Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ существующих методов ускорения испытаний гидромашин и гидроприводов
1.1. Виды испытаний гидроприводов и их элементов 11
1.2. Методы ускорения испытаний и способы их реализации 20
1.3. Основные принципы ускорения испытаний 26
1.4. Способы испытаний гидроагрегатов, гидроприводов и их элементов 27
1.5. Способы контроля окончания ресурсных испытаний 31
1.6. Методы диагностирования технического состояния гидроприводов и их элементов 34
1.7. Выводы по главе 37
ГЛАВА 2. Теоретическое исследование зависимости долговечности пары трения «блок цилиндров распределитель» апгм от рабочих и конструк тивных параметров и характера нагружения гидромашины 39
2.1. Особенности конструкции АПГМ с двойным несиловым карданом
2.2. Физическая модель торцевого распределительного устройства АПГМ 42
2.3. Анализ результатов испытаний АПГМ второй гаммы на гарантийную наработку 48
2.4. Вывод формулы для определения долговечности пары трения «блок цилиндров - распределитель» 53
2.5. Основные положения усталостной теории износа 55
2.6. Зависимость износа в паре трения «блок цилиндров - распределитель» от времени работы узла з
2.7. Влияние нагружения на процесс изнашивания 62
2.8. Влияние физико-механических и фрикционных свойств материалов, относительной скорости и температуры в зоне трибо-логического контакта на трение и изнашивание 65
2.9. Выбор и обоснование значимых параметров нагружения при проведении ресурсных испытаний АПГМ, влияющих на износ пары «блок цилиндров - распределитель» 69
2.10. Выводы по главе 73
ГЛАВА 3. Методическое обеспечение ускоренных испытаний АПГМ 75
3.1. Зависимость продолжительности ускоренных ресурсных испытаний от параметров режима нагружения гидромашины 75
3.2. Методика определения продолжительности ускоренных форсированных испытаний 81
3.3. Пример расчета продолжительности ускоренных ресурсных испытаний для АПГМ № 1,5-П 3.3.1. Расчет коэффициентов в формулах для определения продолжительности ускоренных испытаний АПГМ № 1,5-П 83
3.3.2. Определение эквивалентных значений параметров нагружения при нормальных испытаниях АПГМ № 1,5-П 86
3.3.3. Назначение форсированных режимов нагружения для ускоренных испытаний АПГМ № 1,5-П 87
3.3.4. Определение продолжительности ускоренных форсированных ресурсных испытаний АПГМ № 1,5-П 3.4. Способ ускоренных испытаний АПГМ и объемных гидропередач 89
3.5. Методические особенности использования МПА для определения износа пар трения АПГМ 91
3.5.1. Общие положения 91
3.5.2. Рекомендации по применению МПА 94
3.5.3. Методика экспериментального исследования износа торца блока цилиндров АПГМ с помощью МПА 94
3.6. Методика экспериментального исследования влияния режи
мов нагружения АПГМ на их техническое состояние 97
3.6.1. Основные положения методики проведения исследования 97
3.6.2. Статистический анализ полученных результатов эксперимента 100
3.6.3. Формирование математической модели исследования 101
3.7. Выводы по главе 102
глава 4. Экспериментальные исследования апгм второй гаммы в условиях ускоренных стендовых ресурсных испытаний 104
4.1 Объект исследований 104
4.2 Описание испытательной установки 105
4.3 Результаты исследования влияния режимов нагружения АПГМ на износ пары «блок цилиндров - распределитель» 110
4.4 Результаты экспериментального исследования влияния режимов нагружения АПГМ на величину коэффициента ускорения ресурсных испытаний 122
4.5 Сравнение результатов ускоренных и нормальных ресурсных испытаний АПГМ 130
4.6 Выводы по главе 133
Заключение 134
Список использованных источников
- Методы диагностирования технического состояния гидроприводов и их элементов
- Зависимость износа в паре трения «блок цилиндров - распределитель» от времени работы узла
- Расчет коэффициентов в формулах для определения продолжительности ускоренных испытаний АПГМ № 1,5-П
- Результаты исследования влияния режимов нагружения АПГМ на износ пары «блок цилиндров - распределитель»
Введение к работе
Актуальность работы. Гидроприводы и агрегаты на их основе широко распространены в различных отраслях промышленности. Гидромашины являются основными элементами гидроприводов и определяют их надежность. В жизненном цикле гидромашин и гидроприводов испытаниям отводится особая роль. Подавляющая часть временных затрат при проектировании, отработке и доводке изделий приходится на проведение испытаний. Поиск путей сокращения испытаний имеет важное научное и практическое значение. Ускорение испытаний - резерв снижения себестоимости продукции. Внедрение ускоренных испытаний позволяет сократить период создания и доводки новых гидромашин и гидроприводов. Обоснованное назначение условий проведения ускоренных испытаний является сложной задачей, поскольку эксплуатация современных гидроприводов и агрегатов характеризуется большим разнообразием условий применения, широким диапазоном рабочих режимов, оказывающих существенное влияние на их надежность и ресурс.
