Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цели и задачи исследований 9
1.1. Закономерности изнашивания опор шарошечных долот 9
1.2. Факторы, влияющие на долговечность опор долот 13
1.3. Температурный режим работы шарошечного долота 27
1.4. Исследование надежности опор шарошечных долот по эксплуатационным данным 31
1.5. Технологические методы повышения надежности долот 37
2. Феноменологические аспекты упрочнения объемной вибрационной обработкой элементов подшипниковых опор 54
2.1. Сущность объемной вибрационной обработки 54
2.2. Влияние объемной вибрационной обработки на качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей 56
2.3. Выбор оптимальных технологических режимов вибрационной обработки опор шарошечных долот 60
Выводы по разделу 62
3. Моделирование предельного состояния опоры долота 63
3.1. Формулировка и задание внешних факторов 64
3.2. Методика определения контактных напряжений в опоре долота 68
3.3. Интерпретация результатов моделирования 77
3.4. Оценка адекватности модели предельного состояния по эксплуатационным данным 82
Выводы по разделу 84
4. Экспериментальное исследование эффекта упрочнения опоры на этапе приработки и установившегося износа ..85
4.1. Цель и объект эксперимента 85
4.2. Описание конструкции стенда для абразивного изнашивания 87
4.3. Подготовка образцов к эксперименту 88
4.4. Методика проведения и обработки результатов проведения экспериментальных исследований 89
Выводы по разделу 96
5. Подтверждение полученных результатов промысловыми испытаниями бурового инструмента 98
Заключение... 102
Список литературы 104
Приложения
- Факторы, влияющие на долговечность опор долот
- Влияние объемной вибрационной обработки на качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей
- Методика определения контактных напряжений в опоре долота
- Описание конструкции стенда для абразивного изнашивания
Введение к работе
Актуальность работы. Отечественные долота по степени внедрения новейших конструкторских и технологических разработок и качеству изготовления продолжают значительно уступать долотам, выпускаемым ведущими зарубежными производителями. Такие фирмы, как «Хьюз Кристен-сен», «Секьюрити ДБС», «Смит», «Рид» и др., являются ведущими в инновации технических решений, направленных на повышение надежности долот.
Отечественному долото строению удается конкурировать с инструментом, производимым западными фирмами за счет сравнительно низких цен на буровой инструмент. Достижение качества изготовления долот на уровне ведущих мировых производителей невозможно без полного перевооружения производства. Отсюда вытекает задача повышения долговечности отечественных долот с минимальными производственными затратами.
Многолетняя практика применения трех шарошечных буровых долот при бурении на рудные полезные ископаемые и анализ их состояния после отработки приводят к заключению, что долговечность долот в большинстве случаев лимитируется износостойкостью опоры. Опора долота работает в тяжелых условиях и подвергается абразивному, окислительному, тепловому, осовидному, усталостному износу и пластическому деформированию.
Несмотря на то, что предлагается множество различных способов повышения долговечности долот, широкого применения в долотостроении они не находят. Как правило, это связано с их низкой эффективностью или недостаточной подтвержденностью эффективности, отсутствием учета специфики технологии изготовления и высокой стоимостью их реализации.
При объемах бурения свыше 7 млн. м в год и высокой стоимости долот предоставляется возможность получения существенного экономического эффекта.
Связь темы диссертации с государственными программами. Данная работа выполнена в рамках г/б тем: «Развитие теории прогноза технического состояния и надежности сложных механических систем горного оборудования», 1999-2001 гг., № гос. per. 01990010840 и «Развитие теории мониторинга надежности и эффективности сложных электромеханических систем горного производства», 2002-2004 гг., № гос. per. 1.8.02.
Объектом работы является опора шарошечного долота.
Целью работы является повышение надежности опоры шарошечного долота технологическим упрочнением.
