Российские исследователи с помощью математического моделирования определили факторы, которые повысят срок службы работы спецтехники в Арктике. Работа выполнена специалистами подведомственного Минобрнауки России Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ).
Суровый климат арктической части России с экстремально низкими температурами затрудняет безотказную работу строительной, дорожной и подъемно-транспортной техники. Особенно подвержены влиянию холода топливная и гидравлическая системы. Так, выход из строя последней приводит к простою техники и финансовым потерям. Для решения этой проблемы производители транспортных средств устанавливают подогреватели в гидравлические баки машин. Но при подаче горячей жидкости в холодную исполнительную систему происходит процесс деформации элементов устройства, что вызывает повышенный износ или вероятное заклинивание привода.
Ученые ПНИПУ исследовали процесс расширения компонентов (насосов, органов управления, фильтрации, исполнительных органов и т. д.) гидравлической системы при критических температурах и с помощью математического моделирования определили факторы, которые повысят срок службы работы спецтехники в Арктике. По словам авторов, разработка также улучшит качество продукции отечественных производителей.
«Математическая модель представляет собой визуализацию процесса нагрева гидроцилиндра при непосредственной подаче в него ранее нагретой до рабочей температуры гидравлической жидкости. Сам же цилиндр имеет температуру, равную температуре окружающей среды. Модель описывает изменение конструктивных размеров и технологических зазоров между сопрягаемыми деталями в гидравлических машинах и гидроаппаратуре, находящихся в движении относительно друг друга», — объясняет аспирант кафедры «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ Ильнур Шаякбаров.
При расчете напряжения специалисты учитывали характеристики материалов, из которых выполнены элементы гидроцилиндра, температуру рабочей жидкости в момент подачи (–70 °C) и температуру окружающей среды (–40 °C).
«В результате мы выявили изменение геометрических размеров поршня и цилиндра. Поршень увеличился в диаметре на 0,032 мм, а цилиндр уменьшился в диаметре, но увеличился в длину на 0,0028 мм. Данное неравномерное расширение создает повышенный износ компонентов, что, в свою очередь, может привести к заклиниванию», — продолжает Ильнур Шаякбаров.
По мнению ученых, исследование представляет интерес для владельцев транспортно-технологических машин, которые эксплуатируются в условиях низких температур, а также для предприятий, занимающихся проектированием и производством новых видов техники, оснащенных гидравлическим приводом.
«С учетом полученных данных производителям необходимо еще на этапе конструирования машин учитывать процесс неравномерного нагрева элементов, внося изменения в конструктив гидравлических узлов в связи с эксплуатационными факторами. Такая технология позволит повысить надежность гидравлических систем строительно-дорожных машин», — комментирует профессор кафедры «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ Константин Пугин.
Исследование проведено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (программа «Приоритет 2030» в рамках нацпроекта «Наука и университеты»). Его результаты опубликованы в журнале «Химия. Экологи. Урбанистика».