В связи с этим разработка научно-обоснованной методики, позволяющей определять продолжительность ускоренных испытаний гидромашин, является актуальной задачей.
Цель исследования - разработка научно-обоснованной методики определения продолжительности испытаний в зависимости от параметров режима и характера нагружения гидромашин, разработка способа ускоренных испытаний АПГМ и средств для его реализации с целью сокращения продолжительности ресурсных испытаний АПГМ.
Поставленная цель достигалась решением следующих задач:
проведением анализа существующих методов ускорения испытаний, способов их реализации в приложении к АПГМ и способов диагностирования технического состояния гидромашин в процессе испытаний;
выбором критерия окончания ускоренных ресурсных испытаний АПГМ и наиболее значимых параметров режимов нагружения гидромашин;
разработкой уточненной зависимости долговечности распределительного узла АПГМ;
разработкой математической модели износа в паре трения «блок цилиндров - распределитель»;
разработкой методики определения коэффициента ускоренных ресурсных испытаний АПГМ;
апробацией данной методики для конкретной гидромашины и проведением сравнительных ускоренных ресурсных испытаний;
разработкой способа ускоренных испытаний АПГМ.
Методы исследования. В работе использовались основные положения теории роторных АПГМ, теории трения и изнашивания, методы математического моделирования, математические методы планирования многофакторного эксперимента, методы статистической обработки и анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Научная новизна работы заключается в следующем:
предложена модифицированная формула для определения долговечности пары трения «блок цилиндров - распределитель» АПГМ, позволяющая учитывать переменный характер нагружения гидромашин;
разработана математическая модель, позволяющая определять величину износа в паре трения «блок цилиндров - распределитель» АПГМ в зависимости от параметров нагружения и продолжительности работы гидромашины;
разработана методика ускоренных испытаний АПГМ, позволяющая определять продолжительность таких испытаний в зависимости от параметров режима и характера нагружения гидромашин.
Практическая ценность работы заключается
в разработке научно-обоснованной методики определения продолжительности ускоренных ресурсных испытаний АПГМ, эффективность которой апробирована на конкретных гидромашинах;
в разработке способа ускоренных испытаний АПГМ и объемных гидропередач при периодическом нагружении;
в разработке конструкции испытательного стенда с комплектом специального измерительного оборудования для контроля износа торца блока цилиндров насоса с помощью МПА, благодаря которому реализована методика проверки сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований зависимости износа в паре «блок цилиндров - распределитель» АПГМ от параметров нагружения методом ПФЭ.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы использовались при подготовке программы и методики ускоренных ресурсных испытаний АПН с рабочим объемом 15 см3/об АЮИЖ.063234.020 на предприятии ОАО «ВНИИ «Сигнал», г. Ковров и позволили сократить примерно в 5 раз время на проведение данных испытаний. Рекомендации по применению методов ускоренных испытаний АПГМ внедрены в виде «Методики определения времени испытаний гидромашин и гидропередач при периодическом нагружении».
Результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярева» в курсы дисциплин «Основы инженерного и научного эксперимента» и «Автоматизация испытаний ГМ», а также используются в учебно-исследовательских работах, курсовом и дипломном проектировании студентов, обучающихся по специальности 150802 «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались
на международной научно-технической конференции «Гидропневмоавтоматика и гидропривод», Ковров, КТИ, 1995 г.; международной научно-технической конференции «Гидромашиностроение Настоящее и будущее», Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004 г.; международной молодежной научной конференции «XVI Туполевские чтения», Казань, КГТУ, 2008 г.; всероссийской научно-технической конференции «Исследование, проектирование, испытание и эксплуатация приборных устройств военной техники», Владимир, ВлГУ, 2008 г.; научно-технической конференции аспирантов и молодых ученых с международным участием «Вооружение Технология Безопасность Управление», Ковров, «КГТА им. В.А.Дегтярева», 2009, 2010 гг.;
на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава Ковровского технологического института (Ковровской государственной технологической академии): Научно-техническая и научно-методическая конференция КТИ «Научные и методические исследования института - техническому и культурному прогрессу», Ковров, КТИ, 1993, 1995 гг.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
модифицированная формула для определения долговечности пары трения «блок цилиндров - распределитель» АПГМ;
математическая модель износа пары трения «блок цилиндров - распределитель» АПГМ;
методика определения продолжительности ускоренных испытаний АПГМ от параметров режима и характера нагружения гидромашин;
способ ускоренных испытаний гидропередач и их элементов, его теоретическое обоснование;
проверка сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований ускоренных ресурсных испытаний АПГМ.
Публикации. По материалам диссертационных исследований опубликованы 12 печатных работ, в том числе: 8 - научно-технических статей, 3 из которых в журналах, входящих в перечень рецензируемых изданий, рекомендованных ВАК; 1 - авторское свидетельство на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержащего общие выводы, списка литературы из 133 наименований, 6 приложений. Работа изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит 13 рисунков, 22 таблицы.
Методы диагностирования технического состояния гидроприводов и их элементов
По темпу проведения ресурсные испытания всех видов делят на нормальные испытания, при которых необходимый объем информации может быть получен в срок, соответствующий сроку эксплуатации, и ускоренные, которые обеспечивают получение информации в более короткий срок. Нормальные испытания применяют лишь в редких случаях, так как все виды испытаний должны проводиться в сжатые сроки ускоренно, то есть характеризовать текущую продукцию предприятия, а не продукцию прошлых лет.
Определение работоспособности гидроприводов в условиях, близких к реальным, осуществляется преимущественно с помощью ускоренных или форсированных испытаний. При оценке влияния тех или иных эксплуатационных факторов на работу гидроприводов возникают трудности, связанные с тем, какие же факторы необходимо учитывать в первую очередь, какими вообще можно пренебречь [42,128].
Среди эксплуатационных факторов есть такие, которые заслуживают первостепенного внимания. Например, параметры окружающей среды, в которой работает привод: температура, влажность, осадки, примеси в рабочей жидкости и другие. Большое значение имеют колебания давления и пульсации, величина рабочего давления и перепады давлений. Важным эксплуатационным фактором для гидроприводов является температура рабочей жидкости и характер ее изменения в процессе эксплуатации привода.
В качестве основных эксплуатационных факторов, учитываемых при испытаниях гидроприводов, предлагаются следующие: - для насосов и гидромоторов - эксплуатационные режимы изменения давления и температуры рабочей жидкости, загрязненность рабочей жидкости; - для распределительных и регулирующих устройств - температура окружающей среды и рабочей жидкости, загрязненность рабочей жидкости; - для трубопроводов и соединений - эксплуатационные режимы работы, фактические напряжения в материале, а также факторы, снижающие усталостную прочность: овальность сечения, риски, потертость и т.д. Повышение точности измерений при испытаниях и обеспечение высокой стабильности их режимов способствуют повышению информативности испытаний, особенно исследовательских. Повышение уровня знаний в области механизма процессов разрушения изделий благоприятствует увеличению информативности испытаний, что влечет за собой - рост внимания к особенностям режимов испытаний; - тенденцию к переходу от упрощенных представлений о работе узла или сопряжения к углубленному изучению и воспроизведению совокупности факторов, влияющих на его надежность.