Идея работы заключается в проверке положения о феноменологии упрочнения поверхностного слоя вибрационной обработкой в сочетании с традиционной обработкой, путем определения предельных состояний опоры при изменении схем взаимодействия поверхностей трибологического сопряжения для различных технологических вариантов упрочнения моделированием напряженно-деформированного состояния элементов опоры, проведением стендового эксперимента и промысловых испытаний.
Задачи исследований:
1. Анализ влияния объемной вибрационной обработки на качество поверхностного слоя при обработке опоры долота.
2. Разработка модели предельного состояния опоры долота на основе математического моделирования напряженно-деформированного состояния рассматриваемой зоны изменения трибологического состояния опоры для различных вариантов технологического упрочнения.
3. Формулировка критериев предельного состояния опоры.
4. Определение предельного состояния опоры на основе разработанной модели.
5. Выбор технологических режимов вибрационной обработки опор шарошечных долот.
6. Экспериментальная проверка гипотезы о феноменологии упрочнения поверхностного слоя вибрационной обработкой на этапе приработки и установившегося износа с определением эффекта. Научные положения, выносимые на защиту.
1. Применяемая технологическая схема формирования трибологических свойств поверхностного слоя деталей подшипниковой опоры шарошечных долот химико-термической (ХТО) и последующей механической обработкой не обеспечивает заданных свойств поверхностей трения в ранний период эксплуатации долот и требует специальной их приработки.
2. Упрочнение поверхностного слоя деталей опоры вибрационной обработкой приводит к снижению доли приработочных отказов по сравнению с применяемой технологической схемой за счет формирования напряжений сжатия, благоприятного микрорельефа поверхностей и устранения концентраций остаточных напряжений.
3. Разработанная модель предельного состояния опоры долота на основе математического моделирования напряженно-деформированного состояния рассматриваемой зоны изменения трибологического состояния опоры для различных вариантов технологического упрочнения позволяет адекватно идентифицировать предельное состояние и граничные условия нагружения и износа.
Достоверность научных положений и выводов диссертационной работы гарантирована анализом представительного объема условий эксплуатации буровых долот, вложенного в технико-экономические модели с использованием методов планирования экспериментов, метрологической проверкой точности используемых средств измерений, выбором наиболее приемлемых способов измерения параметров, применением известных методов исследований и адекватностью моделей.
Научная новизна.
1. Дан критический анализ феноменологии процесса формирования поверхностного слоя элементов опоры в период приработки при действующей технологии обработки.
2. Сформулирована гипотеза о модели изнашивания и изменения напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя при упрочнении вибрационной обработкой, в сочетании с ХТО и механической обработкой, являющейся альтернативным технологическим методом, предполагающим возможность сокращения периода приработки и увеличения ресурса долота.
3. Разработана модель предельного состояния опоры долота на основе математического моделирования напряженно-деформированного состояния элементов опоры для различных кинематических состояний опор и вариантов их упрочнения.
4. Проведены экспериментальные исследования закономерностей протекания изнашивания виброупрочненного поверхностного слоя в пери од переходных процессов изнашивания.
Практическая ценность. Разработана методика, позволяющая выявить опасное сечение элементов опоры долота и определить их предельное состояние при изменении схем взаимодействия поверхностей трибологического сопряжения для различных технологических вариантов упрочнения.
Предложена технология упрочнения опоры долота вибрационной обработкой, которая в стендовых испытаниях обеспечила повышение износостойкости пар трения в 2 раза по сравнению с серийной.
Реализация результатов работы. По данным рекомендациям в лаборатории разработки буровых долот и инструментов ДФГУП ЗапСибБур-НИПИ при ОАО «Уралбурмаш» изготовлена опытная партия бурголовок с виброупрочненной опорой, проведены промысловые испытания опытных бурголовок, показавшие повышение проходки и стойкости соответственно на 182 и 256 % в сравнении с серийными, экономический эффект повышения надежности на одну бурголовку составил 8216 руб.
Проведена модернизация стенда для моделирования абразивного изнашивания опор шарошечных долот и разработана методическая база для его использования в учебном процессе Уральского государственного горного университета.
