Введение к работе
Актуальность работы. Надежность и ресурс сальниковых уплотнений с мягкими набивками, как правило, гораздо ниже надежности и ресурса аппаратов, механизмов и машин, в которых они применяются. Одна из основных причин, препятствующих модернизации конструкций сальниковых узлов, разработке четких рекомендаций по их эксплуатации, выбору новых материалов для набивок, связана с отсутствием уточненных и подробных результатов экспериментально - теоретических исследований контактного воздействия набивки на стержень и втулку.
Несмотря на то, что для уплотнения узлов аппаратов, механизмов и машин сальники с мягкой набивкой применяются более столетия, физические явления, происходящие при уплотнении и характеризующие процесс параметры, изучены erne недостаточно. В работах ученых-исследователей В. И. Кокичева, П. Ф. Голубева, А И. Гуревича предложены эмпирические формулы, которые позволяют, очень приближенно, оценить потерю на трение в таких уплотнениях.
В литературе практически отсутствуют сведения о величине коэффициента бокового давления, і. к. авторы В. И. Кокичев, А. М. Ворохов, С. П. Лившиц, исследовавшие свойства сальников с мягкой набивкой, ограничились экспериментальным определением произведения коэффициента трения на боковое давление. Поскольку определение коэффициента бокового давления связано, как отмечает С. Б. Захаренко с большими затруднениями.
Надежность и ресурс сальниковых уплотнений зависит от многих факторов, в том числе от силы осевого поджатия, от которого зависит величина контактных дав-пений, и силы трения. Поэтому актуальным является исследование распределения осевых и контактных давлений (радиальных), коэффициентов бокового давления и трения в сальниковых уплотнениях и их влияние на качество работы уплотнения
Цель и задачи исследования. Цель работы заключается в разрабоїке уточненных методов экспериментально-теоретических исследований контактных давлений и коэффициентов трения сальниковых уплотнений с мяікой набивкой, их влияния на качество работы сальниковых уплотнений.
Для достижения данной цели в работе поставлены и решаются следующие научные и практические задачи:
1. Установление закономерности распределения контактных давлений по длине сальникового уплотнения с мягкой набивкой;
2 Создание меюда расчегно-экспериментального определения контакшогс давления и коэффициента бокового давления на основе решения задачи радиальных перемещений тонкостенной осесимметричной оболочки, находящейся под действием переменных по высоте осевых и радиальных сил давления,
3. Разработка методики определения статического коэффициента трения сальникового уплотнения в осевом направлении в паре мягкая набивка - твердое тело,
-
Разработка методики определения статического коэффициента трения сальникового уплотнения в окружном направлении в паре мягкая набивка - твердое тело;
-
Разработка методики определения кинематического коэффициента трения сальникового уплої нения в окружном направлении в паре мягкая набивка - твердое тело;
-
Разработка практических рекомендаций по повышению качества работы сальникового уплотнения с мягкими набивками;
-
Оценка качественных характеристик сальникового уплотнения с мягкими набивками;
-
Разработка программного продукта для аналитической обработки экспериментальных данных с последующим получением интересующих зависимостей и искомых в поставленных задачах величин.
Объект исследования. Объектом исследования являются сальниковые уплотнения с мягкими набивками.
Предмет исследований. Предметом исследований являются параметры, характеризующие процесс уплотнения в сальниках с мягкими набивками:
осевые и контактные (радиальные) давления;
силы трения;
коэффициенты бокового давления и трения.
Методика исследований. Методологической базой теоретических исследований являются труды отечественных и зарубежных ученых, исследовавших процессы и явления, происходящие в сальниковых уплотнениях.
Для решения поставленных задач в работе использованы теоретические исследования, базирующиеся на фундаментальных положениях машиноведения и деталей машин, механики твердого деформируемого тела, математики, информатики.
В экспериментальных исследованиях применялись методы измерений с использованием контрольно-измерительной аппаратуры.
