WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Тяпин Сергей Витальевич

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ГИДРОСИСТЕМАХ ДЕРЕВОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

05.21.05 - Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Архангельск - 2012

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Брянская государственная инженернотехнологическая академия», государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Брянский государственный технический университет»

Научный консультант:

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Памфилов Евгений Анатольевич

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Про кофьев Геннадий Федорович, Северный (Арктический) федеральный университет Кандидат технических наук, доцент Юшков Александр Николаевич, Сыктывкарский филиал Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета

Ведущая организация: Государственное образовательное учрежде ние высшего профессионального образова ния «Московский государственный универ ситет леса»

Защита состоится 19 декабря 2012 г. в 10 часов, ауд.1.220 на заседании диссертационного совета Д 212.008.01 при Северном (Арктическом) Федеральном Университете (163002, г. Архангельск, набережная Северной Двины, 17)

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Северного (Арктического) Федерального Университета (САФУ).

Автореферат разослан « » 2012 г.

Ученый секретарь дис- сертационного Совета, А.Е. Земцовский к.т.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Для эффективного развития лесного комплекса важным является обеспечение высокой работоспособности используемой техники и достижение необходимых условий для осуществления высокопроизводительной заготовки и переработки древесины за счет повышения надежности используемых машин, которая во многом определяется уровнем работоспособности их гидравлических систем, в том числе многочисленных трубопроводных соединений.

Однако во многих случаях в сложных эксплуатационных условиях их работоспособность не может быть обеспечена, прежде всего, по причине нарушения герметичности соединений. Это чаще всего обусловлено повышенной способностью рабочих сред проникать через зазоры герметизирующих соединений, особенно в случае возникновения износа и деформации стыков.

Нарушение герметичности разъемных соединений является одной из наиболее распространенных причин отказов в работе деревоперерабатывающего оборудования, приводящих к потере рабочей жидкости, возникновению аварийных ситуаций и загрязнению окружающей среды, а также и существенным затратам на выполнение ремонта.

Поэтому проблема обоснования путей повышения надежности разъемных соединений гидроприводов деревоперерабатывающего оборудования путем применения более совершенных материалов и покрытий, усовершенствования конструкций соединений, оптимизации условий герметизации рабочих стыков, а также за счет решения вопросов технологического обеспечения указанных требований является актуальной.

Работа выполнялась в рамках научно-исследовательской темы «Исследование особых структурных эффектов в конструкционных материалах» (№ гос. регистрации 01201000368).

Цель и задачи работы. Целью работы является повышение работоспособности гидравлических систем деревоперерабатывающей техники на основе эффективного использования конструктивно-технологических методов обеспечения герметичности неподвижных разъемных соединений.

Основные задачи

настоящей диссертационной работы, решение которых обеспечивает достижение поставленной цели, сводятся к следующему:

1. Выполнить анализ эксплуатационных условий и обосновать пути повышения работоспособности разъемных неподвижных соединений гидроприводов деревоперерабатывающей техники за счет совершенствования конструкций соединительных элементов, рационального использования материалов и создания промежуточных слоев, обеспечивающих повышенную герметизацию стыков.

2. Предложить и научно обосновать конструктивно-технологические основы формирования благоприятного структурного состояния параметров герметизирующего контакта, шероховатости, волнистости и макрогеометрии поверхностей в конструкциях гидравлических соединений, обеспечивающие их высокую гидронепроницаемость и сопротивляемость изнашиванию при динамических и вибрационных воздействиях.

4 Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции.

3. Разработать методики исследований параметров герметизирующих соединеВыпуск 11. – Брянск: БГИТА, 2010. – С. 183.

ний в условиях, соответствующих условиям эксплуатации гидропривода деревопере10. Пилюшина, Г.А. Повышение надежности гидросистем дорожно - строительных машин и рабатывающей техники, предусматривающие оценку функциональных характериоборудования // Г.А. Пилюшина, С.В. Тяпин // Новые материалы и технологии в машиностик, в зависимости от конструктивно-технологических факторов формирования строении: Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференнеподвижного разъемного соединения.

ции. Выпуск 15. – Брянск: БГИТА, 2012 – С. 231-235.

