Прогнозирование долговечности резиновых деталей с помощью прикладных критериев разрушения
Рассматривается расчёт долговечности резиновых деталей с использованием прикладных критериев разрушения. Calculation of durability of rubber parts by means of applied fracture criteria is observed.
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2013
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59587 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Прогнозирование долговечности резиновых деталей с помощью прикладных критериев разрушения / В.И. Дырда, С.П. Сокол, Т.Е. Твердохлеб, А.В. Толстенко, Ю.Н. Овчаренко, Е.В. Калганков, А.А. Черний, И.Н. Цаниди // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 108. — С. 155-163. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860236579270819840 |
|---|---|
| author | Дырда, В.И. Сокол, С.П. Твердохлеб, Т.Е. Толстенко, А.В. Овчаренко, Ю.Н. Калганков, Е.В. Черний, А.А. Цаниди, И.Н. |
| author_facet | Дырда, В.И. Сокол, С.П. Твердохлеб, Т.Е. Толстенко, А.В. Овчаренко, Ю.Н. Калганков, Е.В. Черний, А.А. Цаниди, И.Н. |
| citation_txt | Прогнозирование долговечности резиновых деталей с помощью прикладных критериев разрушения / В.И. Дырда, С.П. Сокол, Т.Е. Твердохлеб, А.В. Толстенко, Ю.Н. Овчаренко, Е.В. Калганков, А.А. Черний, И.Н. Цаниди // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 108. — С. 155-163. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Рассматривается расчёт долговечности резиновых деталей с использованием прикладных критериев разрушения.
Calculation of durability of rubber parts by means of applied fracture criteria is observed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:24:54Z |
| format | Article |
| fulltext |
155
УДК 678.4.06:621.81
В.И. Дырда, д-р техн. наук, профессор
(ИГТМ НАН Украины),
С.П. Сокол, инженер, ст. преподаватель
(ДГАУ),
Т.Е. Твердохлеб, инженер, научн. сотр.
(ИГТМ НАН Украины),
А.В. Толстенко, канд. техн. наук, доцент,
Ю.Н. Овчаренко, канд. техн. наук, доцент,
Е.В. Калганков, инженер, ст. преподаватель,
А.А. Черний, инженер, ст. преподаватель,
И.Н. Цаниди, инженер, ассистент
(ДГАУ)
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ РЕЗИНОВЫХ
ДЕТАЛЕЙ С ПОМОЩЬЮ ПРИКЛАДНЫХ КРИТЕРИЕВ
РАЗРУШЕНИЯ
Аннотация. Рассматривается расчёт долговечности резиновых деталей с использованием при-
кладных критериев разрушения.
Ключевые слова: критерий разрушения, диссипация энергии, старение, интенсивный и умеренный
режимы, режим длительной эксплуатации
V.I. Dyrda, D. Sc. (Tech.), Professor
(IGTM NASU),
S.P. Sokol, Engineer, Senior Teacher
(DSAU),
T.Ye. Tverdohleb, Engineer, Researcher
(IGTM NASU),
A.V. Tolstenko, Ph. D. (Tech.), Associate Professor,
Yu.N. Ovcharenko, Ph. D. (Tech.), Associate Professor,
Ye.V. Kalgankov, Engineer, Senior Teacher,
A.A. Cherniy, Engineer, Senior Teacher,
I.N. Tsanidy, Engineer, Doctoral Student
(DSAU)
FORECASTING OF DURABILITY OF RUBBER PARTS BY MEANS OF APPLIED
FRACTURE CRITERIA
Abstract. Calculation of durability of rubber parts by means of applied fracture criteria is observed.
Keywords: fracture criterion, energy dissipation, aging, intense and moderate regimes, the regime of
long-term operation
Рассмотренные в [1] термодинамические критерии разрушения не всегда
применимы для прогнозирования долговечности натурных резиновых элементов
прежде всего вследствие их сложности и довольно частого отсутствия достовер-
ной экспериментальной информации о физико-механическом и химическом по-
ведении системы, эксплуатируемой в реальных условиях. Поэтому в инженерной
практике весьма широко используют односторонние оценки долговечности, рас-
сматривая один или два параметра, наиболее полно характеризующие работу
эластомерных конструкций при заданных условиях нагружения. Для резины в ка-
© Дырда В.И., Сокол С.П., Твердохлеб Т.Е., Толстенко А.В., Овчаренко Ю.Н., Калганков Е.В., Чер-
ний А.А., Цаниди И.Н., 2013
ISSN 1607-4556
156
честве таких параметров обычно используют допускаемые значения температур,
напряжений и деформаций.