Апробация работы. Основные результаты диссертационного иссле дования докладывались на научно-технической конференции «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности»: Чтения памяти В.Р. Кубачека (г. Екатеринбург 2001 г.), на Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья» (г. Екатеринбург, 2003 г.), Молодежной научно-практической конференции, проводимой в рамках Уральской горнопромышленной декады (г. Екатеринбург, 2003 г.), Международной научно-технической конференции «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности»: Чтения памяти В.Р. Кубачека (г. Екатеринбург, 2004 г.).
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 11 печатных работах и отчете НИР, прошедшем госрегистрацию № 01990010840.
Структура и объем. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 88 наименований и приложений. Материал диссертации изложен на ПО стр. машинописного текста.
Факторы, влияющие на долговечность опор долот
Несмотря на разнообразие схем опор долот, существуют общие факторы, определяющие специфику их работы и изнашивания. 1. Опоры буровых долот не оснащены сепараторами (в отличие от стандартных подшипников), что придает специфические особенности кинематике движения тел качения, а также их взаимодействию с поверхностями качения лап и шарошек друг с другом. 2. Подшипники качения опорного узла долота с точки зрения надежности представляют собой последовательно соединенные независимые блоки (отказ одного из них приводит за счет трансляций к возникновению отказной ситуации на других подшипниках). 3. Средние значения допуска для наружного диаметра опоры унифицированного долота в 4 раза больше, чем у стандартных подшипников качения. Это приводит к тому, что стойкость опоры качения долота составляет лишь несколько часов или десятки часов, а у стандартных подшипников этот показатель исчисляется сотнями и тысячами часов. 4. Подшипники эксплуатируются в абразивосодержащей среде и испытывают дефицит смазки. Если считать, что отказ подшипника качения опор наступает в результате контактной усталости рабочих поверхностей, то долговечность их в часах [19] 1п=-б {Т) (1Л) где С - динамическая грузоподъемность подшипника, кН; Р - эквивалентная динамическая нагрузка, кН; п — частота вращения подшипника, мин"1; m — показатель степени (для подшипников: шариковых тп=Ъ, роликовых ю=10/3).
Следовательно, долговечность и надежность подшипников определяется в первую очередь величиной нагрузки, действующей на них, и частотой вращения или скоростью скольжения их элементов. Осевое усилие на долото передается на забой через цапфы лап, тела качения, беговые дорожки шарошек и зубья вооружения шарошек. Так как опора состоит из трех (как правило) подшипников, а зубья соседних венцов смещены относительно друг друга, то при перекатывании по забою, постоянно изменяется как величина реакции забоя, так и точка ее приложения. Поэтому долговечность опоры долота во многом определяется особенностями расположения вооружения на шарошках и подшипников в опорах [20-24].
При взаимодействии с забоем зубцов периферийных венцов шарошки почти всю радиальную нагрузку воспринимает большой роликовый подшипник. Увеличение числа единичных взаимодействий зубцов с забоем по направлению к периферии приводит к неравномерности загруженности радиальных подшипников опоры, несоответствующей их грузоподъемности. Большой подшипник оказывается перегруженным, а малый — недогруженным [1, 2, 20, 25].
В эксперименте, поставленном С. А. Посташем и А. А. Касинцевым [20], были получены данные о характере распределения усилий в подшипниках долота. При взаимодействии с забоем зубцов периферийных венцов шарошек всю радиальную нагрузку воспринимают большие роликовые подшипники, зубцов первого венца - малый роликовый подшипник, а зубцов второго венца - оба подшипника. Осевая нагрузка на замковый подшипник может достигать более 60 % от всей нагрузки на секцию при взаимодействии с забоем зубцов первого венца, при взаимодействии зубцов периферийного венца - минимальна. Установлено, что действующие на большие роликовые подшипники динамические нагрузки (в определенных условиях взаимодействии зубцов с забоем) могут приближаться по величине к общей статистической нагрузке на долото.