4. Установить закономерности влияния конструктивных и технологических фак11. Тяпин, С.В. Повышение герметичности неподвижных разъемных соединений гидросисторов на состояние формируемых функциональных поверхностей неподвижных тем машин лесного комплекса и деревоперерабатывающего оборудования // С.В. Тяпин // разъемных соединений, на их структуру и эксплуатационные показатели. Выявить Новые материалы и технологии в машиностроении. Сборник научных трудов по итогам влияние свойств различных материалов и покрытий на контактную жесткость, международной научно-технической конференции. Выпуск 15. – Брянск: БГИТА, 2012. – С.

246-249.

триботехнические характеристики и герметичность трубопроводных соединений деревоперерабатывающей техники.

5. Выработать рекомендации по промышленному использованию предложенных решений и провести производственные испытания опытных образцов разъемных Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212.008.01 или выслать гидравлических соединений, на основании которых установить экономическую Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 163002, г.

эффективность их использования в гидросистемах деревоперерабатывающей техниАрхангельск, Набережная Северной Двины, 17, Северный (Арктический) Федеральный ки.

Университет, тел. (8182) 21-61-49, факс (8182) 28-76-14.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются неподвижные разъемные соединения трубопроводов силовых гидравлических систем деревоТяпин Сергей Витальевич перерабатывающего оборудования и способы повышения их работоспособности.

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Предметом исследования является изучение влияния конструктивноВ ГИДРОСИСТЕМАХ ДЕРЕВОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ технологических параметров состояния функционального контакта рабочих поверхностей деталей неподвижных герметизирующих соединений на работоспособность Автореферат диссертации на соискание ученой степени гидравлических систем деревоперерабатывающей техники и пути увеличения их кандидата технических наук надежности.

Подписано в печать 2012 г. формат 6080 1/16 бумага офсетная Методология выполнения работы. Методология заключается в использовании Офсетная печать Печ. л 1.0 Уч.-изд. л 1.0 Тираж 100 экз. заказ № комплексного подхода, включающего теоретический анализ и моделирование Издательство БГИТА, Лицензия ИД № 04185 от 16.03.2001 г.

Издательский центр БГИТА, 241037, г. Брянск, пр-т. Станке Димитрова, условий эксплуатации деталей неподвижных разъемных соединений; изучение структуры и триботехнических характеристик контактирующих поверхностей;

разработку методов определения свойств промежуточных слоев; выполнении совокупности экспериментальных исследований для оценки эксплуатационных свойств покрытий, создаваемых применительно к неподвижным разъемным соединениям гидроприводов деревоперерабатывающей техники.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработаны теоретические основы обеспечения работоспособности неподвижных разъемных соединений гидравлических систем деревоперерабатывающей техники, позволяющие повысить герметичность и износостойкость стыков соединительных элементов за счет формирования в контактной зоне поверхностей функциональных промежуточных слоев;

- разработаны теоретические основы выбора эффективных материалов и создания трансформирующихся покрытий в стыковых зонах герметизирующих деталей, позволяющих оптимизировать функциональные характеристики гидравлических соединений деревоперерабатывающей техники;

16 10. Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются при - обоснованы новые конструктивно-технологические способы создания защитноизучении дисциплин «Теория и конструкция машин и оборудование отрасли», герметизирующих промежуточных слоев и установлены режимы формирования «Конструктивно-технологическое обеспечение надежности оборудования лесного благоприятного уровня их эксплуатационных параметров;

комплекса», а также в курсовом и дипломном проектировании при подготовке - установлено влияние режимов нанесения покрытий и их аморфизирующей обинженеров по специальности 150405 «Машины и оборудование лесного комплекса» работки на герметизирующие и триботехнические параметры формируемых соединеи магистров по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование» в ний;

Брянской государственной инженерно-технологической академии. - выявлена положительная роль регулярных микрорельефов создаваемых на кон11. Значимость выполненных в рамках настоящей диссертационной работы тактирующих поверхностях в обеспечении герметичности соединений, установлены исследований для промышленности региона подтверждается выделением автору благоприятные значения параметров микрорельефа.

работы гранта Администрации Брянской области для завершения разработок. Теоретическая значимость работы заключается в разработке теоретических основ выбора покрытий для создания многофункциональных промежуточных слоев, По теме диссертации опубликованы следующие работы:

обеспечивающих повышение триботехнических и герметизирующих характеристик В ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК неподвижных разъемных соединений; в создании аналитических методов прогнозиМинобрнауки России:

рования работоспособности соединений; адаптации основных принципов инженерин1. Памфилов, Е.А. Обеспечение герметичности разъемных соединений гидравлических га поверхностей применительно к трубопроводным соединениям; в обосновании систем технологических машин/ Е.А. Памфилов, Г.А. Пилюшина, С.В. Тяпин// Известия путей минимизации изнашивания деталей соединения.

