Ситніков Олександр Євгенійович. Прогнозування експлуатаційних змін технічного стану клапанів з електромагнітним приводом при проектуванні

brief description

Ситніков Олександр Євгенійович. Прогнозування експлуатаційних змін технічного стану клапанів з електромагнітним приводом при проектуванні. : Дис... канд. наук: 05.02.02 2008

Ситніков О.Є. Прогнозування експлуатаційних змін технічного стану клапанів з електромагнітним приводом при проектуванні. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.02 машинознавство. Київ, 2007.
Дисертація присвячена розробці наукових основ і практичних рекомендацій з прогнозування на етапі проектування можливих експлуатаційних змін технічного стану електромагнітних клапанів (ЕМК) в процесі відпрацювання ресурсу.
Приведено класифікацію малогабаритних ЕМК, що застосовуються в системах обладнання ЛА. Виявлено особливості експлуатаційних навантажень і основних деградаційних процесів, що призводять до суттєвих змін технічного стану ЕМК і визначають їх ресурсні можливості.
Експериментальним шляхом визначено характер і інтенсивність змін основних структурних і функціональних параметрів клапанів розглянутих типів від кількості циклів напрацювання. Розроблено теоретичні основи моделювання експлуатаційних змін технічного стану ЕМК з використанням імовірнісної моделі накопичення пошкоджень в елементах і вузлах ЕМК. Розроблено математичні моделі і на їх основі відповідні методики прогнозування зміни структурних і функціональних параметрів ЕМК з використанням методу найменших квадратів, методу екстраполяції і методу направленої селекції. Розроблено методику визначення ресурсу ЕМК на підставі аналізу наявних в елементах клапана випадкових процесів пошкоджуваності з урахуванням діючих навантажень і характеристик міцності матеріалів деталей. Виявлено, що наробіток ЕМК з приводом типу ДШВ до відмови внаслідок втомного руйнування шийки штока залежить від питомої кінетичної енергії переміщення рухомої системи приводу. На основі експериментальних досліджень розроблено методику прогнозування показників безвідмовності ЕМК з використанням енергетичних критеріїв.
Основні результати досліджень впроваджено в практику проектування ЕМК в Київському центральному конструкторському бюро арматуробудування.
Ключеві слова:клапан з електромагнітним приводом, прогнозування, технічний стан, деградаційні процеси, надійність, ресурс.

В результаті виконаних експериментально-теоретичних досліджень отримали подальший розвиток наукові основи прогнозування експлуатаційних змін технічного стану клапанів з електромагнітним приводом систем обладнання ЛА, впровадження яких на етапі проектування забезпечує отримання необхідних показників безвідмовності та скорочення термінів проведення розробок нових типів клапанів.
Основні наукові та практичні результати дисертаційної роботи полягають у наступному:
1. Вперше за результатами досліджень деградаційних процесів в елементах і вузлах ЕМК розроблено класифікацію і схему формування експлуатаційних змін технічного стану елементів ЕМК, які поділено поділяти на два типи:
- тип I, коли у формуванні змін кожного функціонального параметра клапана бере участь одночасно декілька різних деградаційних процесів;
- тип II, коли зміна технічного стану елементів клапана відбувається під дією одного домінуючого деградаційного процесу.
Доведено, що прогнозування кожного із цих змін не може бути виконано яким-небудь єдиним методом.
2. Встановлено, що зміни технічного стану ЕМК досліджених типів під дією ресурсних навантажень призводять до якісно різних наслідків, а саме:
- в ЕМК із приводами ОШ (ОВ) і ДШ (ДВ) зміни технічного стану, як правило, завершуються параметричними відмовами, тобто виражаються в погіршенні якості функціонування клапана без припинення останнього;
- в ЕМК з приводами ДШВ зміни технічного стану з певним напрацюванням завершуються руйнуванням стрижневого елемента штока, тобто повним припиненням функціонування виробу.
3. Для визначення напружень в критичних елементах ЕМК розроблено тривимірну параметричну модель клапана. З використанням цієї моделі і метода кінцевих елементів (МКІ) для ЕМК з двопозиційним поляризованим приводом типу ДШВ виявлено критичні за величиною напружень зони в елементах клапана.
4. Вперше встановлено, що наробіток штоків приводу ДШВ до відмови внаслідок втомного руйнування залежить від питомої кінетичної енергії переміщення його рухомої системи; на основі використання енергетичного критерію розроблено математичну модель і методику прогнозування показників безвідмовності ЕМК з приводом типу ДШВ на етапі ескізного проектування.
5. Розроблено математичні моделі експлуатаційних змін технічного стану ЕМК з використанням стохастичної теорії накопичення пошкоджуваностей в елементах і вузлах ЕМК в процесі відпрацювання ресурсу, які відрізняються від використовуваних раніше моделей врахуванням специфіки навантаження і особливостей деградаційних процесів в елементах кінематичного ланцюга клапана.
6. Отримано математичні залежності для визначення щільності розподіліві функції розподілучисел циклів до руйнування критичного елемента клапана, які рекомендовано для оцінки імовірнісних характеристик надійності і довговічності ЕМК.
7. Експериментальним шляхом визначено характер і інтенсивність змін основних функціональних параметрів клапанів розглянутих типів від кількості циклів напрацювання. Отримано відповідні експериментальні залежності математичного очікування і дисперсії зміни параметрів ЕМК від кількості циклів напрацювання, які покладено в основу розробки стохастичних моделей прогнозування можливих експлуатаційних змін параметрів ЕМК в процесі відпрацювання ресурсу.
8. На основі результатів проведених досліджень розроблено стандарт підприємства СТУ-252:2007 Методика прогнозування технічного стану електромагнітних клапанів з приводом ДШВ на етапі проектування”.
9. Розроблено рекомендації щодо удосконалення процесу проектування нових зразків ЕМК для систем обладнання АКТ за рахунок прогнозування можливих експлуатаційних змін в ЕМК при відпрацюванні ресурсу, а також рекомендації щодо удосконалення конструкції окремих типів ЕМК , які захищено деклараційними патентами України на корисну модель № 4156 від 13.02.2004 р., № 12621 від 22.08.2005 р. і патентом України на корисну модель № 17984 від 03.05.2006 р.
10. Результати досліджень впроваджено у практику проектування ЕМК в Київському центральному конструкторському бюро арматуробудування.