WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

На правахрукописи

АИСТОВ ИгорьПетрович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА

ШЕСТЕРЕННЫХ НАСОСОВГИДРОТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ

Специальность05.02.02 Машиноведение, системыприводов

и детали машин

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соисканиеученой степени

доктора техническихнаук

Братск – 2009

Работа выполнена на ОАО«ОМСКАГРЕГАТ» (г. Омск)

и в Омскомгосударственном техническомуниверситете

Научныйконсультант: доктор технических наук,профессор

Штриплинг Лев Оттович

Официальныеоппоненты: Заслуженный деятель наукиРФ,

доктор техническихнаук, профессор

Беляев АрнольдЕфроимович

доктор техническихнаук, профессор

Каверзин СергейВикторович

доктор техническихнаук, профессор

Огар Петр Михайлович

Ведущаяорганизация: ГОУ ВПО «Сибирский государственный

аэрокосмическийуниверситет»

им. М.Ф. Решетнева, г.Красноярск.

Защита состоится «25»июня 2009 г. в ___00часов на заседании диссертационногосовета Д 212.018.02 в Братском государственномуниверситете по адресу: г. Братск, ул.Макаренко 40, ауд. _____.

С диссертацией можноознакомиться в библиотеке Братскогогосударственного университета.

Отзывы на автореферат вдвух экземплярах, заверенные печатьюорганизации, просим направлять по адресу:665709, Российская Федерация, Иркутскаяобласть, г. Братск, ул. Макаренко 40, Братскийгосударственный университет (БрГУ),диссертационный совет Д 212.018.02, ученомусекретарю (тел./факс 8-(3953)-33-20-08).

Автореферат разослан«___» ___________ 2009 г.

Ученый секретарьдиссертационного

совета Д 212.018.02, к.т.н.,доцент И.М.Ефремов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ

Актуальность проблемы.В настоящее время методырасчета нагруженного состояния деталей иузлов различного назначения разработаныдостаточно глубоко и подкреплены широкойноменклатурой нормативно-техническойдокументации, в том числе: ГОСТами,отраслевыми стандартами, методиками, и т.д.,позволяющие устанавливать необходимыйсрок службы для большинства агрегатов имеханизмов, содержащие типовые деталимашин: валы, шестерни,подшипниковыеопоры, узлы трения и т.д.

Однако практика эксплуатации отдельныхагрегатов, например, шестеренных насосовавиационного назначения, показывает, чтосуществующие методы расчетов необеспечивают расчетную долговечностьсоставляющих деталей и вынуждаетустанавливать назначенный ресурс насосав 3-4 раза ниже возможной величины, приэтом разброс наработки до отказа достигаетдо 8–10 раз.Принимая, что для шестеренных насосовгидротопливных систем характерны:отлаженная технология изготовлениясоставляющих деталей, когда ихпоэлементный контроль удовлетворяютнеобходимым требованиям; приемо-сдаточныеиспытания в собранном виде показываетсоответствие выходным паспортнымхарактеристикам; они эксплуатируются всопоставимых условиях; – тогда, основнойпричиной преждевременных отказов являетсяфактическое нагруженное состояние деталеймашин насоса, которое, главным образом,зависит от особенностей конструкции,условий работы и реального взаимногоположения составляющих насос деталей всобранном виде, т.е. сочетания ихпогрешностей изготовления и монтажа.Причем, варианты сборок насосов, имеющиепредпосылки преждевременных отказов, какправило, успешно проходят приемо-сдаточныеиспытания. Следовательно, установлениепричин появления нагрузок, приводящие кпреждевременному выходу из строяшестеренных насосов, и разработка системыконтроля и диагностики агрегатов на стадиипроизводства, позволяющая выявлятьварианты сборок, имеющие предпосылкипреждевременных отказов, являются актуальными задачами.

В связи свышеизложенным, научнойпроблемой, требующей своегоразрешения,является установление причин появлениянагрузок, не закладываемые в существующиеметодики расчетов, на деталишестеренных насосов с учетомособенностейих конструкции, условий работыи погрешностей их изготовления имонтажа.

Цельюнастоящего исследованияявляется повышение достоверности расчетов нагруженногосостояния деталей и узлов шестеренныхнасосов с учетом их фактического взаимногоположения в собранном виде, особенностейконструкции и условий работы насоса, атакже разработка системы контроля идиагностики текущего состояния шестеренныхнасосов гидротопливныхсистем на стадии производства,позволяющая выявлять варианты сборок,имеющие предпосылки преждевременных отказов.

Задачами исследованияявляются:

1) Выявитьзакономерности, влияющие на фактическоевзаимное положение деталей и узловшестеренных насосов в собранномвиде.

2) Выявитьзакономерности силового взаимодействиядеталей и узлов шестеренных насосов сучетом их фактического положения всобранном виде.