Самарского научного центра РАН.- 2011.-т. 13, №4(3) -С.1170-1172.

Практическая значимость работы заключается в создании и производствен2. Памфилов, Е.А. Обеспечение работоспособности соединений гидросистем технологических ном использовании усовершенствованных конструкций разъемных неподвижных машин//Е.А. Памфилов, Г.А. Пилюшина, П.Г. Пыриков, С.В. Тяпин// Системы. Методы.

Технологии. – Братск, 2012. - № 1(13). – С.33-38. гидравлических соединений для различных условий эксплуатации деревоперерабаты В статьях, материалах конференций вающей техники, обеспечивающих существенное повышение герметичности, износо3.Пилюшина, Г.А. Обеспечение герметичности гидравлических соедине- стойкости и виброустойчивости. Кроме того, существенное практическое значение ний // Г. А. Пилюшина, С.В. Тяпин // Актуальные проблемы лесного комплекса: Сборник имеют технологические рекомендации по созданию покрытий, позволяющих оптиминаучных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Часть 2 – зировать работоспособность неподвижных разъемных соединений.

Брянск: БГИТА, 2008. – С.35-39.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

4. Тяпин, С.В. К вопросу повышения работоспособности гидравлических соединений -теоретические принципы проектирования и изготовления герметизирующих нелесозаготовительного оборудования // С.В. Тяпин // Актуальные проблемы лесного комплекса:

подвижных соединений применительно к эксплуатационным условиям деревоперераСборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Часть батывающей техники;

2 – Брянск: БГИТА, 2008. – С. 171.

5. Пилюшина, Г.А.Состояние и пути повышения работоспособности гидропривода лесозаго- - закономерности формирования благоприятной структуры материалов и покрытовительных машин // Г.А. Пилюшина, С.В. Тяпин // Автотракторостроение – 2009. – Москва, тий на триботехнические характеристики функциональных промежуточных слоев МГТУ «МАМИ». 2009. – Книга 1. – С. 452-455.

неподвижных разъемных соединений деревоперерабатывающей техники;

6. Пилюшина, Г.А. Влияние условий формирования поверхностей материалов и покрытий на - закономерности изнашивания и предлагаемые пути его снижения в условиях функциональные характеристики и герметичность соединений // Г.А. Пилюшина, С.В.

вибрационного воздействия в неподвижных разъемных соединениях;

Тяпин // Новые материалы и технологии в машиностроении: Сборник научных трудов по - рекомендации по промышленному использованию рекомендуемых путей поитогам международной научно-технической конференции. Выпуск 11. – Брянск: БГИТА, вышения работоспособности разъемных неподвижных соединений в гидроприводах 2010.– С. 93-97.

деревоперерабатывающего оборудования.

7. Пилюшина, Г.А. Применение теории фракталов при моделировании функциональных Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается их сопосповерхностей неподвижных соединений // Г.А. Пилюшина, С.В. Тяпин // Новые материалы и технологии в машиностроении: Сборник научных трудов по итогам международной научно- тавимостью с известными теоретическими закономерностями и экспериментальными технической конференции. Выпуск 11. – Брянск: БГИТА, 2010. – С. 97-100.

данными, применением апробированных методик при проведении эксперименталь8. Тяпин, С.В. Оценка герметичности неподвижного разъемного соединения методом ных исследований, оценкой статистических характеристик полученных результатов, фрактального моделирования // С.В. Тяпин // Материалы Региональной научной конференции хорошей сходимостью теоретических выводов с результатами экспериментальных студентов и аспирантов «Достижения молодых ученых Брянской области»: посвящ. 80-летию исследований и промышленного опробования.

Брянского государственного технического университета. – Брянск: БГТУ, 2010. – С. 301.

Апробация результатов работы. Основные результаты исследований и разра9. Тяпин, С.В. Повышение работоспособности деталей неподвижных соединений технологиботок по теме диссертационной работы докладывались и обсуждались на междуначескими методами // С.В. Тяпин // Новые материалы и технологии в машиностроении.