Цель ускоренных ресурсных испытаний - получение информации о надежности (долговечности) гидроприводов и их элементов в течение времени испытаний меньшего, чем гарантийная долговечность. Метод ускоренных испытаний представляет собой разновидность физического моделирования, при котором характеристики реальной системы оцениваются по результатам экспериментальных исследований модели. При ускоренных испытаниях создается модель реальных условий работы и действующих нагрузок. Эффективность ускоренных ресурсных испытаний характеризуется коэффициентом ускорения Ку, который по аналогии с физическим моделированием представляет собой коэффициент подобия, равный отношению времени наработки ресурса при заданных эксплуатационных (нормальных) режимах тн к длительности работы при ускоренных испытаниях т , защищающих тот же ресурс, при одинаковом уровне доверительной вероятности [10]:
В данном случае используется один из основных принципов ускорения испытаний - принцип сравнения, который основан на использовании данных об аналогичных изделиях. Оценку надежности изделий производят сравнением показателей надежности изделия в форсированном режиме с результатами испытаний в нормальном режиме изделия-аналога. Также используют пересчет результатов испытаний изделия в форсированном режиме к нормальному по имеющейся зависимости показателей надежности от уровня нагрузки.
Методы ускоренных испытаний по жесткости применяемых режимов подразделяют на две категории - испытания на нормальных режимах (методы прогнозирования) и испытания в форсированных режимах.
К методам ускоренных испытаний в нормальных режимах относятся: - методы прогнозирования, использующие более узкие допустимые пределы изменения параметра (метод условных полей допусков); - методы прогнозирования на основе взаимосвязи физических закономерностей процессов, приводящих к отказам, с параметрами изделий; - методы прогнозирования, использующие изменения косвенного параметра, однозначно связанного с определяющим параметром (метод сопряженных распределений, матричных испытаний и другие); - методы, использующие исключение режимов холостых ходов и воспроизведение спектра эксплуатационных нагрузок, максимально влияющих на работоспособность изделий.
Зависимость износа в паре трения «блок цилиндров - распределитель» от времени работы узла
Таким образом, могут быть рассчитаны величины нормальных статических нагрузок в паре трения «блок цилиндров - распределитель» и радиусы приложения их составляющих. Построенные таким образом выражения с учетом принятых допущений были положены в основу расчета зависимости износа сопряжения «блок цилиндров - распределитель» от нормальной статической нагрузки и относительной скорости.
Пара трения «блок цилиндров - распределитель» характеризуется тем, что поверхности контакта в сопряжении разделены тонким слоем смазки и подвержены воздействию больших механических нагрузок с циклическим их изменением. В паре тел со смазкой в контакте и трении участвуют вся номинальная поверхность и, соответственно, вся площадь контакта, разделенная слоем смазки [63]. Учитывая свойства жидкостной пленки и специфику ее поведения в паре трения «блок цилиндров - распределитель» АПГМ, считают, что наиболее важными реологическими свойствами пленки в паре являются пластичность в сочетании с «вязким» поведением. Пленка, нагруженная давлением, имеет запасы по скорости и температуре до локального разрушения, что позволяет считать, что в момент разрушения пленка существует, но изменяется ее структура. Контакт в паре дискретен и осуществляется контурными площадками, которые группируются в пределах номинальной площади и изменяют свое положение в процессе трения. Процесс механического взаимодействия на контакте нестационарен и характеризуется переменными параметрами: номинальным давлением, скоростью, температурой, степенью упругой и пластической деформаций и другими.
Распределительная пара «блок цилиндров - распределитель» по характеру работы довольно близка к упорным подшипникам скольжения. Поэтому при работе распределительной пары, согласно [21], могут иметь место жидкостный, полужидкостный и граничный режимы трения, а также, в силу особенности ее работы, несколько различных режимов трения, возникающих одновременно на отдельных участках данных трущихся поверхностей.