3) Выявить влияниеособенностей конструкции и условий работышестеренных насосов на нагруженноесостояние его деталей и узлов.

4) Провести анализвлияния фактического нагруженногосостояния составляющих деталей и узловшестеренных насосов на их ресурс.

5) Экспериментальноподтвердить основные теоретическиеположения, представленные в работе.

6) Разработатьсистему контроля и диагностики шестеренных насосовна стадии производства,позволяющая выявлять варианты их сборок,имеющие предпосылки преждевременных отказов.

В качестве объекта исследованиярассматриваются шестеренныенасосы системытопливопитания авиационныхдвигателей.

Методыисследования. Теоретическаячасть работы базируется на применениивекторно-вероятностных методовпредставления погрешностей изготовления имонтажа деталей машин, теориивероятностей, теории упругости, теорииколебаний, теории надежности, трибологииии методах математическогомоделирования. В экспериментальнойчасти работы использовались методыкинематометрирования, виброметрии,спектрального анализа, теориипланирования эксперимента и обработкиэкспериментальных данных.

Достоверностьрезультатов. Достоверностьполученных в работе результатов обусловленакорректным использованиемфундаментальных положений математики и механики,подтверждена удовлетворительным совпадением результатов теоретическихисследований с экспериментальнымиданными.

Основные положения, выносимые назащиту:

1) Математические модели,описывающие закономерности взаимногоположения деталей и узлов и их влияние насиловое взаимодействие в шестеренныхнасосах гидротопливных систем.

2) Диагностическаямодель технического состояния шестеренныхнасосов, учитывающая особенности егоконструкции и работы.

3) Комплексэкспериментальных методов и исследований,обеспечивающих оценку текущеготехнического состояния шестеренныхнасосов на основе метода виброметриикорпуса и метода контроля потребляемоймощности приводного электродвигателяиспытуемых агрегатов.

4) Алгоритм формированияназначенного ресурса агрегатов на примерешестеренных насосов систем топливопитанияавиационных двигателей.

Научная новизна работы заключается:

1. На основедетерминированного и вероятностногоподходов, выявлены закономерностивзаимного положения и силовоговзаимодействия деталей и узлов шестеренных насосов авиационного назначения, которые позволили оценить ихфактическое нагруженное состояние всобранном виде.

2. Предложен общийалгоритм оценки фактическогонагруженного состояния деталейшестеренных насосов с учетом погрешностейизготовления и реального взаимногоположения в собранном виде,который позволяет целенаправленно подойти кформированию для них назначенного ресурса.

3. Проведентеоретический анализ работыцилиндрической зубчатой передачи прикоэффициенте перекрытия менее единицы,который позволил предварительноколичественно оценить нагрузки на зубьяшестерен насоса для конкретных вариантовсборок шестеренных насосов.

4. Проведен анализусловий работы и оценка долговечности парытрения "торцы зубьев шестерен – подпятник" сучетом фактического взаимного положенияосновных деталей и узлов шестеренныхнасосов авиационного назначения, которыйпозволил количественно оценить увеличениемомента сил трения в паре трения «торцызубьев шестерен – подпятник» и интенсивность еёизноса.

5. Выявлены сочетаниявариантов сборок и режимов работышестеренного насоса, при которых работаразгрузочных канавок становится неэффективной, и проведенаколичественная оценка увеличениярадиальной нагрузки наподшипниковыеопоры насоса.

6.Разработана диагностическая модельтехнического состояния шестеренных насосов, котораяотражает условия появления у них основныхотказов, и позволяющая учитывать погрешностиизготовления, монтажа и фактического взаимногоположения деталей в собранном виде, а такжеусловия работы шестеренных насосов при различныхрежимах.

7. Обоснованы основныепринципы формирования ресурса агрегатов,которые позволили увеличитьназначенный ресурс шестеренногонасоса, на примере насоса системытопливопитания авиационногодвигателя.

Практическая значимостьработы состоит в том, что:предложены основные принципы и методырасчета нагруженного состояния деталей иузлов шестеренных насосов с учетомпогрешностей их изготовления и реальноговзаимного положения в собранном виде;предложен алгоритм анализа нагруженногосостояния шестеренных насосов с учетомвзаимного положения составляющих ихдеталей и узлов в собранном виде, которыйпозволяет целенаправленно подойти кформированию для них назначенного ресурса;теоретические и экспериментальныеисследования легли в основу системыконтроля и диагностирования шестеренныхнасосов авиационного назначения, чтопозволило повысить его назначенный ресурс;результаты работы прошли апробацию ивнедрены на ОАО «Омскагрегат» (г. Омск) имогут быть рекомендованы для внедрения назаводах–изготовителях шестеренных насосовво всем диапазоне их типоразмеров иназначения в различных отрасляхмашиностроения.