родных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы лесного комплек6 са» и «Новые материалы и технологии в машиностроении», г. Брянск, 2008-2011 гг.; 2. Теоретически обоснована целесообразность создания функциональных промежуна Международном научном симпозиуме «Автотракторостроение-2009» г. Москва, точных слоев между сопрягаемыми деталями герметизирующего соединения, МГТУ «МАМИ», 2009 г.; на Региональной научной конференции студентов и формируемых в процессе технологической трансформации покрытий и обеспечиаспирантов «Достижения молодых ученых Брянской области» г. Брянск, БГТУ, 2010 вающих реализацию в объеме промежуточной среды процессов внутреннего трения.

г.; в полном объеме диссертация докладывалась на научных семинарах кафедр 3. Предложена и научно обоснована новая технологическая схема формирования «Оборудование лесного комплекса» и «Технология конструкционных материалов» герметизирующего неподвижного соединения, включающая нанесение Брянской государственной инженерно-технологической академии. газотермического покрытия на одну из деталей соединения, нанесение химического Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 11 на- покрытия на другую деталь и аморфизацию материала промежуточных слоев за счет учных работ. В работах, опубликованных в соавторстве [1,2,3,5,6,7,10] личное приработки функциональных поверхностей соединений, осуществляемой в химически участие автора заключается в выполнении теоретических и экспериментальных активной среде, состоящей из 90% глицерина и 10% ледяной уксусной кислоты, со исследований и анализе их результатов. В работах, где соискатель является единст- следующими режимами: возвратно-вращательное перемещение на 3-5 оборотов в венным автором [4, 8,9,11] сформулированы цель и задачи исследований, представ- каждую сторону, осциллирующее качательное движение с частотой 10-12 Гц на угол лен основной объем теоретического и экспериментального материала, приведенного в 3-5°, при приложении осевой нагрузки 20-30Н.

диссертации, рассмотрены перспективы использования полученных результатов для 4. При нанесении газотермических покрытий благоприятный уровень свойств по повышения работоспособности деревоперерабатывающего оборудования. показателям прочности сцепления покрытия с подложкой и стабильность его Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 161 структуры достигается при следующих технологических режимах: толщина странице, состоит из введения, 5 глав, основных выводов и рекомендаций, списка покрытия 8-10 мкм; расстояние от сопла технологической установки до использованной литературы и приложений. Работа содержит 40 рисунков, 4 таблицы, обрабатываемой поверхности 100 мм; температура струи 1050-1100°С и 142 наименования использованной литературы, в том числе 10 иностранных. температура подложки 400°С. При химическом нанесении покрытия на поверхность ниппеля наилучшее сочетание его свойств достигается при толщине 2-3 мкм, в случае Реализация результатов. Полученные результаты работы использованы в проосаждения медного слоя в электролите с температурой 60-80°С при изводственных условиях на ОАО «Дятьково ДОЗ». Расчетный экономический эффект продолжительности процесса 20-30 мин.

подтверждает эффективность использования усовершенствованных, в соответствии с 5. Установлено, что герметичность соединения в значительной степени определяется рекомендациями диссертационной работы, неподвижных разъемных соединений в контактной жесткостью стыков. При этом наибольшей податливостью отличаются гидросистемах деревоперерабатывающего оборудования.

стыки, промежуточным элементом в которых являются функциональные слои, Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются получаемые в результате преобразования газотермического и химического медного при чтении лекций и выполнении лабораторных работ по курсу «Теория и конструкпокрытий за счет приработки.

ция машин и оборудование отрасли», а также в курсовом и дипломном проектирова6. Использование метода ФАБО для создания защитно-герметизирующих слоев нии при подготовке инженеров по специальности 150405 «Машины и оборудование обеспечивает возможность повышения работоспособности функциональных стыков лесного комплекса» и магистров по направлению 150400 «Технологические машины неподвижных разъемных соединений, однако указанный процесс является более и оборудование» в Брянской государственной инженерно-технологической академии.

трудоемким по сравнению с газотермическим нанесением покрытий.

7. Экспериментально установлено, что нанесение на одну из контактирующих ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

поверхностей лабиринтного рельефа в форме винтового выступа, расположенного в зоне соприкосновения герметизирующих поверхностей, (шаг выступа 0,2-0,3 мм, Во введении дается краткая характеристика современного состояния вопроса, высота 20-30 мкм) позволяет повысить рабочее давление в гидравлических системах обоснование актуальности темы, изложены цель, задачи, научная новизна и практидеревоперерабатывающего оборудования на 10-12%.