При жидкостном режиме трения трущиеся поверхности блока цилиндров и торцевого распределителя разделены сплошной жидкостной пленкой, поэтому непосредственное трение между поверхностями отсутствует. В этом случае следует ожидать только абразивного износа данных поверхностей частицами загрязнений, находящимися во взвещенном состоянии в рабочей жидкости.
При полужидкостном режиме трения сплошность жидкостной пленки между рабочими поверхностями распределительной пары нарушается и последние соприкасаются своими микронеровностями на участках большей или меньшей протяженности [21]. Относительно небольшой зазор между трущими-ся поверхностями распределительной пары способствует возникновению их аб-разивного износа обусловленного попаданием частиц загрязнений в зазор, величина которых соизмерима с величиной зазора. В то же время можно предположить что величина абразивного износа в этом случае будет менее значительной по сравнению с износом, вызванным непосредственным контактом трущихся поверхностей.
При граничном режиме трения рабочие поверхности блока цилиндров и распределителя соприкасаются полностью или на участках большой протяжен 48 ности. Слой жидкости, разделяющий данные поверхности трения, отсутствует. Рабочая жидкость находится на металлических поверхностях только в виде адсорбированной пленки [102]. При граничном режиме трения рабочих поверхностей распределительной пары будет иметь место значительный износ, обусловленный непосредственным контактом этих поверхностей.
Таким образом, вид режима трения в распределительной паре зависит от факторов, определяющих надежную работу гидромашины. В свою оче-реггь вид режима трения рабочих торцев блока цилиндров и распределителя оказывает существенное влияние на величину износа данных поверхностей. С учетом вышесказанного можно предположить, что в паре трения «блок цилиндров - распределитель» преобладает смешанное трение, сочетающее аб Т")Я зивное и гидроабразивное трение при средних и высоких скоростях вращения и трение обусловленное механическим контактом деталей в режимах пуск-останов разгон-торможение. Основываясь на данном физическом представлении взаимодействия деталей через разделяющую их жидкостную пленку, были сформулированы расчетные зависимости износа деталей пары трения «блок цилиндров - распределитель».
АПГМ второй гаммы входят в состав электрогидравлического силового привода Д-219-50, который состоит из двух гидромашин - насоса № 1,5-ПД и гидромотора № 1,5-ИМ, соединенных замкнутым контуром трубопроводов.
Для обеспечения соответствия ускоренных испытаний и нормальных необходимо выбрать такой фактор, который мог бы служить индикатором состояния гидромашин и привода в целом. Таким индикатором может служить величина износа наиболее изнашиваемой в процессе испытаний детали. С этой были проанализированы результаты испытаний на гарантийную наработку изделий Д-219-50 за восемь лет на предприятии ОАО «КЭМЗ» [41, 65, 87]. Продолжительность гарантийной наработки данного изделия составляет 1000 часов, что соответствует гамма-процентному ресурсу (Г = 98%) АПГМНБ второй гаммы [64]. Сводные таблицы результатов обмеров деталей гидромашин приведены в приложении 1. Анализ показал, что износ пары «блок цилиндров - поршень» незначителен и находится в пределах точности измерений. Износ пары «блок цилиндров - распределитель» значительно больше, причем наибольшая величина износа наблюдается у торца блока цилиндров насоса - в пределах 12ч19 мкм, в связи с чем износ этой поверхности можно принять в качестве индикатора состояния гидропривода. Критерием для оценки момента окончания ускоренных испытаний будет служить достижение величины износа торца блока цилиндров некоторого предельного значения или попадание этой величины в определенную область значений (доверительный интервал). Для определения этой области была проведе-на статистическая обработка результатов измерений величины износа торца блока цилиндров аксиально-поршневых насосов в процессе проведения испытаний на гарантийную наработку по техническим условиям (ТУ) в течение 1000 часов. Расчет провели по методике [47, 61, 74, 99, 100]. Расположили результаты измерений величины износа торца блока цилиндров в виде ранжированного ряда (табл. 2).
