Введение к работе
Актуальность проблемы определяется недостаточной проработкой вопросов проектирования и изготовления плунжерных передач, вопросов разработки научно обоснованных рекомендаций по их использованию в машиностроении.
В условиях развития машиностроения и других смежных отраслей возрастает роль редукторостроения и производства приводов, без которых в настоящее время не может обойтись ни одна отрасль промышленности. Поэтому сегодня отрасль требует создания новых высокоэффективных редукторов, оснащенных механическими передачами. Одним из видов таких передач являются плунжерные передачи. Эти передачи могут преобразовывать вращательное движение между соосными валами и обеспечивать гарантированное самоторможение. В ряде случаев использование плунжерных передач с механическим волнообразователем в приводах машин помогает решить проблемы компоновки, что позволяет получить компактные редуцирующие узлы с высоким уровнем эксплуатационных и технико-экономических показателей. Использование передач с газомеханическим волнообразователем в составе приводов арматуры позволяет использовать для их работы потенциальную энергию транспортируемой среды без применения вторичных преобразователей, что способствует, в некоторых случаях, решению проблемы энергофикации систем управления объектами газонефтераспределения.
Основное внимание в работе уделено достижению важной цели, влияющей в итоге на качество отечественных приводных систем. Выводы и рекомендации по этому вопросу являются необходимыми для организации производства изделий, оснащенных плунжерной передачей при обеспечении высокого уровня их технологичности и качества.
Целью диссертационной работы является повышение качественных характеристик плунжерных передач, реализующих волновой и планетарный принцип преобразования движения, увеличение надежности их функционирования и уровня технологичности путем создания научных основ их проектирования, выбора эффективной и технологичной геометрии зацепления, разработки более точных методов оценки характеристик качества их зацепления.
Основными задачами, решенными для достижения поставленной цели, явились:
-
анализ области применения плунжерных передач и определение их места среди аналогов;
-
разработка принципиальных основ структурного и параметрического синтеза плунжерных механизмов;
-
разработка методов анализа и синтеза геометрии зацепления плунжерных передач;
-
исследование кинематики и кинетостатики плунжерного зацепления;
-
анализ нагруженного плунжерного зацепления;
-
разработка методов и средств экспериментальных исследований плунжерных передач, разработка, изготовление и испытание опытных и опытно-промышленных образцов, промышленное внедрение плунжерных редукторов.
Общая методика исследования. Теоретические исследования базируются на методах синтеза зубчатых зацеплений с использованием аналитических и численных методов решения систем линейных и нелинейных алгебраических, дифференциальных и интегральных уравнений.
Алгоритмы проектирования передачи и оценки качественных показателей реализованы в виде программных подсистем, интегрированных в единую систему автоматизированного проектирования.
Экспериментальные исследования базируются на использовании современного оборудования, в частности, ЭВМ с аналого-цифровыми преобразователями сигнала и средств измерительной техники в лабораторных условиях на специально разработанных установках. Регистрация данных и обработка результатов производится с помощью специально разработанного программного обеспечения.
Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций и достоверность результатов исследований подтверждается: применением методов анализа и синтеза плоских зубчатых зацеплений, проверкой теоретических положений диссертации на известных частных решениях и экспериментальным подтверждением основных положений работы.
Научная новизна работы заключается в том, что разработаны научные основы проектирования и создания новых перспективных видов плунжерных передач, в том числе:
-
разработана структура процесса проектирования плунжерных передач, позволяющая повысить производительность и качество проектирования и заключающаяся в (а) декомпозиции процесса проектирования на этапы, каждому из которых соответствуют определенные группы входных и оценочных параметров; (б) снижении размерности множества варьируемых параметров путем введения отношений функциональной зависимости; (в) итерационном подходе к проектированию, предполагающему возможность возврата на любой из этапов процесса проектирования;
-
впервые предложена классификация плунжерных передач, во-первых, определяющая их место среди аналогов, во-вторых, содержащая признаки, использование которых позволяет решить задачу синтеза новых разновидностей плунжерных передач, в том числе с новыми не только структурными, но и функциональными свойствами;
-
построены модели геометрии, кинематики и кинетостатики плунжерного зацепления, позволяющие осуществлять оценку его качественных показателей и строить на их основе инженерную методику проектирования передач этого типа;
-
выполнены аналитические, численные и экспериментальные исследования нагруженности плунжерных передач, результаты которых, во-первых, дают представление о распределении сил в плунжерном зацеплении, во-вторых, являются научной основой для построения метода оценки нагрузочной способности плунжерных передач;
-
на основании результатов выполненных исследований показана область рационального промышленного применения плунжерных передач, редукторов и газомеханических приводов на их основе.
