Введение к работе
Актуальность темы: Для успешной конкуренции на рынке технологий машиностроительного производства должна быть решена проблема обеспечения качества изделий. Эта проблема наиболее актуальна для изделий тяжелого машиностроения, к которым относится производство буровых долот.
Эксплуатационно-технологическая оценка состояния бурового оборудования зависит от стабильности показателей технического состояния соединений нового бурового долота, которое оказывает существенное влияние на достоверность прогнозирования его работоспособности при эксплуатации.
Недостаток существующих технологий сборки опор скольжения состоит в преобладающем влиянии случайных факторов, таких как отклонения реального профиля поверхностей, которые характеризуются, макроотклонениями, упругими свойствами и др. на стабильность показателей соединений, что приводит к неопределенности оценок технического состояния многоопорных изделий с достаточной для практики степенью достоверности. Многоопорные изделия должны характеризоваться одинаковой работоспособностью всех опор, а это может быть получено, если уменьшить влияние случайного фактора на динамические показатели опор скольжения.
Современные конструкции долот имеют герметизированные эластомерным уплотнением гидромониторные опоры скольжения типа ГАУ, ЦГАУ и ЦАУ. Узел скольжения опоры включает радиальную плавающую разрезную втулку и упорную шайбу из бериллиевой бронзы, шариковый подшипник качения и малый подшипник скольжения.
Опыт эксплуатации этих изделий выявил, что доминирующим видом отказа является разрушения опор скольжения. Установлен случайный характер разрушений втулок скольжения, концевых опор, стеллита на дорожках скольжения, разрыва уплотнительного кольца, разгерметизации опор и скола буртов лап.
В последние годы в зарубежном и отечественном машиностроении наметилась тенденция к увеличению эксплуатационных характеристик тяжело нагруженных изделий, в конструкциях которых используются многорядные опоры скольжения. В связи с этим перед технологами поставлена основная задача, совершенствовать технологию изготовления, с помощью которой уменьшить разброс эксплуатационных характеристик изделий.
Известно, что работоспособность формируется на всех этапах жизненного цикла изделий, включая механическую обработку, сборку, и эксплуатацию. В настоящее время цикл механообработки полностью сертифицирован и включает 100% входной и межоперационный контроль качества комплектующих деталей опор скольжения. Это гарантирует стабильные показатели качества деталей в заданных пределах. Цикл эксплуатации регламентируется режимами эксплуатации в пределах допустимых нагрузок. И только в цикле сборочного производства, существенно зависящего от случайных процессов, отсутствуют системные технологии поэтапной селекции распознавания состояний узловой и общей сборки изделий по динамическим свойствам подвижных соединений.
Предназначением технологии является обеспечение стабильности показателей качества опор скольжения, основанной на оценке особенности процессов узловой и общей сборки, которые проявляются при способе многоэтапной селекции. В связи с этим должна быть решена научная задача обеспечения стабильных статистических показателей качества опор скольжения для однотипных изделий. Решение этой задачи связано с разработкой научно обоснованных технологических методов сборки подвижных соединений. Если в процессе сборки учитывать индивидуальные динамические свойства подвижных соединений, то будет устранена основная причина нестабильного качества сборки многоопорных изделий.
До последнего времени мало работ посвященных технологии сборки тяжело нагруженных опор скольжения снижающих вероятность разброса динамических характеристик однотипных соединений. Поэтому исследования причин нестабильной сборки таких узлов и изделий, с целью уменьшения влияния случайных факторов, имеют научную и практическую значимость.
Работа выполнена в рамках тематического плана СамГТУ по заданию Федерального агентства по образованию на 2006 – 2009 гг. по теме «Разработка теоретических основ структурно упорядоченной сборки тяжелонагруженных изделий машиностроения» номер государственной регистрации НИР 01200606882.
Научная новизна:
1. Выявлены закономерности структуры динамических связей соединения втулки с цапфой, которая имеет пять различимых зон по критерию устойчивых положений паза втулки относительно каналов смазки гидромониторной опоры скольжения.
2. Определены параметры селекции, идентифицирующие динамические показатели индивидуальных свойств опор скольжения, по которым выполняют многоэтапную селекцию при сборке многоопорных изделий.