Расчет коэффициентов в формулах для определения продолжительности ускоренных испытаний АПГМ № 1,5-П
Осевой подшипник скольжения состоит из плоской кольцевой пяты 1, опирающейся на подпятник 2. Рассмотрим методику расчета износа осевого подшипника скольжения, представленную Добычиным М.Н. и Чичинадзе А.В. [96]. Пята вращается с угловой скоростью со и нагружена осевой силой Р. Поскольку участки рабочих поверхностей пяты и подпятника, расположенные на разных расстояниях от оси вращения, изнащиваются с разной скоростью (у них разные пути трения), условие неразрывности контакта в процессе эксплуатации может быть выполнено лишь с учетом конечной жесткости контакта. В связи с этим рассмотрим задачу об износе такого сопряжения, считая, что пята и подпятник являются жесткими, а их контактные деформации т, обусловленные шероховатостью, пропорциональны контактному давлению q, то есть ш-kq. При этом, несмотря на износ сопрягаемых тел, шероховатость поверхностей сохраняется и в первом приближении деформационные свойства ее можно считать не зависящими от времени.
Кроме того, предполагается, что интенсивность изнашивания каждого из сопрягаемых тел является степенной функцией нормального контактного давления в сопряжении Jh = Ch qm, где т 1.
Кинетика изменения контактных давлений в сопряжении в процессе износа описывается дифференциальным уравнением [96]: (rv)+ (r4z) (/5,)=i7W; (13) где кх=кх+кг\ Kz=Kl+K2; Х = - -\ q = dq/dt; г =(г-га)Цгь-га)\ ГЬ Га 2Кггьсо Fi (t) = дг. + %у у/ 9 к _ коэффициент податливости уп-\} + Х)\} + Х) о ругого слоя, м-Па"1; К[ - коэффициент интенсивности изнашивания, Па"1; х относительный размер сопряжения; га и гь - внутренний и наружный радиусы пяты, м; / - текущее время, с; q(r ,t) - давление на контакте, Па; F2(t) функция, пропорциональная скорости изнашивания тел в процессе работы сопряжения Vh{t); і = 1,2 - индексы, относящиеся к пяте и подпятнику соответственно. Численный анализ приведенного дифференциального уравнения показал, что скорость изнашивания сопряжения может быть получена в виде [96]: K(t) = Vh0QxJ- -) + VhO0 l-expf- Л , (14) I t j V V t )) .. 2 ( Z)( X)-X3 где VhQ = Vh (0) = KXP Ъкгь (l + 2Zy начальная скорость изнаши вания, в момент времени t = О; Vha3 - Vh(оо) = KZP(\ + х) конечная 2ЖУ ,. пТ (\Лх)(і+х) скорость изнашивания, при / - оо; t = — х - - характерное л (\+х)-х3 время; - параметр, зависящий от величины относительного размера сопряжения % [96]. Износ сопряжения, то есть износ в паре «блок цилиндров - распределитель» h за время / определяется по формуле [96]: h{t) = j{Vh0-Vh„) 1-exp + VhJ- (15) v t , Таким образом, получили зависимость величины износа в сопряжении от времени работы узла. Зная допустимую величину износа [h], можно определить время достижения критического состояния для данной пары трения, то есть время выработки ресурса. Для удобства статистической обработки при проведении экспериментальных исследований зависимости износа от времени наработки формулу для определения износа пары трения «блок цилиндров - распределитель» как осевого подшипника скольжения (15) была представлена в виде: h(?) = -[1-exp(-5)] + С-?. (16) Коэффициенты А , В и С зависят от параметров режима нагружения. Причем коэффициент С равен конечной скорости изнашивания сопряжения при ґ-»оо С = VhK коэффициент =С ; а коэффициент A = —(Vh0-Vhoo/ = —(Vh0-с). Следовательно, начальную и конечную скорости изнашивания сопряжения можно определить, аппроксимировав график зависи мости износа сопряжения от времени испытаний и получив значения коэффи циентов А , В и С, тогда Vh0 = A-B + C, Vhco = C. Представленное обобщенное выражение (24) зависимости износа в сопряжении «блок цилиндров - распределитель» от времени работы узла использовано для получения математическими методами планирования эксперимента связи износа в данной паре трения с параметрами нагружения гидромашины.