Научная новизна диссертации. Содержание научной новизны составляют следующие положения:
-
Предложены новые схемные решения экспериментальных установок для определения осевых (аксиальных) и контактных (радиальных) давлений, статических и кинематических коэффициентов трения в сальниковых уплотнениях с мягкими набивками, защищенные авторскими свидетельствами на изобретения;
-
Разработаны и теоретически обоснованы методы обработки экспериментальных данных. Предложен метод определения неравномерного радиального давления и коэффициента бокового давления путем решения дифференциально-интегрального уравнения прогибов тонкостенной осесимметричной оболочки (втулки);
-
Разработана и экспериментально подтверждена математическая модель сальника с переменным в осевом направлении контактным давлением между набивкой и втулкой, набивкой и стержнем;
-
Теоретически и экспериментально исследовано влияние аксиального натяжения набивки на контактные давления, коэффициенты трения и качество работы са"ьни-ка с мягкими набивками;
-
Разработаны методики определения статического и кинематического коэффициентов трения в паре мягкая набивка - твердое тело.
Практическая значимость работы:
-
Разработанные модели сальника в совокупности с известными моделями составляют основу уточненных методов практического расчета на повышение качественных показателей работы сальника с мягкими набивками.
-
Созданные экспериментальные установки, предложенные алгоритмы и разработанный пакет прикладных программ, для аналитической обработки экспериментальных данных, позволяют оперативно и с меньшей трудоемкостью подбирать новые, более перспективные материалы для сальниковых набивок.
-
Разработаны практические рекомендации по повышению качества работы сальникового уплотнения запорной арматуры с мягкими набивками;
-
Результаты исследований переданы в ПО "Норильскремонт" ЗФ ОАО "ГМК "Норильский никель".
Достоверность научных исследований подтверждается использованием математического аппарата, адекватного решаемым задачам; удовлетворительным совпадением теоретических и экспериментальных результатов, опытом промышленной эксплуатации реальных уплотнений.
Положения, выносимые на защиту;
-
Математическая модель сальника с переменным в осевом направлении контактным давлением между набивкой и втулкой, набивкой и стержнем;
-
Метод расчетно-эксперименталыгого определения контактного давления и коэффициента бокового давления на основе решения задачи радиальных перемещений тонкостенной осесимметричной оболочки, находящейся под действием переменных по высоте осевых и радиальных сил давления;
-
Методика определения статического коэффициента трения сальникового уплотнения в осевом направлении в паре мягкая набивка - твердое тело;
-
Методика определения статического коэффициента трения сальникового уплотнения в окружном направлении в паре мягкая набивка - твердое тело;
-
Методика определения кинематического коэффициента трения сальникового уплотнения в окружном направлении в паре мягкая набивка - твердое тело;
6. Экспериментальные и теоретические исследования влияния аксиального натяжения набивки на контактные давления, коэффициенты трения и качество работы сальника с мягкими набивками;
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на:
научно-технической конференции научного инженерного центра АН СССР на региональной секции ГКНТС по Уралу, Сибири и Дальнему Востоку, г. Челябинск, 1990 г.;
на XIII научно-практической конференции молодых специалистов Норильского горно-металлургического комбината им. А. П. Завенягина, г. Норильск, 1990 г.;
на научно-технических конференциях Норильского индустриального института на секции механики, г. Норильск, 1989-1993 г.г., на секциях механики, информационных систем и технологий - 2001-2003 г г.;
на технических советах ПО "Норильскремонт" ЗФ ОАО "ГМК "Норильский никель", г. Норильск, 2002-03 г.г.
Публикации. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в 8 печатных работах, из них два авторских свидетельства и патент на изобретение по тематике работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения с выводами, списка использованной литературы и приложений. Объем работы состоит из 127 страниц, в том числе 17 таблиц, 23 рисунка. Список использованной научной литературы составляет 109 наименований.