ческая значимость работы. Сформулированы положения, выносимые на защиту.

8. Предложенная в работе схема формирования промежуточных защитноВ первой главе приведен анализ особенностей обеспечения герметичности разъгерметизирующих слоев может быть успешно реализована, как при изготовлении емных неподвижных соединений применительно к условиям эксплуатации гидроприновых конструкций неподвижных разъемных соединений, так и восстановлении вода деревоперерабатывающего оборудования. Выявлено, что отказы гидропривода работоспособности изношенных.

преимущественно наступают вследствие нарушения герметичности гидравлических 9. Использование усовершенствованных неподвижных разъемных соединений, соединений, вызванной чаще всего действием динамических нагрузок, наличием позволяет обеспечить повышение межремонтных периодов гидосистем принятых для вибраций, несоответствием состояния функциональных поверхностей, воздействуюиспытаний образцов техники не менее чем в 1,3-1,5 раза, что дает возможность щим на них эксплуатационным условиям.

получения годового экономического эффекта от их использования свыше 442 800 руб.

14 Использование усовершенствованных в соответствии с рекомендациями диссер- Вопросам изучения работы деревоперерабатывающего оборудования посвящены тационной работы неподвижных разъемных соединений в гидросистемах оборудова- труды В.А. Александрова, В.В. Амалицкого, К.Н. Баринова, И.К. Кучерова, Е.А.

ния лесного комплекса, в частности деревоперерабатывающего оборудования в ОАО Памфилова, Ф.В. Пошарникова, Г.Ф. Прокофьева, В.И. Санева, М.Н. Симонова и «Дятьково ДОЗ», позволило гарантированно обеспечить повышение межремонтных других ученых. Исследованиям работы гидропривода машин посвящены труды Д.Д.

периодов гидросистем принятых для испытаний образцов техники не менее чем в 1,3- Ерахтина, Н.И. Лебедева, Л.А. Кондакова, В.Ф. Кушляева, В.П. Тюкавина, Ф.П.

1,5 раза. Попова и других ученых.

Кроме того, использование предложенных гидравлических соединений позволя- В главе приводятся сведения о результатах исследований в области триботехниет уменьшить затраты на выполнение ремонтных работ и снизить потери времени из- ки и герметологии, которые базируются на основополагающих закономерностях за простоя оборудования в ремонте. Годовой экономический эффект от использова- контактного взаимодействия сопрягаемых поверхностей, глубоко рассмотренных в ния усовершенствованных неподвижных разъемных соединений в гидравлических фундаментальных работах В.М. Алексеева, Н.Б. Дёмкина, И.В. Крагельского, Н.М.

системах составит свыше 442 800 руб. Михина, В.В. Порошина, В.Д. Продана, Н. Патира, Э.В. Рыжова, М.В. Раздолина, А.Г. Суслова, В.П. Тихомирова, А.А. Туника, Т. Цукидзо, Ш.С. Чжена и других ученых.

В результате анализа установлено, что важнейшим фактором, обусловливающим герметичность контакта и минимизацию износа поверхностей стыка соединения, является создание благоприятных для данного фрикционного контакта погрешностей формы, волнистости и шероховатости, а также физико-химических свойств функциональных поверхностных слоев, составляющих герметизирующую систему.

Анализ моделей протекания рабочей жидкости в неподвижных соединениях гидросистем свидетельствуют о существенном влиянии, помимо эксплуатационных Рисунок 8 – Соединения насосной станции прессов ПР – 5 и ПР – 6.

параметров, рельефов сопрягаемых поверхностей, пористости функционального слоя, Это обусловило принятие решения об организации опытного производства усоналичия в нем дегерметизирующих капилляров и их направление в структуре вершенствованных деталей неподвижных разъемных соединений в рамках малого функционального слоя.

инновационного предприятия, создаваемого Брянской государственной инженерноВесьма перспективным для создания требуемого уровня герметичности разъемтехнологической академией с годовой программой не менее 10000 комплектов.

ных соединений гидросистем деревоперерабатывающей техники является обеспечеФинансирование работ по его созданию планируется осуществить за счет централиние благоприятной топографии контактирующих поверхностей, обладающих показазованной федеральной и региональной поддержки инновационных проектов. Создателями структурной приспособляемости к конкретным условиям эксплуатации. При ние такого предприятия позволит дополнительно получить 5-7 новых высокотехнолоэтом следует принимать во внимание действие вибраций, вызывающих фреттинггичных рабочих мест, а ожидаемый годовой экономический эффект его функционикоррозию на поверхностях герметизирующего стыка.