Решение статически неопределимой задачи определения усилий, действующих на каждый из трех подшипников опоры, исходя из контактных деформаций в них с учетом посадочных зазоров, позволило установить оптимальное соотношение между посадочными зазорами в замковом и роли ковых подшипниках, при котором первый воспринимал только осевое, а вторые радиальные усилия [20].
Разброс значений посадочных зазоров, а следовательно, и неравномерности нагрузки по длине опоры при существующей точности изготовления опор долот обуславливает значительные колебания долговечности роликовых подшипников (до трех раз), что способствует образованию перекоса образующих беговых дорожек и тел качения. В то же время между углом перекоса и долговечностью подшипникового узла опоры долота существует тесная связь [2].
Радиальные подшипники с цилиндрическими роликами весьма чувствительны к нарушению соосности. Тогда в соответствии с формулой (1.5) при радиальной нагрузке Fr = 200 кН долговечность подшипника составит Ln = 0,00011 млн. оборотов против 0,3 млн. оборотов, определенных без учета fe, т.е. долговечность уменьшится в 2727 раз. Приведенный расчет по указанным формулам наглядно свидетельствует о значимости влияния перекоса на работоспособность подшипников.
С увеличением посадочных зазоров в подшипниках уменьшается угол зоны нагружения и число работающих роликов, что вызывает увеличение возникающих контактных напряжений в элементах подшипников и, следовательно, снижение их долговечности при усталостном, контактном изнашивании.
Влияние объемной вибрационной обработки на качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей
Производительность процесса вибрационной обработки, степень и глубина наклепа, чистота обработанной поверхности, величина и характер распределения остаточных напряжений сжатия, определяются составом рабочей среды, расположением деталей относительно подвижной системы виброустановки и режимами виброобработки.
Увеличение амплитуды А и частоты/колебаний рабочей камеры повышает производительность процесса, которая может быть оценена чистотой обработанной поверхности, величиной остаточных напряжений и глубиной поверхностного упрочнения, полученных за определенный промежуток времени. Максимально достигаемый уровень сжимающих напряжений значения и глубина поверхностного упрочнения соответствуют максимальным значениям А и/[68], величина которых ограничивается параметрами вибрационной установки. Однако, в некоторых случаях, повышение режимов свыше допустимых значений может привести к выкрашиванию кромок детали.
В работе [66] на основании проведенных экспериментов установлено, что с увеличением времени обработки остаточные напряжения возрастают, а затем, достигнув некоторого предела, зависящего от свойств обрабатываемого материала и параметров обработки, остаются неизменными независимо от дальнейшей длительности процесса (рис. 2.1). Влияние параметров вибрационной обработки на величину остаточных напряжений, как и на шероховатость, связано с изменением сил соударений. Увеличение силы удара, независимо от того, с чем оно связано (с изменением амплитуды или частоты колебаний резервуара, грануляции тел рабочей среды и др.), приводит к росту остаточных напряжений .
Основными способами расположения деталей относительно подвижной системы виброустановки (рис. 2.3) следует считать загрузку их в резервуар внавал 6 с периодической и непрерывной выгрузкой, загрузку с закреплением на подвижной части виброустановки 9 и с закреплением на подставке, изолированной от подвижной системы. Внавал загружаются детали весом от нескольких граммов до 5 кг, на подвижной части виброуста новки закрепляются детали весом более 5 кг, при локальной обработке деталей, а также детали с высоким классом чистоты обработанной поверхности, тонкими кромками и т. п. Установлено, что виброобработка деталей с закреплением на подвижной части виброустановки обеспечивает наибольшие остаточные напряжения сжатия в поверхностном слое (рис. 2.4) [66].