Практическая ценность работы заключается в:
-
разработке конструкций приводов с плунжерной передачей и газомеханическим волнообразователем, нашедших применение в механизмах управления стендов испытания нефтегазового оборудования; приводов с механическим волнообразователем, нашедших применение в конструкции стенда обкатки двигателей;
-
разработке практических рекомендаций по выбору параметров и режимов работы привода с плунжерной передачей, оснащенной механическим или газомеханическим волнообразователем;
-
разработке алгоритма синтеза новых схем плунжерных передач;
-
создании системы автоматизированного проектирования и исследования плунжерных передач, включающей в себя подсистемы расчета геометрических параметров при заданном наборе оценочных показателей, а так же программы регистрации и обработки результатов экспериментальных исследований.
Реализация работы. На базе плунжерной передачи спроектированы и изготовлены редукторы и приводы общемашиностроительного применения: ПВР-1, ПВР-11, ПВР-2, ПВР-3, газогидравлические двигатели ПГД-1 и ПГД-2.
Опытно-промышленный образец ПГД-1 внедрен в качестве исполнительного механизма стенда испытания газонефтепроводной арматуры ФГУП ”Воткинский завод” (г. Воткинск). Плунжерный редуктор ПВР-2 нашел применение в модернизированном стенде испытания двигателей внутреннего сгорания ООО “Уралреммаш” (г. Ижевск). Технические предложения и рекомендации по эксплуатации плунжерных передач в составе приводов общемашиностроительного применения используются в проектно-конструкторской деятельности ООО ”Завод нефтегазового оборудования “Техновек”” (г. Воткинск).
Результаты исследований, разработанные методики проектирования и оценки качественных показателей плунжерных передач используются в учебном процессе в ГОУ ВПО “Ижевский государственный технический университет”.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждались: на Международной научно-технической конференции “Информационные технологии в инновационных проектах”, г. Ижевск, 2003 г.; на Международной научно-технической конференции ”Актуальные вопросы промышленности и прикладных наук”, г. Ульяновск, 2004 г.; на Международной научно-практической конференции “Технологическое обеспечение качества машин и приборов”, г. Пенза, 2008 г..; на Международной научно-технической конференции “Проблемы исследования и проектирования машин”, г. Пенза, 2008 г.; на VI выставке-сессии инновационных проектов ИжГТУ, г. Ижевск, 2008г.; на научно-технической конференции с международным участием “ Теория и практика зубчатых передач и редукторостроения ”, г. Ижевск, 2008 г.; на Международном симпозиуме "Intelligent Manufacturing & Automation: Focus on Next Generation of Intelligent Systems and Solutions", г. Трнава (Словацкая Республика), 2008 г.; на Окружной конференции молодых ученых “Наука и инновации XXI века”, г. Сургут, 2008 г.; на научно-практической конференции “Перспективы развития техники приводов трубопроводной арматуры”, г. Тула, 2009г.; на Международной конференции “Motion and Power Transmissions ”, г. Мацушима (Япония), 2009г.; на VIII Международной специализированной выставке “Нефть. Газ. Химия”, г. Ижевск, 2009г.; на I Окружном инновационном конвенте, г. Н.-Новгород, 2009г.; на II Всероссийском инновационном конвенте, г. С.-Петербург, 2009г.; на II Международном форуме молодых ученых “EQ-2010”, г. Ижевск, 2010г..
Публикации. По теме диссертации опубликовано 55 печатных работ, в том числе 6 патентов на изобретение и одна монография. Основное содержание диссертации освещено в 9 работах, опубликованных в ведущих рецензируемых журналах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, библиографического списка (219 наименований) и приложений.