рования по предварительным расчетам превысит 5,5 млн. руб.

Поэтому существенное повышение их герметичности и износостойкости возРезультаты теоретических и экспериментальных исследований используются можно путем формирования на функциональных поверхностях благоприятного при изучении дисциплин «Теория и конструкция машин и оборудование отрасли», уровня шероховатости, волнистости, структурного и фазовых состояний путем «Конструктивно-технологическое обеспечение надежности оборудования лесного нанесения покрытий, способных к образованию аморфных или анизотропных комплекса», а также в курсовом и дипломном проектировании при подготовке структур поверхностных слоев, за счет направленного технологического воздействия.

инженеров по специальности 150405 «Машины и оборудование лесного комплекса» Во второй главе рассматриваются теоретические основы формирования благои магистров по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование» в приятной структуры и эксплуатационных свойств промежуточных защитноБрянской государственной инженерно-технологической академии.

герметизирующих слоев применительно к разъемным соединениям гидросистем ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ деревоперерабатывающего оборудования.

1. Установлено, что работоспособность неподвижных герметизирующих соединений К основным факторам, определяющим производственную технологичность расгидравлических систем деревоперерабатывающего оборудования в существенной сматриваемых конструкций и их последующую работоспособность, относятся степени определяется параметрами силового, скоростного и температурного величины создаваемых натягов, давления, действующие на контактных площадках воздействия, физико-химическими характеристиками материалов соединяемых соединяемых поверхностей, проявляющихся, как в процессе сборки, так и при деталей, особенностями их фрикционного контактирования, а также погрешностями последующей эксплуатации. Немаловажное значение имеет коэффициент трения, формы, волнистостью и шероховатостью сопрягаемых поверхностей.

реализующийся на площадках фрикционного контакта сопрягаемых поверхностей, 8 поскольку рассматриваемые соединения представляют собой особый вид трибосоп- большинстве образцов рассматри-ваемой ряжений, для которых характерны высокие удельные нагрузки, малые скорости и техники, утечки рабочей жидко-сти не перемещения, в которых на фрикционном контакте протекают весьма сложные наблюдается.

процессы и явления, приводящие к отказам.

В то же время в соединениях, неподвижность которых достигается за счет дейст- вия сил трения, определяемых величиной создаваемого натяга, наряду с формируе- мой площадью фактического контакта сопрягаемых поверхностей необходимо достижение максимального значения коэффициента трения, чтобы при возможном В то же время при испытании серийных образцов происходит ее утечка практисдвиге одной детали по отношению к другой обеспечивалась необходимая прочность чески по всему периметру контактной зоны.

неподвижных соединений. Для оценки уровня сопротивляемости герметизирующих стыков микроразрушеВ процессе формирования соединения деталей также происходит сглаживание нию, проявляющемуся в виде фреттинг-износа, проводились их сравнительные шероховатостей, что приводит к уменьшению создаваемого натяга, однако величина испытания на износ. Полученные результаты представлены на рисунке 7.

натяга увеличивается при наличии защитно-герметизирующего покрытия. Поэтому при определении требуемого натяга в известные расчетные модели следует вносить соответствующие поправочные коэффициенты.

Особо следует учитывать возможность образования в процессе обработки соеди- няемых деталей в их функциональных поверхностных слоях пустот, микротрещин, структурных неоднородностей. Эти дефекты оказывают влияние на показатели контактного взаимодействия поверхностей, герметичность образуемого стыка и износостойкость сопрягаемых поверхностей при их относительных микроперемеще- ниях.

Для получения работоспособной структуры промежуточного слоя недостаточно 1 - серийный вариант (сталь 35 - сталь 35). 2 - газотермическое покрытие на стали 35 – химическое покрытие перераспределения объема материала сопрягаемых поверхностных слоев, поэтому на стали 35, 3 - покрытие ФАБО на стали 35 - покрытие ФАБО на стали 35, 4 - изношенные серийные образцелесообразно ведение в зону контакта дополнительного объема восстанавливающего цы с газотермическим и химическим покрытиями Рисунок 7- Показатели износостойкости рабочих поверхностей деталей неподвижных материала, обладающего повышенной пластичностью и позволяющего заполнить разъемных соединений места протекания рабочих сред.