Распределение остаточных напряжений 1-го рода по глубине h в образцах из стали ЗОХГСНА: 1 - исходных, после шлифования; 2 - виброупрочненных стальными шариками при загрузке вна-вал; 7 - виброупрочненвых стальными шариками с закреплением
Экспериментальными исследованиями [67] установлены функциональные связи между режимами обработки и критериями качественного состояния поверхностного слоя. В качестве параметров оптимизации были выбраны характеристики, определяющие качество поверхностного слоя -среднее арифметическое отклонение профиля Ra, характеризующее шероховатость поверхности, степень и глубину наклепа. В качестве основных параметров, влияющих на параметры оптимизации, приняты следующие варьируемые факторы: время обработки, диаметр шариков, угол наклона деталей, амплитуда колебаний, расположение деталей относительно дна бункера. При изучении процесса виброобработки принят план многофакторного анализа. При планировании эксперимента была реализована полуреплика типа 2 5 \ Выбор интервалов варьирования факторов основывался на априорной информации, предварительно проведенных экспериментов, возможностей вибрационной установки и технологических критериев. Исследования выполнялись на вибрационной установке с рабочей камерой U-образной формы, емкостью 10 л при/=1500 колебаний в минуту. Образцы, изготовленные из стали 40Х, улучшены до НВ 260-280. Обработка образцов проводилась при неподвижном закреплении их на оправке.
Увеличение глубины залегания повышенной микротвердости поверхности находится в прямой зависимости от диаметра шарика, амплитуды колебаний, а также продолжительности обработки. Продолжительность обработки увеличивает число повторных деформирований элементарных участков поверхности. Угол наклона образца также влияет на глубину микротвердости. Появление параметра Н в знаменателе формулы (2.1) показывает на то, что с удалением детали от дна бункера сила удара шариками уменьшается. Значимость каждого параметра вибрационной обработки в выбранном интервале определяется величиной степени.
Для проведения выбора оптимальных технологических режимов вибрационной обработки опор шарошечных долот воспользуемся эмпирическими зависимостями качества упрочненного поверхностного слоя приведенными выше (2.1), (2.2) и (2.3). В формуле (2.1) дается более полный учет факторов, характеризующих режим виброобработки, выражение (2.2) получено при фиксированных значениях частоты колебаний и свойствах материала обрабатываемой детали. Однако, как показал предварительный расчет, первое выражение не может адекватно применятся при моделировании вибрационной обработки опор долот, т.к. им описывается обработка деталей свободными абразивами с размером зерна до 5-6 мм.
Вибромашина МВС-100, используемая в данной работе для обработки опор шарошечных долот, имеет фиксированную частоту колебаний контейнера 25 Гц, что оправдывает использование выражения (2.2) для определения оптимальных технологических режимов (в данном случае ампли туды колебаний рабочей камеры, времени обработки и диаметра шариков).
Данные, полученные из эмпирических зависимостей (2.2) и (2.3) приведены на графиках (рис. 2.4 и 2.5), как видно, оптимальная продолжительность обработки, обеспечивающая максимальные показатели по чистоте поверхности, напряжениям сжатия, глубины залегания повышенной микротвердости составляет 60 мин при максимальных амплитуде и диаметре шариков.
Методика определения контактных напряжений в опоре долота
Первоначально рассмотрим внешнее тепловое воздействие. Примем, что коэффициент теплоотдачи и температура окружающей среды могут быть функциями координат и времени, а коэффициенты теплопроводности и температуропроводности могут зависеть от текущей температуры. Тогда, если уравнение теплопроводности (3.4) и граничные условия (3.5) умножить на вариацию температуры ST, проинтегрировать первое уравнение по всему объему тела V, а второе - по поверхности 77 и сложить их, то, с учетом формулы.
Допустим, что в какой-то фиксированный момент времени коэффициенты теплопроводности и теплоотдачи являются известными функциями радиус-вектора. Тогда выражение (3.6) можно преобразовать в вариационное уравнение теплопроводности [75] Данное уравнение эквивалентно уравнениям теплопроводности (3.8) и граничным условиям (3.5), и для тела вращения в условиях осесиммет-ричного нагрева в цилиндрических координатах может быть преобразовано к виду если интегрирование проводить по площади меридионального сечения F и его контуру S.