Прогнозирование долговечности эластомерных конструкций по допус-
каемым значениям напряжений и деформаций. В отличие от металлических
конструкций при расчёте резиновых элементов деформационные критерии не иг-
рают такой важной роли прежде всего вследствие особенностей вязкоупругого
поведения резины, её существенного диссипативного разогрева и наличия эффек-
тов старения. Для упругих элементов вибромашин из резин типа 2959 и 1847 до-
пускаемые значения напряжений и деформаций впервые получил В.Н. Потураев;
для резин общего назначения ряд рекомендаций приведен в работах
Б.М. Горелика, Е.Т. Григорьева, Гебеля, Кервилсона, Деви и ряда других исследо-
вателей. Обзор этих работ, а также результаты, полученные для натурных элемен-
тов из различных резин, приведены в [1]. Однако все эти результаты не обладают
достаточной степенью общности, пригодны лишь в узком диапазоне изменения
режима нагружения и температуры, а их получение связано с большими экспери-
ментальными трудностями. Тем не менее, они представляют несомненный инте-
рес в инженерной практике, так как позволяют просто и наглядно назначать ре-
жимы эксплуатации резиновых элементов, ориентировочно прогнозировать их
долговечность. Ограниченность полученных результатов заключается также в том,
что при других режимах нагружения и разработке новых конструкций, особенно
из новых марок резин, допускаемые значения напряжений и деформаций следует
определять заново.
Приведенные ниже данные были получены в течение многолетних (при-
мерно 15 лет) исследований натурных резиновых элементов в условиях, макси-
мально приближенных к эксплуатационным. Обобщённые данные приведены как
для новых марок резин типа 51-1562, так и для традиционных 2959, 1224, по кото-
рым накоплена большая экспериментальная информация. Приведенные в табл. 1
данные по допускаемым значениям напряжений и деформаций относятся к наи-
более часто наблюдаемым в инженерной практике режимам эксплуатации упру-
гих звеньев тяжёлых горных машин. Если рассматривать эти режимы с точки зре-
ния одного из наиболее важных параметров – температуры диссипативного само-
разогрева, то можно выделить три основных режима. Естественно, такое разделе-
ние до некоторой степени условно, так как при одном и том же режиме работы
вибромашины её упругие звенья из разных типов резин могут испытывать различ-
ный саморазогрев и, следовательно, могут быть отнесены к разным режимам.
Таблица 1 Допускаемые деформации и напряжения
Резина Твёрдость
по ТМ-2
Модуль сдвига,
МПа
Сдвиг Сжатие
Напряжение,
МПа
Деформация,
%
Напряжение,
МПа
Деформация,
%
2959 4560 1,501,70 0,25 15 0,40 510
1224 4560 1,902,10 0,25 15 0,30 510
51-1562 4045 0,600,85 0,20 35 0,30 1015
В случае интенсивного режима нагружения при кратковременной работе
вибромашин температура саморазогрева в наиболее опасных областях элементов
превышает критическую температуру для рассматриваемых резин Tкр = (353-363) К
и может достичь (380-400) К. В таком режиме работают вибродробилки, некото-
рые типы питателей ВПР на выпуске руды и ряд других машин. Продолжитель-
ность работы, например, вибропитателей может составлять (2-3) мин, а перерыв
между включениями (10-15) мин. В этом случае можно допускать кратковре-
Геотехнічна механіка. 2013. 108
157
менный перегрев резиновых элементов (например, для центральной области
элементов типа БРМ102 до (380-390) К с последующим их охлаждением до
= (70-80) К). Как результат можно назначать и более высокие значения напряже-
ний и деформаций. Следует подчеркнуть, что при интенсивных стационарных ре-
жимах нагружения долговечность до отказа элемента составляет (1-10) ч. При эпи-
зодическом, непродолжительном нагружении и последующем охлаждении дол-
говечность элементов существенно возрастает и достигает (1000-3000) ч и более.
При умеренно-интенсивном режиме резиновые элементы вибромашин ис-
пытывают саморазогрев, близкий или незначительно превышающий Tкр. Эти ре-
жимы характерны для вибромашин, работающих в стационарном режиме нагру-
жения непродолжительное время (500-1000) ч. Так, например, у вибрационных
питателей типа ВПР для выпуска руды при установке их в блоки с небольшим за-
пасом руды для повышения производительности в некоторых случаях увеличива-
ют амплитуду колебаний. В результате долговечность резиновых элементов резко
уменьшается. Обычно подбирают такие параметры нагружения, чтобы срок служ-
бы до отказа совпадал с окончанием технологической операции. При перестанов-
ке вибропитателя в другой блок резиновые элементы обычно заменяют.
В случае режима длительной эксплуатации стационарный температурный
разогрев резиновых элементов значительно ниже критического уровня (T < Tкр).
