по формуле:
/> (1)
/>;
/>;
/>;
/>;
/>;
/>.
Определить максимальную допустимую скорость движениявыходного звена в соответствии с нагрузочной характеристикой гидропривода принагрузке на каждом режиме, заданном в табл. 1, по формуле:
/> (2)
/>
Определить скорость движения выходного звена на каждомускоренном режиме по формуле:
/> (3)
/>
Если имеется нагрузочная характеристика для данногогидропривода, то допускается принимать
/> (4)
/>;
/>;
/>;
/>;
/>.
Определить приращение температуры в резиновомуплотнении от увеличения скорости движения выходного звена на каждом ускоренномрежиме по формуле:
/>, где С=0,1 (5)
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Рекомендуется выбирать температуру рабочей жидкости накаждом ускоренном режиме в первом приближении из условий:
/> (6)
Тогда:
Для t=100°С:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Произвести разбивку интервала температуры от /> до /> на интервалычерез 100С, обозначив их по возрастающей последовательности:
от t0до t1, от t1 до t2, …, от ti-1 до ti,
где />
Коэффициенты старения резиновых уплотнений Кст1,Кст2, …, Кcт i-1, Кст i, для критичной резины и соответствующих интервалов температур определяютпо:
от70 до 80 0С Кст = 2,06; от 80 до 90 0С Кст= 1,95;
от90 до 100 0С Кст = 1,87; от 100 до 110 0С Кст= 1,8;
от120 до 130 0С Кст = 1,65; от 130 до 140 0С Кст= 1,61;
от140 до 150 0С Кст = 1,59; от 150 до 160 0С Кст= 1,6;
от160 до 170 0С Кст = 1,67; от 170 до 180 0С Кст= 1,8;
от180 до 190 0С Кст = 1,96;
Определить произведение коэффициентов старения поформуле:
/> (7)
/>
Для t=100°C:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Определяем амплитуду перемещений выходного звена длякаждого ускоренного режима:
/> (8)
где а=2,4; b=-0,1.
Для t=100°C:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Определить частоту перемещения выходного звена накаждом ускоренном режиме по формуле:
/>, (9)
Для t=60°C:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Определить время ресурсных испытаний на каждомускоренном режиме по формуле:
/>; (10)
Для t=60°C:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Выходныеданные:Номер режима Амплитуда перемещения выходного звена, мм Нагрузка на выходном звене, кН Температура, 0С
Кол. Циклов перемещений выходно
го звена
Частота пере
мещений выходного звена, Гц
Время испытаний на режи
ме, ч Окруж. среды Рабоч. жид-ти 1 3,613 16 10 55 363000 4,238 27,354 2 2,756 60 597000 4,554 34,276 3 2,024 75 906000 7,56 38,299 4 1,605 80 1165000 8,297 39,049 5 0,894 95 1426000 10,89 26,595 6 0,466 100 2385000 15,802 23,159
Дляt ͦ=100 ͦC
/>
Построитьграфики:
/>
Рисунок1 – Зависимость амплитуды перемещения выходного звена от времени испытания нарежиме для 100 ͦ С
/>
Рисунок2 — Зависимость амплитуды перемещения выходного звена от частоты перемещения для100 ͦС
Вывод
Порезультатам расчетов режимов ускоренных испытаний можно сделать следующиезаключения:
— эквивалентность по разным критериям лежит в допустимых пределах, следовательнособлюдается;
— зависимости перемещений выходного звена от времени испытания и зависимостьамплитуды перемещения выходного звена от частоты перемещения не меняется приразных нагрузках, а изменяется при разных температурах;
— частота перемещений выходного звена ускоренных ресурсных испытаний значительнобольше частоты ресурсных испытаний и зависит от температуры рабочей жидкости:чем выше температура, тем значение частоты больше;
— скорость перемещения выходного звена ускоренных ресурсных испытаний значительнобольше скорости ресурсных испытаний;
— время испытаний на ускоренных режимах значительно меньше и зависит оттемпературы рабочей жидкости: чем выше температура, тем меньше время испытаний.