Конечноэлементное моделирование эксплуатационного взаимодействия гидростатической втулки и штока в составе гидроцилиндра
Автор: Шипулин Леонид Викторович, Дегтярева-Кашутина Анастасия Сергеевна
Рубрика: Численные методы моделирования
Статья в выпуске: 3 т.21, 2021 года.
Бесплатный доступ
Гидропривод с гидростатическими направляющими (ГП с ГСН) предназначен для использования в составе различного стендового испытательного оборудования, а именно: ресурсных, вибрационных и разрушающих стендов, применяемых для проведения эксплуатационных испытаний в нефтегазовой, аэрокосмической, военной и других отраслях для установления фактических значений показателей работоспособности различных ответственных деталей и компонентов. ГП с ГСН по своей конструкции похож на обычный гидропривод, но шток, располагаемый в гидроприводе, установлен в гидростатических направляющих. Гидростатические направляющие имеют малые потери мощности на трение, могут иметь широкие перемычки, а используемое масло может быть вязким. Гидростатические направляющие обеспечивают даже при самых низких скоростях равномерное (без скачков) движение штока. В рамках данной статьи рассматривается расчет на прочность втулки и штока, входящих в состав ГП с ГСН. Для проведения моделирования напряжений, деформаций и перемещений, возникающих при работе втулки и штока, используется метод конечных элементов, реализованный средствами программы ANSYS. Данные, полученные в результате моделирования, хорошо согласуются с расчетами по известным зависимостям сопротивления материалов, согласно которым величина радиальных напряжений в толстостенном цилиндре равна по модулю и обратна по знаку внутреннему давлению на втулку. Также проведена оценка дополнительного увеличения радиуса проточной части узла. Полученная величина совместного изменения диаметров втулки и штока оказалась сравнима с допуском на изготовление внутреннего диаметра втулки. Но в случае изготовления втулки по верхней границе допуска может произойти увеличение расхода смазки. Поэтому произведен расчет для установления максимального значения расхода, который показал, что даже при максимальном зазоре расход в пределах нормы.
Гидропривод с гидростатическими направляющими, моделирование, напряжения, расход
Короткий адрес: https://sciup.org/147236533
IDR: 147236533 | УДК: 620.2 | DOI: 10.14529/engin210307
Finite element modeling of the operational interaction of the sleeve and the rod as part of the hydraulic drive
The hydraulic drive with hydrostatic guides is intended for use as part of various bench test equipment, namely: resource, vibration and destructive stands used for performance tests in the oil and gas, aerospace, military and other industries to establish the actual values of the performance indicators of various critical parts and components. A hydrostatic guide hydraulic actuator is similar in design to a conventional hydraulic actuator, but the stem located in the hydraulic actuator is mounted in the hydrostatic guides. Hydrostatic guides have low frictional power losses, can have wide bridges, and the oil used can be viscous. Hydrostatic guides ensure uniform stem movement even at the lowest speeds. Within the framework of this article, the calculation of the strength of the sleeve and the rod, which are part of the hydraulic drive with hydrostatic guides, is considered. To simulate stresses, deformations and displacements arising from the operation of the sleeve and rod, the finite element method is used, implemented by means of the ANSYS program. The data obtained as a result of modeling are in good agreement with calculations based on the known dependences of the resistance of materials, according to which the magnitude of radial stresses in a thick-walled cylinder is equal in magnitude and opposite in sign to the internal pressure on the sleeve. An assessment of the additional increase in the radius of the flow path of the assembly was also carried out. The obtained value of the joint change in the diameters of the sleeve and the rod turned out to be comparable with the tolerance for the manufacture of the inner diameter of the sleeve. However, if the sleeve is manufactured at the upper tolerance limit, an increase in lubricant consumption may occur. Therefore, a calculation was made to establish the maximum flow rate, which showed that even with the maximum clearance; the flow rate is within the normal range.