Такие режимы свойственны большинству рассматриваемых машин вибрационно-
го типа. Согласно ГОСТ 11732-66 «Вибрационные конвейеры», гарантийный срок
наработки таких вибромашин устанавливается в один год, что при двухсменной
работе составляет примерно 5000 ч. Поэтому и долговечность резиновых элемен-
тов, как правило, должна быть не ниже этого срока. В действительности долговеч-
ность элементов из разработанных типов резин при указанных в табл. 1 допускае-
мых значениях напряжений и деформаций составляет (10-50)103 ч.
Следует подчеркнуть, что при использовании приведенных в табл. 1 данных
необходимо учитывать не только режим нагружения, но и температуру окружаю-
щей среды, длительность эксплуатации, массивность изделий и, как следствие,
температуру их диссипативного саморазогрева. Так, например, элемент сдвига ти-
па БРМ101 из резины 51-1562 при = 0,35 и = 10,8 Гц имел температуру нагрева
в центре = (32-36) К и долговечность до отказа t* = (28-30) тыс. ч. Более массив-
ный элемент сдвига типа БРМ102 из этой же резины при тех же параметрах на-
гружения имел соответственно = 85 К и t* = (400-600) ч. Как видим, различие
весьма существенное. Поэтому полученные результаты, впрочем, как и все имею-
щиеся результаты по допускаемым значениям напряжений и деформаций, следу-
ет использовать в сочетании с аналитическими расчётами долговечности. Приве-
денные в табл. 1 данные получены непосредственно для прогнозирования долго-
вечности аналогичных элементов и типов машин, работающих при идентичных
режимах нагружения.
Прогнозирование долговечности эластомерных конструкций по допус-
каемым значениям температуры диссипативного саморазогрева. При использо-
вании этого критерия температура диссипативного саморазогрева в наиболее
опасной точке элемента сравнивается с допускаемым значением температуры на-
грева, характерной для рассматриваемого типа резины и определяемой экспери-
ментально. Ранее неоднократно указывалось, что для большинства резин
(см. табл. 1) допускаемая температура Tкр = (353-363) К. Длительным эксперимен-
тированием установлено, что при T < Tкр долговечность резиновых элементов бу-
дет больше некоторого значения, в ряде случаев удовлетворяющего инженерную
ISSN 1607-4556
158
практику. Так, например, для рассматриваемых резин (см. табл. 1) при T < Tкр дол-
говечность элементов типа БРМ102 превышает (500-1000) ч.
Использование температуры в качестве допускаемой величины органически
вытекает из особенностей вязкоупругого поведения резины, её существенного
диссипативного саморазогрева и зависимостей физико-механических характери-
стик и долговечности от температуры. Поэтому уже в ранних работах
Г.М. Бартенева, В.Н. Потураева, Б.М. Горелика, Э.Э. Лавендела, Д.Л. Федюкина,
А.И. Лукомской, С.Б. Ратнера и ряда других исследователей рассматривалась эта
возможность. Позднее этот вопрос получил развитие в работах В.П. Тамужа,
П.П. Олдырева, В.Г. Карнаухова и др. В работе [3] рассматривались аналогичные
вопросы и использовался приём, согласно которому при решении стационарного
уравнения теплопроводности вводится некоторый параметр , являющийся функ-
цией физико-механических характеристик резин и условий нагружения. Этот при-
ём был использован при прогнозировании долговечности резиновых элементов
машин. Рассмотрим два случая температурного прогнозирования долговечности
резиновых элементов вибрационных машин.
Первый из них относится к нестационарным температурным режимам дис-
сипативного саморазогрева реальных эластомерных конструкций. В инженерной
практике такие режимы довольно часто наблюдаются в резиновых элементах уп-
ругих подвесок тяжёлых горных вибромашин при интенсивных режимах работы
или воздействии чрезмерного внешнего температурного поля. В этом случае про-
гнозирование долговечности элементов можно производить на основании усло-
вия
max допT T , (1)
где Tmax максимальная температура в наиболее опасной точке резинового
элемента;
Tдоп некоторая допускаемая температура; для рассматриваемых элемен-
тов Tдоп = (380-400) К.
Решая стационарное уравнение теплопроводности
2 2 2
2 2 2
( , )
,
T T T T W p T
a
t x y z c
где W функция диссипации, зависящая от температуры и повреждённости ре-
зины;
p, x, y, z координаты;
c теплоёмкость резины,
и учитывая условие (1), можно получить время до того момента, когда температу-
ра достигнет предельного значения, т.е. Tдоп. Это и будет временем наработки до
отказа рассматриваемого образца. При этом обязательно следует учитывать зави-
симость реологических параметров резины G и от температуры, как это принято
в [3]. Развивающаяся в материале повреждённость оказывает некоторое влияние
на рост температуры. Однако её влияние незначительное, и, учитывая, что долго-
вечность элементов измеряется в лучшем случае десятками часов, этим влиянием
можно пренебречь.