Для пары трения «блок цилиндров - распределитель» характерны следующие виды изнашивания: абразивное и усталостное. При абразивном изнашива 63 ний характерны два механизма разрушения трущихся поверхностей. Первый абразивные частицы царапают, совершают хаотический процесс микрорезания; второй - деформационное действие «тупых» абразивных частиц, которые не царапают, а выдавливают лунки или бороздки и вызывают при многократном повторении локальные усталостные разрушения. К усталостному изнашиванию относят случаи, когда при работе узлов трения отсутствуют аномальные повреждения (схватывания, задиры, микрорезание, прижоги поверхностей и т.п.), трение протекает в нормальных условиях, имеется смазка, но тем не менее вследствие трения материал поверхностного слоя «устает» и начинает отделяться в виде частиц износа [19, 111, 114, 115].
Влияние нагрузки на трение и изнашивание зависит от вида контактного взаимодействия трущихся поверхностей - упругого или пластического.
Нагружение зоны контакта существенно влияет на интенсивность изнашивания: так, например, при абразивном изнашивании интенсивность износа обычно пропорциональна давлению и пути трения; при адгезии интенсивность износа также пропорциональна давлению, только нелинейно.
Усталостная прочность характеризуется количеством циклов нагружения, она обратно пропорциональна давлению в третьей степени q3cr = idem, где q - удельное нормальное, контактное давление в сопряжении, а - усталостная прочность [35, 96]. Незначительный рост нагружения зоны трения приводит к заметному снижению усталостной прочности. Увеличение нагружения может быть вызвано как внешним нагружением, так и динамическим действием движущихся масс.
Ряд авторов отмечает, что нагрузка нелинейно влияет на износ. Для упругого контакта трущихся деталей машин, вызывающего многоцикловое усталостное разрушение (изнашивание) контактирующих поверхностей согласно исследованиям Крагельского И.В, Добычина М.Н., Комбалова В.С., Михина Н.М. и др. [35, 50, 51, 96], интенсивность изнашивания зависит от нормального давления в контакте, в степени больше единицы:
Результаты исследования влияния режимов нагружения АПГМ на износ пары «блок цилиндров - распределитель»
Сущность дифференциального метода радионуклидных индикаторов или метода поверхностной активации (МПА) заключается в определении износа по относительному уменьшению активности детали при износе активированного поверхностного слоя, сопоставленному с относительным уменьшением активности при моделировании износа (определении тарировочной зависимости). Моделирование износа заключается в измерении активности и величины износа образца или детали, искусственно изнашиваемых и активированных таким образом, что относительное распределение активности по глубине поверхностного слоя тождественно с распределением активности по глубине поверхностного слоя исследуемой изнашивающейся детали.
Измерение активности детали производится по квантовому (гамма) излучению, слабо поглощающемуся в металлических деталях, расположенных между активированной поверхностью детали и датчиком (приемником) квантового (гамма) излучения, расположенным на минимально возможном расстоянии от детали. Поэтому измерения износа могут производиться без остановки и разборки узла машин, в который входит исследуемая деталь.
Для того чтобы получить достоверную информацию о процессе износа необходимо, чтобы толщина активированного слоя была близка к величине предполагаемого максимального износа (примерно 120-=-150% от предполагаемого износа). При увеличении глубины активации резко увеличивается ошибка определения износа. При глубине активации, равной 25 - 30 мкм, ошибка составляет 0,5-0,6 мкм. (Предел чувствительности 5-6%/мкм).
При исследовании ресурса АПГМ обычно определяют износ торца блока цилиндров, распределителя, поршней и цилиндров.