Список литературы Конечноэлементное моделирование эксплуатационного взаимодействия гидростатической втулки и штока в составе гидроцилиндра
- Koutchma, T. Adapting High Hydrostatic Pressure (HPP) for Food Processing Operations / T. Koutchma. - Elsevier, 2014. - 130 p.
- Tewari, G. High pressure processing of foods: An overview / G. Tewari, D. Jayas, R. Holley // Science Aliments. - 1999. - Vol. 19. - Р. 619-661.
- Schreiber, K.A. Ground States of the Two-Dimensional Electron System at Half-Filling under Hydrostatic Pressure / K.A. Schreiber. - Springer International Publishing, 2019. - 112 p.
- Javaherdashti, R. Hydrostatic Testing, Corrosion, and Microbiologically Influenced Corrosion A Field Manual for Control and Prevention / R. Javaherdasht, F. Akvan. - CRC Press, 2017. - 91 p.
- Hassanzadeh, M. Hydrostatic test of storage tanks using seawater and corrosion considerations / M. Hassanzadeh, Kh. Rahmani // Engineering Failure Analysis. - 2021. - Vol. 122. - Number article 105267. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2021.105267.
- Acoustic emission characteristics of used 70 MPa type IV hydrogen storage tanks during hydrostatic burst tests / D. Wang, B. Liao, Ch. Hao et al. // International Journal of Hydrogen Energy. -2021. - Vol. 46, Iss. 23. - P. 12605-12614. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.12.177.
- Сайт Hydraulics International [Электронный ресурс]. - 2018-2020. Режим доступа: https://hiipumps.ru/ru/product/type/?id=124, свободный. - Загл. с экрана (дата обращения 30.08.2021).
- Сайт URACA [Электронный ресурс]. - 2020. Режим доступа: www.uraca.com, свободный. - Загл. с экрана (дата обращения 30.08.2021).
- Сайт Resato [Электронный ресурс]. - 2015-2020. Режим доступа: https://www.resato.com, свободный. - Загл. с экрана (дата обращения 30.08.2021).
- Сайт Candan Makina LTD [Электронный ресурс]. - 2010-2021. Режим доступа: http://www.candanmakina.com, свободный. - Загл. с экрана (дата обращения 30.08.2021).
- Сайт ЗЕТ-ТЕХНО [Электронный ресурс]. - 2002-2020. Режим доступа: https://www.z-tec.ru, свободный. - Загл. с экрана (дата обращения 30.08.2021).
- Rowe, W.B. Hydrostatic and hybrid bearing design / W. Rowe. - Cambridge. Great Britain at the University Press, 1983. - 248 p.
- Сайт Team Corporation [Электронный ресурс]. - 2010-2021. Режим доступа: https://te-amcorporation.com, свободный. - Загл. с экрана (дата обращения 30.08.2021).
- Сайт ZOLLERN [Электронный ресурс]. - 2010-2021. Режим доступа: https://www.zol-lern.com/en, свободный. - Загл. с экрана (дата обращения 30.08.2021).
- Гохфельд, Д.А. Механические свойства сталей и сплавов при нестационарном нагружении: справочник/Д.А. Гохфельд, Л.Б. Гецов, К.М. Кононов и др. - Екатеринбург: УрО РАН, 1996. - 405 с.
- Феодосьев, В.И. Сопротивление материалов / В.И. Феодосьев. - М. : МГТУ им. Баумана, 2010. - 590 с.
- Воскресенский, В.А. Расчет и проектирование опор жидкостного трения: справочник / В.А. Воскресенский, В.И. Дьяков, А.З. Зиле. -М. : Машиностроение. 1983. - 232 с.
- Srinivasan, V. Analysis of Static and Dynamic Load on Hydrostatic Bearing with Variable Viscosity and Pressure / V. Srinivasan // Indian Journal of Science and Technology. - 2013. - Vol. 6 (6S). -P. 4777-4782.
- Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа / Л.Г. Лойцянский. - М. : Дрофа, 2003. -840 с.
- Проектирование гидростатических подшипников / под ред. Г. Риппела. - М. : Машиностроение, 1967. -136 с.