Второй случай относится к прогнозированию долговечности при усталост-
ном механизме разрушения эластомерных конструкций, когда температура уже
не является превалирующим фактором, но все же заметно влияет на процесс
утомления, ускоряя физико-химические реакции, протекающие в материале. Ра-
Геотехнічна механіка. 2013. 108
159
нее [2] была рассмотрена зависимость между долговечностью до отказа элемен-
тов сдвига типа БРМ и установившимся значением температуры их диссипативно-
го разогрева. При наличии таких экспериментальных кривых температурное про-
гнозирование долговечности не составляет особых затруднений. Однако в случае
изменения режима нагружения, например частоты, эти зависимости уже непри-
годны. Получение их связано с большим объёмом экспериментальных работ и с
многолетними трудоёмкими исследованиями. Теоретически рассчитать долговеч-
ность резиновых элементов только по температуре их диссипативного саморазо-
грева не представляется возможным.
Вместе с тем, располагая определённой экспериментальной информацией о
сроках службы натурных элементов конструкций, можно назначать такие допус-
каемые значения температур саморазогрева, при которых конструкция будет ра-
ботать не меньше некоторого, определяемого практикой, времени, т.е. можно за-
давать такие физико-механические свойства резины, геометрические параметры
элементов и режим нагружения, которые в совокупности обеспечивали бы вы-
полнение условия
допT T . (2)
В этом случае задача сводится к исследованию стационарного уравнения
теплопроводности при независимости реологических параметров резины от тем-
пературы. Для элемента сдвига, в частности, можно рассматривать уравнение типа
2 2 2
2 2 2
( , , ) 0;x y z
x y z
2
0 1 ,
8
G A
(3)
где ( , , )x y z координатная часть диссипативной функции;
1 коэффициент, показывающий, какая часть энергии переходит в тепло-
вую (в данном случае принимаем 1 = 1);
параметр, характеризующий интенсивность тепловыделения.
Граничные условия отражают свободный теплообмен резинового массива с
окружающей средой:
2
12
0 ( );H x
x
2
22
0 ( );H y b
y
2
32
0 ( ).H z h
z
Решение этой задачи осуществлялось как аналитически, так и численными
методами [4]. Результаты решения позволяют определять зависимость параметра
от температуры. Исследования показали, что в пределах погрешности экспери-
мента для исследуемых элементов сдвига типа БРМ (БРМ101, БРМ102, БРМ103) из
резины 51-1562 эта зависимость одна и та же. Полученные расчётные данные со-
поставлялись с результатами многочисленных экспериментальных исследований,
видно удовлетворительное их совпадение для рассматриваемого в работе режи-
ма нагружения (частота (8-24) Гц, относительная деформация до 0,3).
Используя этот приём для определения класса эластомерных конструкции,
характеризующегося общими признаками геометрии, размеров и свободным теп-
лообменом с внешней средой, определение допускаемой температуры можно
свести к расчёту некоторого допускаемого значения параметра кр. В этом случае
условие (2) можно свести к
кр , (4)
ISSN 1607-4556
160
где кр допускаемое, или критическое, значение параметра, соответствующее
критической температуре.
Рассматриваемый метод прогнозирования долговечности позволяет выби-
рать нагружения резиновых элементов и значения реологических и теплофизиче-
ских характеристик резины, соответствующих заданной долговечности (в этом
случае используют условие = кр и выражение для , а также определять допус-
каемые значения напряжений и деформаций, которые при фиксированных пара-
метрах нагружения обеспечивают выполнение условий кр или T Tкр.
Рассмотрим конкретный пример. В двухмассном уравновешенном вибро-
конвейере КВ2Т-0,3/30 упругие элементы типа БРМ102 выполнены из резины 51-
1562 (G0 = 0,85 МПа; p = 0,15 Вт/(мК); = 0,17); частота колебаний 10,8 Гц. Необ-
ходимо определить допускаемую амплитуду нагружения (или относительную де-
формацию), при которой долговечность резиновых элементов t* > 5000 ч. Из усло-
вия < кр по формуле (3) находим = 0,20-0,25, что вполне соответствует экспе-
риментальным данным. Полученные таким образом для исследуемых резин до-
пускаемые значения напряжений и деформаций удовлетворительно совпадают с
данными табл. 1 и подтверждаются экспериментально. Следует, однако, подчерк-
нуть, что определяемые по изложенной методике средние значения допускаемых
напряжений и деформаций не во всех случаях позволяют прогнозировать долго-
вечность эластомерных конструкций. Так, например, для БРМ101 из резины 51-
1562 при относительном сдвиге = 0,43 (амплитуда нагружения A = 15 мм) темпе-
ратура в центре элемента составляла 343 К. Согласно расчёту по формуле (3) с
учётом (4) долговечность элементов t* > (500-1000) ч. Однако реальная долговеч-
ность таких элементов порядка (80-150) ч, и разрушение происходило вследствие
разрыва резинового массива на торцевой части свободной поверхности. Анало-
гичные данные можно привести и для элементов других типов.