3. Разработаны модели и алгоритмы процесса селекции подвижных соединений и опор скольжения, раскрывающие статистические взаимодействия поверхностей контактируемых деталей и позволяющие структурировать процесс упорядоченной сборки.
Методы исследований:
Для достижения поставленной цели применяется аппарат теории вероятности, математической статистики и фильтрации случайных функций, а также используются методики распознавания образов и кластерного анализа.
Практическая ценность:
1. Реализована технология сборки для стабилизации качества опор скольжения на основе селекции индивидуальных свойств, проявляющихся в общих закономерностях взаимодействия деталей в подвижных соединениях.
2. Разработана и апробирована методика многоэтапной селекции узловой и общей сборки опор скольжения, которая привела к стабильности статистических параметров технологических процессов упорядоченной сборки многоопорных изделий с учетом механических и геометрических факторов.
3. Определено рациональное положение паза втулки по отношению к каналам смазки, обеспечивающее стабилизацию параметров герметизации при заполнении смазкой подвижных соединений опоры за счет равномерного распределения слоя смазки по периметру поверхностей взаимодействия.
4. Проведенные экспериментальные исследования опор скольжения позволили по значениям функций крутящего момента и температуры в опорах выполнить селекцию общей сборки опор скольжения при производстве многоопорных изделий, что на этапе эксплуатации повысит достоверность прогноза технического состояния долот.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Производственный процесс упорядоченной сборки опор скольжения, основанный на многоэтапной селекции с учетом свойств внутренней структуры подвижных соединений, стабилизирующий качество сборочного процесса на этапе герметизации.
2. Методика многоэтапной селекции по параметрическим оценкам стабильности случайных взаимодействий гидромеханической системы в момент ее комплектования на этапах узловой и общей сборки.
3. Физико-механическая модель индивидуальных свойств напряженно – деформированного состояния втулки в подвижном соединении, воспринимающей длительные циклические эксплуатационные нагрузки, позволяющая прогнозировать техническое состояние изделия от переменных технологических факторов процесса сборки.
4. Свойства внутренней структуры динамических связей втулки скольжения на разных участках взаимодействия паза втулки с поверхностью дорожки скольжения относительно каналов смазки на этапе герметизации, обеспечивающих условие стабильности граничного трения в соединении.
5. Конструкции устройств, предназначенные для многоэтапной селекции по оценкам статистических параметров качества соединений: на стадии узловой сборки опор скольжения и общей сборки многоопорных изделий.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на III международной научно – технической конференции «Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении» (Тюмень, 2005 г.), международной научно – технической конференции «Повышение качества продукции и эффективности производства» (г. Курган, 2006 г.), всероссийской научно – технической конференции – семинара «Научно – техническое творчество: проблемы и перспективы» (г. Сызрань, 2006 г.), научно – технической Интернет – конференции с международным участием «Высокие технологии в машиностроении» (г. Самара, 2006 г.), IV международной научно – технической конференции «Инновации в науке и образовании – 2006» (г. Калининград, 2006 г.), III международной научно – технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (г. Томск, 2006 г.).
В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на объединенном заседании кафедр «Технология машиностроения», «Автоматизация технологических процессов в машиностроении», «Автомобили и станочные комплексы», «Инструментальные системы и сервис автомобилей» и «Металловедение и порошковая металлургия», а также на Научно-техническом Совете ОАО «Волгабурмаш».
Личное участие автора. Лично автором разработана экспериментальная установка по селекции узловой сборки опор скольжения и апробирована методика по определению селективных признаков динамических взаимодействий деталей подвижных соединений. Установка для испытания секции долота модернизирована сотрудниками лаборатории ОАО «Волгабурмаш» и НТЦ «Надежность технологических, энергетических и транспортных машин» ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет». Автором самостоятельно разработана методика селекции на этапе общей сборки, выполненная на основе экспресс анализа технического состояния секций долота с применением данной установки. Лично автором разработана методическая программа для измерения реального профиля на сканирующей установке «Cyclone».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в числе которых 1 в ведущем рецензируемом издании и 1 учебное пособие.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 102 наименований и 7 приложений. Объем диссертации составляет 143 страницы, в работе имеется 105 рисунков, 29 таблиц и 97 страниц приложений.
