Введение к работе
Актуальность работы. С точки зрения конкурентоспособности отечественных машин, функциональные параметры которых превосходят зарубежный уровень, повышенный интерес вызывает проблема повышения их качества, прежде всего - надежности и ресурса. В большой степени это относится к буровой технике, эксплуатация которой происходит при циклическом нагруженин и одновременном негативном воздействии потока жидкости с абразивом, что приводит к ускоренному разрушению конструкций. В ;>тих условиях около 40% отказов н 15% времени на восстановление приходится на буровые насосы. Наработка на отказ дорогостоящего насосного агрегата составляет очень короткое время -100-150 часов, что в 3-4 раза меньше , чем у аналогов зарубежного производства. Очевидно, что вопросы испытаний на безотказность и ресурс образцов насосной техники актуальны прежде всего в комплексе конструктивно-технологических мероприятий. В экономическом аспекте особое значение приобретают форсированные ресурсные испытания элементов насосов, позволяющих сокращать издержки на обеспечение общего "жизненного цикла" машин.
Целью диссертации является разработка метода и средств форсированных испытаний ответственных конструктивных элементов буровых насосных агрегатов с получением опережающей информации о работоспособности опытных образцов машин на ранних этапах проектирования.
На основе анализа опубликованной информации о состоянии проблемы поставлены следующие задачи:
-
Изучить данные о параметрической надежности буровых насосных агрегатов в условиях реальной эксплуатации, обосновать выбор наиболее ответственных элементов, выявить основные механизмы повреждений, выделить и установить определяющие факторы нагружения и внешних воздействий, определить их характеристики и области варьирования.
-
Разработать блок-схему программных испытаний натурных элементов насосов, описаіпіе которой включает постановку факторного эксперимента, форсированное нагружение объекта и статистическое оценивание смешанных данных. Создать испытательный комплекс в составе стендового оборудовшпія и
"контрольно-измерительного блока, в условиях которого воспроизводятся механизмы повреждения узлов и деталей насосного агрегата по схемам ударно-абразивного и гидроабразивного изнашивания.
-
Выполнить экспериментальные исследования по оценке значимости основных факторов нагружения и воздействий в диапазоне варьирования их характеристик и на основе математической модели регрессионного типа обосновать выбор режима форсированных испытаний натурных элементов.
-
Выполнить сопоставление результатов натурных и стендовых испытаний с расчетными данными по различным теориям износа и накопления повреждений, обосновать выбор моделей, обеспечивающих получение достоверных результатов.
-
Разработать методику статистической обработки смешанной информации о наработках на отказ с целью повышения точности оценок.
-
Экспериментально апробировать разработанные в диссертации решения и результаты.
Научная новизна диссертации заключается в том, что :
обоснован и разработан метод форсированных ресурсных испытаний натурных элементов буровых насосных агрегатов по условиям гидроабразивного и ударно- абразивного изнашивания, составлен моделирующий алгоритм программных испытаний на основе применения теории моделирования сложных систем;
обоснован выбор режимов форсированных испытаний, в котором комплекс нагружающих факторов задается в соответствии с регламентируемыми условиями эксплуатации и интерпретируется контролепригодным признаком воздействий - напряжениями на площадках контакта, что позволяет сравнительно характеризовать нагружешіость элементов в условиях испытаний и эксплуатации;
впервые проведены форсироваїшьіе стендовые испытания на ресурс натурных элементов буровых насосных агрегатов, получены экспериментальные зависимости по оценке значимости основных факторов нагружения и воздействий, обоснован выбор математических моделей, адекватно описывающих процесс износа и формирования постепенных отказов.
Практической ценностью в работе обладают научно обоснованные технические решения, отмеченные патентной чистотой:
испытательный комплекс с циклическим нагружением натурных ілементов гидромашин (нол.реш. от 18.02.97 по заявке N9304251428);
методика оценки напряжений на площадке контакта элементов машин;
способ определения режима воздействия внешней среды;
способ форсированных ресусных испытаний бурового насоса объемного ипа (Патент SU N1770610 А1).
Лостоверность результатов обоснована достоверностью фундаменталь-[ых положений применяемых теорий и подтверждена выбором методов оце-іивания показателей ресурса, учитывающих максимальное количество инфор-іации. Частные выводы с принятым уровнем доверия сходятся с результатами сследований отраслевых институтов гидростроения за 1977-1994 годы.
Реализация результатов работы. Результаты диссертации использованы нститутом НИИТяжмаш АО "Уралмаш" (г.Екатеринбург)и АО Тидромаш" г.Сысерть Свердловской области) при освоении выпуска опытных изделий.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсужда-нсь на Всесоюзных научно-технических конференциях: "Конструкгивно-гхнологические методы повышения надежности машин и их стандартизация" Гула, 1988 г.), "Конструкционная прочность двигателей" (Куйбышев, 1990 г.), Проблемы создания и эксплуатации испытательной тс:шики"(Иваново,1991 г.); 11, VI11, IX и X Всесоюзных школах "Расчет и управление надежностью ільніих механических систем" (Ташкент 1988 г., Тбилиси, 1990 г., Геленд-ик,1992 г., Ильмены, 1995 г.); Республиканской научно-технической ліференции "Совершенствование технологических процессов изготовления ггалей машин" (Курган, 1991 г.); Научно-техническом семинаре "Методы жоренных стендовых испытаний агрегатов тракторов на износ в условиях іучно-технического перевооружения производства" (Челябинск, 1988 г.); кции Научно-технического Совета НИИТяжмаш АО "Уралмаш" [катерннбург, 1996 г.); Ученом Совете НИЦ "НиР БСМ" УрО РАН г.Екатеринбург, 1996 г.); Научном семинаре кафедры ПМ и ДПМ ЧГТУ .Челябинск, 1996 г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем - 156 страниц, из них 108 страниц основного текста и 37 страниц приложений. Работа содержит 16 рисунков и 16 таблиц. Список литературы включает 111 наименований.