В связи с наличием подобных явлений при интенсивных режимах нагруже-
ния эластомерных конструкций необходимо не ограничиваться определением
температур и напряжений лишь для центральной области образца, а производить
расчёт поля напряжений и поля температур для всего массива элемента и опреде-
лять допускаемые значения параметров для наиболее опасных зон разрушения,
как это было показано в предыдущих параграфах настоящей главы.
Прогнозирование долговечности с помощью метода ускоренных испыта-
ний. Рассматриваемый метод позволяет прогнозировать долговечность эласто-
мерных конструкций на основе результатов их ускоренных динамических испыта-
ний. В [5] были изложены основные положения этого метода, согласно которым
методика прогнозирования долговечности состоит из двух основных этапов. На
первом этапе отрабатывается конструкция резинового элемента (форма свобод-
ной поверхности, геометрические размеры, крепление резины к металлу и т.д.),
для чего используют способ интенсификации режима нагружения за счёт повыше-
ния амплитуды деформации или частоты. Там же представлена обширная экспе-
риментальная информация по механике разрушения резиновых элементов, на ос-
нове которой в качестве образца для ускоренных испытаний резин, используемых
при изготовлении упругих звеньев и виброизоляторов вибромашин, рекомендо-
ван элемент типа БРМ101. На втором этапе осуществляется ускоренный отбор ре-
зин, для чего используется следующий экспериментальный приём: резиновый
элемент разрушают при стационарной температуре диссипативного саморазогре-
ва ниже некоторого критического уровня (T < 363 К). Величину амплитуды цикли-
ческого нагружения назначают такой, чтобы долговечность элемента до появле-
Геотехнічна механіка. 2013. 108
161
ния видимой усталостной трещины была порядка 1000 ч. При этом фиксируются
временные зависимости динамического модуля сдвига, коэффициента диссипа-
ции и температуры диссипативного саморазогрева. Затем полученную экспери-
ментальную информацию и аналитическое выражение долговечности (см., на-
пример, [5], формула (6.9)) используют для определения критического значения
плотности энергии разрушения *
pU . В дальнейшем с помощью этой постоянной
величины прогнозируют долговечность резиновых элементов в широком интерва-
ле изменения режима нагружения.
Рассмотрим на примере использование метода ускоренных испытаний для
прогнозирования долговечности резиновых элементов типа БРМ102. Согласно
требованиям к упругим звеньям вибромашин типа конвейеров КВ2Т необходимо
разработать низкомодульную резину, элементы из которой при эксплуатационных
параметрах нагружения (амплитуда циклической деформации 10,5 мм и частота
11,6 Гц) имели бы долговечность порядка (15-25) тыс. ч и изменение жёсткости за
это время не более 20 %.
Натурные испытания элементов из резин различных марок (обычно для
создания серийной резины разрабатывают и испытывают 5-30 и более опытных
марок резин) являются не только громоздкими и трудоёмкими, но и весьма про-
должительными. Если учесть требуемый срок службы, то экспериментальные ис-
следования могут продолжаться 5-7 лет и более. Поэтому предлагаемый метод,
несмотря на его комплексный подход и определённую продолжительность (необ-
ходимо проводить циклическое разрушение элементов в течение примерно
1000 ч), существенно сокращает объем и время отбора резины с требуемыми фи-
зико-механическими свойствами. В данном случае при создании низкомолеку-
лярной резины [2] для упругих звеньев вибромашин предлагаемый метод исполь-
зовался для прогнозирования долговечности элементов типа БРМ из опытных ма-
рок резин, которые различались в основном дозировкой и сочетанием ингредиен-
тов защитной и вулканизующей групп. Для отбора требуемой резины использо-
вался комплексный подход, т.е. рассматривались физико-механические характе-
ристики материала G и , их изменение в процессе циклического нагружения,
прочность крепления резины к металлу, рост трещин в массиве и т.д. Предпочте-
ние отдавалось резине с наименьшим изменением G и во времени и наилуч-
шими прочностными показателями. Такая резина была отобрана и впоследствии
утверждена как серийная с шифром 51-1562.