Объем вводимого материала определяется объемом пустот, образующихся при Как видно из приведенных экспериментальных данных, образцы, как изготовконтактировании функциональных поверхностей, вследствие их геометрических ленные вновь, так и восстановленные с использованием предлагаемой нами технолопогрешностей – шероховатости, волнистости и отклонений формы. При гической схемы, по показателям износостойкости превышают работоспособность контактировании поверхностей, имеющих в поперечном сечении формы окружности серийных образцов неподвижных разъемных соединений более чем в четыре раза.

и овала, объем зазора между ними может быть определен по следующей зависимости В пятой главе представлены результаты промышленного опробования предложенных в настоящей работе технологических рекомендаций. Испытаниям подвергал d12 d2 m a, Vз ся комплект образцов, включающий штуцер с нанесенным газотермическим покры тием и ниппель со слоем меди, полученным путем химического осаждения. Соединения были подвергнуты аморфизирующей технологической приработке.

(1) Производственные испытания были проведены в условиях ОАО «Дятьково где d1 - диаметр охватываемой или охватывающей деталей соединения не ДОЗ». Образцы были установлены в насосной станции управляющей работой прессов имеющих погрешностей, d2- размер наибольшей оси овальной формы ПР – 5 и ПР – 6 для холодного и горячего прессования древесно-стружечных плит контактирующей детали, m – пористость, а – ширина контакта соединения.

при рабочем давлении 20 МПа. На рисунке 8 показаны соединения напорной и Ширину контакта соединения можно определить из контактной задачи Герца о управляющей гидролинии.

внедрении жесткой сферы в пластическое полупространство по формуле Исследуемые образцы были также установлены на линии ламинирования a d (d h)2 d h «RAUMA REPOLA» (Финляндия) на напорных и управляющих гидроприводах с 2 2 (2) рабочим давлением до 20 МПа.

Пористость может быть определена на основе фрактальных представлений:

12 ваемой поверхности, температура и дисперсность пульверизированных частиц,, температура подложки, время нанесения покрытия.

(3) где l0 – средний размер пор, l – характерная длина в направлении течения, D – Некоторые закономерности параметров структуры, являющейся элементами обфрактальная размерность профиля зазора (1< D < 2).

разующихся при последующей приработке промежуточных слоев в зоне контакта С учетом выражений (2) и (3) формула (1) принимает следующий вид:

деталей, в зависимости от условий их нанесения, приведены на рисунках 4 и 5.

2 2 D На основании полученных данных были предложены благоприятные режимы l d12 d2 Vз d2 h (4) нанесения рассматриваемых покрытий.

4 l При оценке прочности сцепления химического покрытия с подложкой было усМатериал для заполнения дегерметизирующих промежутков должен быть тановлено, что прочность сцепления уменьшается с увеличением толщины покрытия пластичным, чтобы иметь возможность перераспределяться в пределах и практически не зависит от температуры электролита.

образовавшегося зазора и обладать структурной приспосабливаемостью, Таким образом, было показано, позволяющей противодействовать проявлению фреттинг-коррозии. Кроме того, он что управляя режимами нанесения должен обладать способностью образовывать в контакте защитную пленку толщиной покрытий, можно эффективно возот 2 мкм до 50 мкм с аморфизированной структурой. Такими свойствами обладает действовать на их свойства.

медь и большинство ее сплавов.

Учитывая, что структурное соВажнейшим фактором является возможность достижения прочного сцепления стояние и физико-химические свойграничных слоев материала покрытия с материалом поверхности детали, на которую ства материала формируемых прооно наносится, при одновременном обеспечении аморфного состояния внутренних межуточных слоев являются основслоев покрытия, в которых в процессе эксплуатации реализуется явление внутреннего ными факторами определяющими трения.

а - 20°С, б - 60°С, в - 80°С работоспособность, то технологичеИсходя из вышесказанного, было предложено на одну из контактирующих Рисунок 5- Зависимости толщины химического поскую приработку неподвижных поверхностей наносить химическое покрытие толщиной 2-4 мкм, на другую- крытия от времени его осаждения при различных разъемных соединений можно считемпературах газотермическое покрытие толщиной 8-10 мкм, а затем выполнить аморфизирующую тать наиболее ответственной операприработку трибосоединения с последующим созданием благоприятного уровня цией, в процессе которой окончательно формируются функциональные показатели параметров шероховатости контактирующих поверхностей.