С учетом условий симметрии достаточно рассмотреть четверть меридионального сечения цилиндра, как и в случае статической модели. Область меридионального сечения разбивали JV узловыми точками на М треугольных элементов (рисунок 3.3), а вариационные уравнения решали методом конечных элементов [76].
За основные неизвестные приняли значения температуры в вершинах треугольных элементов, а интегрирование по площади и контуру меридионального сечения заменили суммой интегралов по треугольным элементам и их сторонам.
Рассмотрим произвольный треугольный элемент, имеющий вершины с номерами i,j к. Предположим, что сторона if рассматриваемого треугольного элемента совпадает с границей тела. В точках / и j значения коэффициентов теплоотдачи а, и а,, а также температуры среды Q\ и Qj считали известными. Изменения параметров между узлами аппроксимировали линейной функцией.
Находящаяся в естественном ненапряженном состоянии цапфа подвергается действию неравномерного вдоль радиуса и по длине осесимметричного температурного поля. Определение напряженно-деформационного состояния элементов опоры проводили при фиксированных моментах времени и соответствующих значениях температуры. При этом напряженное и деформационное состояние в каждой точке системы характеризовали компонентами тензоров напряжений 7ZZ, crrr, т„, (7zr, деформаций є , єт єи, ezr и перемещениями и И W.
При этом полагаем, что скалярные свойства напряжений определяемые выражением зависят от вида напряженного состояния элементов опоры и определяются экспериментально по кривым растяжения образцов при постоянной температуре. Зависимость интенсивности напряжений от времени определяется величинами температуры и внешней нагрузки, а также продолжительностью работы опоры долота в данных условиях эксплуатации. При простом растяжении.
Данное уравнение выражает принцип минимума потенциальной энергии Э тела, что эквивалентно уравнениям равновесия и статическим граничным условиям. Функция пластичности у/ нелинейно зависит от интенсивности деформаций, поэтому вариационное уравнение (3.23) нелинейное.
Минимум выражения (3.24) находим методом конечных элементов [76] для чего, как и в случае решения задачи теплопроводности разбиваем область сечения узловыми окружностями на М кольцевых элементов треугольного поперечного сечения. При этом разбиение системы на элементы осуществляли таким образом, чтобы каждый элемент состоял из одного материала.
Функцию пластичности у/ вычисляли по известному деформированному состоянию (3.28) в теле и диаграмме напряжений а є для соответствующей температуры. В качестве критерия сходимости процесса последовательных приближений выбрали условие [76]: процесс последовательных приближений прекращался, если в двух последующих приближениях относительное изменение интенсивности деформации (3.22) не превышало во всех точках принятого разбиения заданного числа.
Описание конструкции стенда для абразивного изнашивания
Кинематическая схема установки и схема нагружения колец показаны на рис. 4.1. Установка работает следующим образом: шпиндель 1 с передним центром 3 и поводковым патроном 2 получает вращение от электродвигателя 4 с помощью клиноременной передачи 5, 6. Обороты шпинделя фиксируются тахометром 7. Задний вращающий центр 8 установлен в гнездо винта 9. Винт обеспечивает перемещение центра и зажим оправки с помощью двух гаек 10. В центрах устанавливается оправка 11с шестью образцами в виде колец 12. К каждому кольцу с помощью нагруженного рычага 13, вращающегося на оси 14, прижимается колодка 15, заключенная в обойму 16. Промывочная (охлаждающая) жидкость подаётся к каждому кольцу с помощью автономной, замкнутой гидросистемы по резиновым шлангам 22. Гидросистема состоит из насоса 18 с электроприводом 17, напорного бака 19, приемного контейнера 20 и отстойника 21.