С целью прогнозирования долговечности элементов сдвига БРМ из этой ре-
зины ускоренным экспериментальным исследованиям при частоте 11,6 Гц и ам-
плитуде нагружения 14,8 мм были подвергнуты элементы БРМ101. Исследования
проводились на описанных ранее экспериментальных стендах [3]. Долговечность
до появления первой усталостной трещины для партии из трёх пар элементов со-
ставила (1280-1630) ч. Температура в центральной области элементов порядка
328 К, в области точки А на рис. 1,а – примерно 310 К. Разрушение элементов но-
сило усталостный характер, и его механизм был следующим. Через (1200-1550) ч
циклического нагружения на торцах резинового массива появлялась усталостная
трещина (рис. 1,а), которая быстро росла, вырождалась в магистральную трещину
и в конечном итоге приводила элемент к отказу. Характер изменения динамиче-
ского модуля сдвига G и коэффициента диссипации за время циклического раз-
рушения аналогичен описанному выше и для одной пары элементов представлен
на рис. 1,б. Время t1 в данном случае соответствовало появлению усталостной
ISSN 1607-4556
162
трещины на торце резинового элемента и в дальнейших расчётах принималось
как время локального разрушения образца.
Рис. 1 Расчётная схема элемента БРМ101 (а) и временные зависимости механических характеристик
БРМ101 из резины 51-1562 при циклическом разрушении (б)
Используя выражение (5) и значение входящих в него параметров, опреде-
ляем критическую величину энергии разрушения. В данном случае при
G0 = 0,87 МПа; 0 = 0,42; = 11,6 Гц; = 0,18; p = 0,15 Вт(мК); f(x, y) = 4,85;
t* = 1630 ч; = 17 К (получено экспериментально для точки A с координатами
x = 0,04 м, y = 0,0086 м) величина [2]
22
* * 0 0
2
6 2
9 3
2
2 2
,
4
0,87 10 0,176 0,18 0,035
0,064 10 4,85 105,6 17 0,95Дж/м
4 0,05
p
G h
U N f x y q
l
(5)
Располагая величиной критического значения плотности энергии разруше-
ния и используя изложенные выше расчётные методы, можно прогнозировать
долговечность резиновых элементов в широком диапазоне изменений режима
нагружения. Так, для рассматриваемого элемента БРМ102 из резины 51-1562 дол-
говечность для центральной области (x = y = z = 0) по формуле (5) составит при-
мерно 35 тыс. ч, что удовлетворительно совпадает с экспериментальными данны-
ми, представленными во второй главе.
Таким образом, предлагаемый метод позволяет с достаточной точностью
прогнозировать долговечность резиновых элементов вибромашин. На практике
этот метод использовался при обработке элементов типа БРМ из резины 51-1562.
Промышленные испытания резиновых элементов в различных вибромашинах по-
казали их высокую долговечность и надёжность.
Кроме рассмотренных задач прогнозирования долговечности эластомерных
конструкций, для инженерной практики существенным является учёт особенно-
стей механического поведения резины при расчёте реальных машин. Этот вопрос
достаточно полно рассмотрен в работах [2, 5].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дырда, В.И. Расчёт долговечности упруго-наследственных сред при длительном циклическом на-
гружении / В.И. Дырда, С.П. Сокол, В.А. Колбасин, А.В. Толстенко // Геотехническая механика: Меж-
вед. сб. научн. тр. – 2013. – Вып. 108. – С. 111-123.
2. Булат, А.Ф. Прикладная механика упругонаследственных сред: В 3-х томах. – Т. 1. Механика дефор-
мирования и разрушения эластомеров. – К.: Наук. думка, 2011. – 568 с.
3. Потураев, В.Н. Прикладная механика резины / В.Н. Потураев, В.И. Дырда, И.И. Круш. – К.: Наук.
думка, 1980. – 260 с.
4. Термомеханика эластомерных конструкций при циклическом нагружении / В.Н. Потураев,
В.И. Дырда, В.Г. Карнаухов [и др.]. – Киев: Наук. думка, 1987. – 288 с.
5. Булат, А.Ф. Прикладная механика упругонаследственных сред: В 3-х томах. – Т. 2. Методы расчета
Геотехнічна механіка. 2013. 108
163
эластомерных деталей. – К.: Наук. думка, 2012. – 616 с.
