Анотація до роботи:

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 розподілів і функції розподілу чисел 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.

Публікації автора:

1. Хильчевский В.В., Ситников А.Е., Ананьевский В.А. Надежность трубопроводной пневмо-гидроарматуры. – М.: Машиностроение, 1989. – 208 с.

2. Ситников А.Е. Прогнозирование технического состояния электромагнитных клапанов по функциональным параметрам // Вестник национального технического университета “Киевский политехнический институт”. Машиностроение. – Вып. 38. – Т. 2. – К.: НТУУ “КПИ”, 2000. – С. 189–191.

3. Ситников А.Е. Методы обеспечения безотказности пневмоагрегатов при опытной отработке // Зб. наук. праць Кіровоградського державного технічного університету. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. – Вип. 7. – Кіровоград: КДТУ, 2000. – С. 98–102.

4. Ситников А.Е., Зайончковский Г.И., Федоричко Я.Б. Прогнозирование изменений функциональных параметров клапанов с электромагнитным приводом // Вестник Национального технического университета “Харьковский политехнический институт”. Технологии в машиностроении. – Вып. 129. – Ч. 2. – Харьков: НТУ “ХПИ”, 2001. – С. 174–180. (Здобувачем розроблено основні методичні положення прогнозування змін функціональних параметрів ЕМК на основі використання стохастичних методів).

5. Ситніков О.Є., Зайончковський Г.Й., Федоричко Я.Б. Прогнозування експлуатаційних змін функціональних параметрів клапанів з електромагнітним приводом // Вісник Національного авіаційного університету. – № 2 (9). – К.: НАУ, 2001. – С. 67–71. (Здобувачем розроблено основні методичні положення прогнозування змін функціональних параметрів ЕМК на основі використання стохастичних методів).

6. Рыкунич Ю.Н., Ситников А.Е., Лабунец В.Ф., Федоричко Я.Б. Исследование изменения технического состояния элементов пневмоклапанов с электромагнитным приводом // Вестник Национального технического университета Украины “Киевский политехнический институт”. Машино-строение. – Вып. № 42. – Т. 1. – К.: НТУУ “КПИ”, 2002. – С. 174–178. (Здобувачем на основі отриманих експериментальних даних зроблено аналіз змін технічного стану ЕМК).

7. Ситников А.Е. Отказы электромагнитных клапанов // Вестник Национального технического университета Украины “Киевский политехнический институт”. Машиностроение. – Вып. № 42. – Т. 2. – К.: НТУУ “КПИ”, 2002. – С. 46–49.

8. Ситников А.Е. Анализ и стохастическая оценка изменение технического состояния электромагнитных клапанов при эксплуатации // Вибрации в технике и технологиях, 2003, № 2 (28) – С. 82–86.

9. Рыкунич Ю.Н., Ситников А.Е., Зайончковский Г.И. Лабунец В.Ф. Изменение технического состояния контактирующих деталей электромагнитных клапанов при эксплуатации // Вибрации в технике и технологиях. – 2003. – № 3 (29) – С. 46–51. (Здобувачем виконано аналіз змін технічного стану контактуючих деталей ЕМК).

10. Ситников А.Е. Кудинов А.С., Федоричко Я.Б., Зайончковский Г.И. Стендовое моделирование эксплуатационных изменений в электромагнитных клапанах // Вибрации в технике и технологиях. – 2003. – № 3 (29) – С. 63–66. (Здобувачем розроблено методику і програму випробувань ЕМК).

11. Рикуніч Ю.М., Ситніков О.Є., Кучер О.Г., Зайончковський Г.Й. Прогнозування втомленості елементів конструкції електромагнітних клапанів при циклічному та імпульсному навантаженнях // Вісник Сумського державного університету. Серія: Технічні науки. – № 13 (59). – Суми: СДТУ, 2003. – С. 38–48. (Здобувачем зроблено аналіз деградаційних процесів в елементах ЕМК).

12. Ситніков О.Є., Кучер О.Г., Зайончковський Г.Й., Федоричко Я.Б. Оцінювання і прогнозування ресурсу пневматичних клапанів з електромагнітним приводом // Промислова гідравліка і пневматика. – 2003. – №2. – С. 7–23. (Здобувачем зроблено оцінку змін технічного стану ЕМК під дією ресурсних навантажень).

13. Ситников А.Е., Федоричко Я.Б., Кучер А.Г., Зайончковский Г.И., Сухоруков А.Ю. Прогнозирование изменения функциональных параметров клапанов с электромагнитным приводом при выработке ресурса // Промислова гідравліка і пневматика. – 2004. – №3 (5). – С. 10–22. (Здобувачем проаналізовано зміни функціональних параметрів ЕМК за результатами експериментальних досліджень).

14. Рикуніч Ю.М., Ситніков О.Є., Федоричко Я.Б., Кучер О.Г., Зайончковський Г.Й., Харитон В.В., Чердовських Я.І. Аналіз напруженого стану робочих елементів пневматичних клапанів з електромагнітним приводом // Промислова гідравліка і пневматика. – 2005. – № 4 (10). – С. 55–62. (Здобувачем проведено аналіз напруженого стану елементів ЕМК на підставі розрахунків на персональній ЕОМ).

15. Рыкунич Ю.Н., Ситников А.Е. Выбор запасов работоспособности проектируемых электромагнитных клапанов с использованием энергетических критериев // Промислова гідравліка і пневматика. – 2006. – № 1 (11). – С. 43–46. (Здобувачем розроблено методику оцінки запасів працездатності ЕМК на підставі використання енергетичних критеріїв).

16. Рыкунич Ю.Н., Ситников А.Е., Федоричко Я.Б., Кучер А.Г., Зайончковский Г.И. Прогнозирование технического состояния клапанов с электромагнитным приводом с использованием методов направленной селекции // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. Сб. науч. трудов. – Вып. 38. – Харьков: ХНАДУ, 2007. – С.184–186. (Здобувачем уточнено методику використання метода направленої селекції для прогнозування технічного стану ЕМК).

17. Деклараційний патент на корисну модель 4156 Україна, 7 F16K1/00. Електромагнітний клапан / Рикуніч Ю.М., Ситніков О.Є., Кисіль В.Л., Федоричко Я.Б.; КЦКБА. – № 2004021061; Заявл. 13.02.2004; Опубл. 17.01.2005, Бюл. № 1. – 2 с.

18. Деклараційний патент на корисну модель 12621 Україна, МПК (2006) F16K 31/00. Електромагнітний клапан / Ситніков О.Є., Кисіль В.Л., Федоричко Я.Б., Євсєєва Т.В.; КЦКБА. – № u200508216;
Заявл. 22.08.2005; Опубл. 15.02.2006, Бюл. № 2. – 3 с.

19. Патент на корисну модель 17984 Україна, МПК (2006) F16K 31/00. Електромагнітний клапан / Ситніков О.Є., Кисіль В.Л., Федоричко Я.Б., Рикуніч Ю.М.; КЦКБА. – № u200604886; Заявл. 03.05.2006; Опубл. 16.10.2006. Бюл. № 10. – 3 с.

20. Ситников А.Е. Проектная оценка надежности арматуры высокого давления // Cб. научн. трудов ОНПО “Пластполимер”. – Л., 1983. – С. 83–88.