Образец Материал Технологический маршрут Тверд, образца п гон Кольцо 22ХНЗМА 1. Токарная обработка; 2. Цементация; 3. Первая закалка 4. Вторая закалка; б.Отпуск; 6. Шлифование; 7. Виброобработка . HRC57 Колодка 16ХНЗНМА 1. Токарная обработка радиусной выточки; 2. Цементация; 3. Первая закалка 4. Вторая закалка; 5. Отпуск; 6. Шлифование. HRC55 с го(0 Кольцо основа -22ХНЗМА,наплавка-Пр-ЗВ14К-В 1. Токарная обработка; 2. Наплавка; 3. Цементация; 4. Первая закалка 5. Вторая закалка; 6. Отпуск; 7. Шлифование; 8. Виброобработка . HRC60 Колодка 16ХНЗНМА 1. Токарная обработка радиусной выточки; 2. Цементация; 3. Первая закалка 4. Вторая закалка; 5. Отпуск; 6. Шлифование. HRC55 Для группы образцов, подлежащей упрочнению. Подготовленные к испытаниям кольца маркировались по наружной поверхности и разбивались на две группы. Первая группа — кольца, прошедшие цементацию, являлась базовым вариантом. Вторая группа колец после цементации была подвергнута вибрационной упрочняющей обработке.
Обработка проводилась на вибромашине ВМС-100 в среде твердосплавных шаров диаметром 6-10 мм. Оптимальные результаты по глубине наклепанного слоя, достигающего глубины 0,2 мм и величине напряжений сжатия до 1300 Мпа, достигаются путем выбора амплитуды колебаний контейнера, соотношения объемов обрабатывающих тел и деталей, материала обрабатывающей среды, а также продолжительности процесса. Режимы обработки были установлены на основе анализа экспертных данных, проведенных в главе 2 (см. табл. 2.1). Перед опытом кольца тщательно очищались и взвешивались на аналитических весах с точностью до 10" г. Для определения значения износа образцов был принят метод оценки величины потери их массы в зависимости от пройденного пути.
На первом этапе, при истирании стальных образцов длина пути истирания принята равной 50000 оборотов шпинделя (15 км), интервал между контрольными взвешиваниями 10000 оборотов шпинделя (3 км пути). Режим проведения испытаний: частота вращения шпинделя — 500 об/мин, что соответствует частоте вращения долота диаметром 244,5 мм, равной 100 об/мин (4.1), регламентируемой заводом-изготовителем. Усилие, прижимающее колодку к кольцу - 40 Н, создающее удельную нагрузку 130 МПа. Охлаждение осуществляется капельной подачей воды с содержанием в ней абразива 100 г/дм . Абразив - электрокорунд, размер частиц 0,1-0,2 мм.
На втором этапе, при истирании образцов, наплавленных стеллитом по стальной заготовке, режимы испытаний сохранены на прежнем уровне, общая величина пути истирания увеличена до 60000 оборотов в связи с более высокой износостойкостью материала. Для определения минимально необходимого числа опытов с целью получения результатов с заданной точностью был проведен опыт с 6-ю образцами по 3 для каждого варианта технологической обработки. Результаты испытаний приведены в приложении 2 (образцы №№ 1, 2, 3, 1в, 2в, Зв).
Задаемся доверительной вероятностью у=0,9. Для выбранной доверительной вероятности с (п \) степенью свободы квантиль распределения Стьюдента t(i+y)/2=\,56 [86]. Из выражения 4.2 получим для первого варианта: для второго варианта: ЛГ = 4,0.10-.1,56 =909 2,62-10 6 Принимаем N = 9 опытов для каждого варианта технологической обработки.
Первые результаты экспериментального исследования абразивного износа образцов показали высокую степень достоверности и сходимости абсолютных значений износа, получаемых при переходе от опыта к опыту, что говорит о правильности выбранной методики и ее надежности.
В результате установлено, что абсолютный износ образцов, подвергнутых виброобработке примерно в два раза меньше, чем в базовом (цементация) варианте. Относительная износостойкость (упрочненных образцов к базовому варианту) составляет на первом этапе 210%, на втором — 216%. Отмечается также уменьшение интенсивности изнашивания в период приработки (рис. 4.6), что позволяет сократить неэффективную работу долота во время приработки и уменьшить число отказов в этот период.