Работа выполнялась всоответствии с аналитическойведомственной целевой программы «Развитиенаучного потенциала высшей школы (2006-2008года) Федерального агентства пообразованию Министерства образования инауки Российской федерации.

Апробацияработы. Основные положения работыдокладывались на международных ироссийских конференциях: «Проблемымеханики современных машин», Улан-Удэ,2000; «Динамика машин и рабочих процессов»,Челябинск, 2002; «Динамика систем, механизмов и машин»,Омск, 2002; «Дорожно-транспортный комплекс,экономика, экология, строительство иархитектура», Омск, 2003; «Развитие оборонно-промышленного комплекса насовременном этапе», Омск, 2003;«Дорожно-транспортный комплекс, экономика,экология, строительство и архитектура», Омск, 2003;«Проблемымеханики современных машин», Улан-Удэ, 2003;«Управление качеством: теория,методология, практика», Саранск, 2004;«Динамикасистем, механизмов и машин», Омск, 2004;«Проблемы механики современных машин», Улан-Удэ, 2006: «Автоматизация ипрогрессивные технологии»,Новоуральск,2007: «Сильные инженерныешколы –технологический прорывСибири», Омск, 2008; на Научном семинаре потрению и износу им. М.М. Хрущева Института машиноведенияРАН им. А.А. Благонравова, Москва, 2009.

По теме диссертацииопубликовано 27 работы, в том числе 11публикаций в изданиях, рекомендованных ВАКдля докторских диссертаций.

Структура и объемработы. Диссертация состоитиз введения, 6 глав, перечня основныхрезультатов и общих выводов, приложения,списка литературы из 194 наименования.Работа изложена на 284 страницахмашинописного текста, включая 83 рисунка и 23таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы,изложена цель и задачи исследований, данаобщая характеристика работы, приводятсянаучная новизна полученных результатов ипрактическая значимость выполненнойработы, выделены положения, выносимые назащиту.

В первой главе на основе анализа опубликованныхработ, отмечается что дляоценки нагруженного состояния деталей иузлов, входящих в состав агрегатов, восновном используют традиционные методырасчетов в детерминированной постановке. Однако, втрадиционных методах расчета, какправило, вявном виде не учитываются возможныеразбросы расчетных параметров, которыйвсегда имеют место и носят вероятностныйхарактер. Для этого, с цельюучета разброса расчетныхпараметров, оценкунагруженного состояния деталей и узловагрегатов часто проводят с помощьювероятностного подхода. Также отмечаетсячто, практика эксплуатации авиационныхагрегатов показывает, что некоторая их часть не вырабатываетсвой назначенный ресурс работы из-запреждевременных отказов составляющих егодеталей и узлов. В качестве примера, выбраншестеренный насос системы топливопитанияавиационных двигателей (агрегаты 760Б и 4001), который представляет собой прямозубуюзубчатую передачу с внешним зацеплением:число зубьев ведущей иведомой шестерен z1= z2 = 8; модуль m = 3,5 мм; номинальноемежосевоерасстояниеaw = 31,5 мм. Агрегатобеспечивает подачу топлива спроизводительностьюQт = 2200 л/час привыходном давлении рн = 6 МПа и скоростивращения привода n = 5000 об/мин. Рабочая жидкость– керосин ТС-1(ГОСТ 10227–86).

В главе проведен анализопубликованных работ – выявлено общеесостояние вопросов изготовления и сборкишестеренных насосов; рассмотреныобщепринятые прочностные расчеты деталейи узлов насоса; проведен анализсуществующих исследований, направленныхна повышение надежности шестеренныхнасосов, используемых в гидромеханическихсистемах различного назначения. Показано,что существующие методики прочностныхрасчетов деталей шестеренных насосов, немогут объяснить причины ихпреждевременных отказов. Приведена статистикаи анализ отказов рассматриваемыхагрегатов, возвращенных для ремонта назаводе-изготовителе, общий выпуск которыхза период с 1970 по 2005 гг. составил более 30тысяч штук. Общее количество агрегатов, длякоторыхв главе былпроведен анализ на предмет их отказов составилооколо полутора тысяч штук, что составляетпримерно 5-6 % от их общего количества.

В результате, былиобозначены основные причины, или, назовемих критические параметрыПi, при которыхпроизошел отказ агрегата по конкретномуi-тому критерию(см. таблицу). В нашем случае, это: износ зубьев шестерен насосавследствие раскрытия контакта их рабочихповерхностей (критический параметр П1, рис. 1); износподпятника в паре трения «торцы зубьяшестерен –подпятник» (критический параметр П2, рис. 2); износ опорных поверхностейшестерен и подшипниковых опор (критический параметр П3, рис. 3); срез илипотеря прочности вала ведущей шестерни (критическийпараметр П4,рис. 4).

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»