Об авторах
Дырда Виталий Илларионович, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом меха-
ники эластомерных конструкций горных машин, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова
Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепропетровск, Украина, vita.igtm@mail.ru
Сокол Сергей Петрович, инженер, старший преподаватель, декан факультета, Днепропетровский
государственный аграрный университет (ДГАУ), Днепропетровск, Украина, sp.sokol@mail.ru
Твердохлеб Татьяна Емельяновна, инженер, научный сотрудник в отделе механики эластомер-
ных конструкций горных машин, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной
академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепропетровск, Украина
Толстенко Александр Васильевич, кандидат технических наук, доцент, Днепропетровский госу-
дарственный аграрный университет (ДГАУ), Днепропетровск, Украина
Овчаренко Юрий Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Надёжность и ремонт
машин», Днепропетровский государственный аграрный университет (ДГАУ), Днепропетровск, Украина
Калганков Евгений Васильевич, инженер, старший преподаватель кафедры «Надёжность и ремонт
машин», Днепропетровский государственный университет внутренних дел, Днепропетровск, Украина
Черний Александр Анатольевич, инженер, старший преподаватель, кандидат технических наук,
доцент, Днепропетровский государственный аграрный университет (ДГАУ), Днепропетровск, Украина
Цаниди Иван Николаевич, инженер, ассистент, Днепропетровский государственный аграрный
университет (ДГАУ), Днепропетровск, Украина
About the authors
Dyrda Vitaly Illarionovich, Doctor of Technical Sciences (D. Sc.), Professor, Head of Department of Elas-
tomeric Component Mechanics in Mining Machines, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under
the National Academy of Science of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, vita.igtm@mail.ru
Sokol Sergey Petrovich, Engineer, Senior Teacher, Dean of the Faculty, Dnepropetrovsk State Agrarian
University (DSAU), Dnepropetrovsk, Ukraine, sp.sokol@mail.ru
Tverdohleb Tatyana Yemelyanovna, Engineer, Researcher of Department of Elastomeric Component
Mechanics in Mining Machines, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Acad-
emy of Science of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine
Tolstenko Alexandr Vasilievich, Candidate of Technical Sciences (Ph. D.), Associate Professor, Dneprope-
trovsk State Agrarian University (DSAU), Dnepropetrovsk, Ukraine
Ovcharenko Yury Nikolaevich, Candidate of Technical Sciences (Ph. D.), Associate Professor of Depart-
ment «Reliability and repair of machinery», Dnepropetrovsk State Agrarian University (DSAU), Dneprope-
trovsk, Ukraine
Kalgankov Yevgeniy Vasilievich, Engineer, Senior Teacher of Department «Reliability and repair of ma-
chinery», Dnepropetrovsk State Agrarian University (DSAU), Dnepropetrovsk, Ukraine
Cherniy Alexandr Anatolievich, Engineer, Senior Teacher, Dnepropetrovsk State Agrarian University
(DSAU), Dnepropetrovsk, Ukraine
Tsanidy Ivan Nikolaevich, Engineer, Doctoral Student, Dnepropetrovsk State Agrarian University (DSAU),
Dnepropetrovsk, Ukraine
164
УДК 631.372
Є.В. Калганков, інженер, ст. викладач,
М.М. Науменко, канд. техн. наук, доцент
(ДДАУ)
СИНЕРГЕТИЧНА МОДЕЛЬ ВЗАЄМОДІЇ ПОВЕРХОНЬ ТІЛ ЗА
УМОВИ ФРИКЦІЙНОГО КОНТАКТУ З’ЄДНАННЯ «П’ЯТА
ПЛУНЖЕРА – ПОХИЛА ШАЙБА» ОБ’ЄМНОГО ГІДРОПРИВОДА
ТРАНСМІСІЇ МОБІЛЬНИХ МАШИН
Анотація. Розглянуто питання визначення роботи сил тертя за різних умов змащування та їх впливу
на температурний режим роботи гідроагрегату. Побудовано систему математичних рівнянь, що опи-
суюють динамічні процеси функціонування гідроприводу.
Ключові слова: синергетична модель, фрикційний контакт, об’ємний гідропривід, сили тертя,
трансмісія машин
Ye.V. Kalgankov, Engineer, Senior Teacher,
N.N. Naumenko, Ph. D. (Tech.), Associate Professor
(DSAU)
SYNERGETIC MODEL OF INTERACTION OF BODIES’ SURFACES IN THE CONDITIONS
OF FRICTION CONTACT OF «PLUNGER HEEL – INCLINED PUCK» CONNECTION OF
VOLUME HYDRAULIC DRIVE TRANSMISSION OF MOBILE MACHINES
Abstract. The question of definition of work of friction is considered under various conditions of greasing
and their influence on temperature regime of hydraulic unit work. The system of mathematical equations is
built describing the dynamic processes of hydraulic drive functioning.
Keywords: synergetic model, friction contact, volume hydraulic drive, frictional forces, transmission of
machines
Згідно класичних досліджень А.Д. Дубініна, А. Тросса, Г.К. Фляйшера та ін-
ших практично вся робота, яка витрачається на подолання сил тертя, трансформує-
ться в тепло. На цьому принципі P.A. Макаровим, A.M. Шалом, Т.М. Баштою роз-
роблені методи термодинамічного діагностування гідроагрегатів, але всі вони пот-
ребують розгерметизації агрегатів та заміру температури масла на вході і виході з
агрегату. Існують методики температурного діагностування тертя в опорах ковзан-
ня [1-3], в яких замір температури відбувається на валу, що входить в пару трибо-
спряження.