Основываясь на проведенных ранее исследованиях [24, 41, 64, 65, 87], было решено определять с помощью МПА износ торцевой поверхности блока цилиндров насоса. Метки располагались в виде отдельных пятен между окнами блока цилиндров, поэтому в процессе активации окна блока цилиндров экранировались. Исследования проводились в соответствии с ГОСТ Р 52028-2003 [129].
Активации подвергался торец блока цилиндров как наиболее изнашиваемая поверхность. Глубина активации блока цилиндров была принята равной 25 мкм, так как ранее было установлено, что износ блока при ресурсных испытаниях не превышает 19 мкм [24, 41, 87]. Такая глубина активации позволила получить чувствительность текущих измерений 3-4%. Индивидуальная годовая эффективная доза метки составила не более 6 мкЗв, что позволило вести исследования без применения специальной защиты от гамма-излучения [130,132, 133].
Облучение блоков цилиндров проводили на циклотроне ФГУП «Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Федерального агентства по атомной энергии, г. Обнинск (ФГУП «ГНЦ РФ - ФЭИ») на стандартном режиме с ускорением протонов до энергии Е = 11,0 МэВ, для получения заданной глубины активации применяли тормозящие фольги.
При активации блока цилиндров, изготовленного из стали Х12Ф1, образуется главным образом радионуклид кобальт-56 (5бСо), имеющий период полураспада 78,7 суток [62].
Вместо моделирования износа для определения тарировочных зависимостей были использованы данные (рис. 9), представляемые организацией, производившей активацию - ФГУП «ГНЦ РФ - ФЭИ».
Продукты износа, если они могут влиять на интенсивность счета от оставшейся метки, должны удаляться из зоны регистрации.
Регистрируемый радионуклид должен вести себя в исследуемом процессе идентично материалу изделия. Возможная длительность контроля износа ограничена тремя периодами полураспада регистрируемого радионуклида и условиями измерений.
Контроль локальных процессов изнашивания типа питтинга, эрозии, кавитации возможен при получении дополнительной информации о локализации и площади разрушающихся участков.
Расстояние от метки до детектора и толщина находящегося между ними поглощающего материала ограничены величиной статистической ошибки контролируемого износа при значениях активности, лежащих в пределах санитарных норм. Быстрота счета обратно пропорциональна квадрату расстояния между меткой и детектором и экспоненциально уменьшается при увеличении толщины слоя поглощающего материала.
В условиях эксплуатации облученных изделий распределение активности по глубине материала должно оставаться неизменным.
Активность метки не должна, превышать санитарные нормы, установленные «Нормами радиационной безопасности (НРБ-99). Санитарными правилами СП 2.6.1.758-99» [132].
Продукты износа из зоны контакта трущихся деталей («блок цилиндров -поршень», «блок цилиндров - распределитель») интенсивно удаляются за счет высоких скоростей относительного перемещения деталей и скоростей рабочей жидкости в зоне контакта.
Испытания проводятся при температуре рабочей жидкости, не превыщающей 70С. Перед включением установки измеряется активность блока цилинд 95 ров, установленного в насос, и активность фона. Тем самым получают значение активности в начальный момент испытаний. Затем через каждые восемь часов производятся измерения активности. В ходе испытаний фиксируются параметры режима нагружения, давление в силовых магистралях, угловая скорость вращения вала гидромотора, угловая скорость вращения вала насоса и температура рабочей жидкости в корпусе насоса. Измерения проводятся с погрешностью в соответствии с ГОСТ 17108-86 [126].
После каждых пяти циклов производится отбор проб рабочей жидкости для оценки чистоты рабочей жидкости. До и после ресурсных испытаний насоса проводятся испытания гидропривода и отдельно насоса на соответствие требованиям ТУ на изделие, микрометрирование изнашиваемых деталей ходовой части насоса.
Интенсивность параметрического отказа оценивается с помощью МПА. Жесткая фиксация сцинтилляционного измерительного датчика относительно объекта испытаний осуществляется с помощью специальной стойки. Кристалл датчика имеет свинцовый коллиматор для снижения влияния фона.