Більшість робіт, присвячених температурному діагностуванню, констатують
факт виникнення джерела температури і майже не розглядають механізм її виник-
нення, деякі автори рекомендують нехтувати силами тертя, що виникають в
з’єднаннях гідроагрегатів. Така постановка питання правомірна для умови роботи
гідростатичного підшипника, коли тертя майже відсутнє, але згідно діаграми Гар-
си-Штрибека ефект гідростатичного підшипника в чистому вигляді відбувається,
коли агрегат вийшов на певний режим роботи і всі п’яти спливли. Умови роботи
при запуску машини та на перехідних режимах, коли в гідроприводі реалізується
ефект граничного тертя, майже не розглядаються, а сам ефект констатується як ві-
домий факт.
В зв’язку з цим виникає необхідність дослідження умов протікання процесів
тертя, а саме визначення механічних втрат від дії сил тертя як в агрегаті в цілому,
так і в окремих з’єднаннях.
© Калганков Є.В., Науменко М.М., 2013
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-59587 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:24:54Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Дырда, В.И. Сокол, С.П. Твердохлеб, Т.Е. Толстенко, А.В. Овчаренко, Ю.Н. Калганков, Е.В. Черний, А.А. Цаниди, И.Н. 2014-04-09T10:25:19Z 2014-04-09T10:25:19Z 2013 Прогнозирование долговечности резиновых деталей с помощью прикладных критериев разрушения / В.И. Дырда, С.П. Сокол, Т.Е. Твердохлеб, А.В. Толстенко, Ю.Н. Овчаренко, Е.В. Калганков, А.А. Черний, И.Н. Цаниди // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 108. — С. 155-163. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59587 678.4.06:621.81 Рассматривается расчёт долговечности резиновых деталей с использованием прикладных критериев разрушения. Calculation of durability of rubber parts by means of applied fracture criteria is observed. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Прогнозирование долговечности резиновых деталей с помощью прикладных критериев разрушения Forecasting of durability of rubber parts by means of applied fracture criteria Article published earlier |
| spellingShingle | Прогнозирование долговечности резиновых деталей с помощью прикладных критериев разрушения Дырда, В.И. Сокол, С.П. Твердохлеб, Т.Е. Толстенко, А.В. Овчаренко, Ю.Н. Калганков, Е.В. Черний, А.А. Цаниди, И.Н. |
| title | Прогнозирование долговечности резиновых деталей с помощью прикладных критериев разрушения |
| title_alt | Forecasting of durability of rubber parts by means of applied fracture criteria |
| title_full | Прогнозирование долговечности резиновых деталей с помощью прикладных критериев разрушения |
| title_fullStr | Прогнозирование долговечности резиновых деталей с помощью прикладных критериев разрушения |
| title_full_unstemmed | Прогнозирование долговечности резиновых деталей с помощью прикладных критериев разрушения |
| title_short | Прогнозирование долговечности резиновых деталей с помощью прикладных критериев разрушения |
| title_sort | прогнозирование долговечности резиновых деталей с помощью прикладных критериев разрушения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59587 |
| work_keys_str_mv | AT dyrdavi prognozirovaniedolgovečnostirezinovyhdetaleispomoŝʹûprikladnyhkriterievrazrušeniâ AT sokolsp prognozirovaniedolgovečnostirezinovyhdetaleispomoŝʹûprikladnyhkriterievrazrušeniâ AT tverdohlebte prognozirovaniedolgovečnostirezinovyhdetaleispomoŝʹûprikladnyhkriterievrazrušeniâ AT tolstenkoav prognozirovaniedolgovečnostirezinovyhdetaleispomoŝʹûprikladnyhkriterievrazrušeniâ AT ovčarenkoûn prognozirovaniedolgovečnostirezinovyhdetaleispomoŝʹûprikladnyhkriterievrazrušeniâ AT kalgankovev prognozirovaniedolgovečnostirezinovyhdetaleispomoŝʹûprikladnyhkriterievrazrušeniâ AT černiiaa prognozirovaniedolgovečnostirezinovyhdetaleispomoŝʹûprikladnyhkriterievrazrušeniâ AT canidiin prognozirovaniedolgovečnostirezinovyhdetaleispomoŝʹûprikladnyhkriterievrazrušeniâ AT dyrdavi forecastingofdurabilityofrubberpartsbymeansofappliedfracturecriteria AT sokolsp forecastingofdurabilityofrubberpartsbymeansofappliedfracturecriteria AT tverdohlebte forecastingofdurabilityofrubberpartsbymeansofappliedfracturecriteria AT tolstenkoav forecastingofdurabilityofrubberpartsbymeansofappliedfracturecriteria AT ovčarenkoûn forecastingofdurabilityofrubberpartsbymeansofappliedfracturecriteria AT kalgankovev forecastingofdurabilityofrubberpartsbymeansofappliedfracturecriteria AT černiiaa forecastingofdurabilityofrubberpartsbymeansofappliedfracturecriteria AT canidiin forecastingofdurabilityofrubberpartsbymeansofappliedfracturecriteria |