герметизирующего узла.

В результате достигается высокая степень сцепления материала промежуточного Также установлено, что работоспособность функциональных промежуточных слоя с рабочими поверхностями соединения, при этом относительные микро- слоев в значительной степени определяется контактной жесткостью. Зависимости перемещения реализуются внутри создаваемого слоя, обеспечивая тем самым осевой деформации сферо-конических стыков от прилагаемой нагрузки приведены на высокий уровень герметичности и износостойкости неподвижных разъемных соедирисунке 6. Как видно наибольшая податливость стыков наблюдается при использованений.

нии следующих сочетаний функциональных покрытий: газотермическое покрытие – В третьей главе представлены методики исследования влияния условий выполхимическое покрытие и покрытие ФАБО на обеих контактирующих деталях.

нения операций формирующей и упрочняющей обработки контактирующих поверхВ главе также приводятся возможностей неподвижных стыков на показатели гидравлической проницаемости функционости использования предложенных спональных контактных слоев зоны соприкосновения деталей соединений (штуцеров и собов для восстановления изношенных ниппелей) и их сопротивляемость поверхностному разрушению при действии соединений. Для этого исследуемые вибраций и динамических нагрузок.

покрытия наносились на изношенные Для формирования герметизирующего промежуточного слоя использовались детали герметизирующего соединения:

различные способы нанесения покрытий на детали образующие соединение. Для штуцер и ниппель.

создания покрытия на охватывающей детали был принят способ проволочного По результатам исследований устагазопламенного напыления, на охватываемой детали - метод химического осаждения новлено, что при приложении выбранного материала. В качестве материала для выполнения газопламенного эквива-лентного давления в Рисунок 6 - Зависимости контактной деформанапыления использовалась проволока, изготовленная из алюминия или меди.

ции сферо-конического стыка от величины осегидравлической системе, равного Создание газоплазменного покрытия осуществлялось на установке модели Sulzer вой нагрузки: а) сталь 35-сталь35; б) газотермиМПа, что в 2 раза превышает ческое покрытие на стали 35- химическое по- Metco (Швейцария). Принципиальная схема работы и общий вид представлены на номинальное рабочее давле-ние в крытие на стали 35; в) покрытие ФАБО на стали рисунке 1.

35 -химическое покрытие на стали 35; г) покрытие ФАБО на стали 35 -покрытие ФАБО на ста- б) ли 10 а) принципиальная схема работы, б) общий вид технологического блока нанесения покрытия После этого выполнялся микроанализ состояния поверхностных слоев с помоРисунок 1 - Установка Sulzer Metco щью компьютерной системы «LEICA DMIRM». Пример анализа поверхностного слоя Химическое осаждение медного покрытия на охватываемую деталь осуществляобразца, полученный с ее помощью представлен на рисунке 3.

лось в растворе следующего состава (г/л): сернокислая медь – 10; серная кислота – Для оценки влияния условий нанесения покрытий на деформативность контак10. Оценка макро и микрорельефа поверхностного слоя осуществлялось по параметтирующих поверхностей соединения проводились исследования контактной жесткорам шероховатости, волнистости и отклонений от круглости. Для этого использовасти стыков, воспроизводящих контакт штуцера и ниппеля реального соединения.

лась система, структура и отдельные элементы которой представлены на рисунке 2.

а) б) а) в) б) а) микрофотографии поверхности; б) профили и гистограммы яркости Рисунок 3 – Показатели оценки состояния поверхностного слоя При исследовании герметичности соединений осуществлялась оценка влияния контактной жесткости функционального стыка образцов на величину утечек рабочей среды через стыковую зону.

В четвертой главе представлены закономерности формирования промежуточных слоев, их толщины, структурного состояния, физико-химических характеристик, микрогеометрии поверхностей в зависимости от режимов нанесения покрытий, свойств наносимых материалов, условий выполнения аморфизирующей приработки и показателей регулярной герметизирующей шероховатости поверхностей.

Кроме того представлено влияние эксплуатационных условий на герметичность формируемых соединений и а) блок измерений отклонений от круглости функциональных поверхностей образцов; б) блок измерения шероховатости; в) схема выполнения и оценки измерений системы сопротивляемость поверхностному Рисунок 2 - Измерительно-информационная система компьютерного мониторинга геометрических разрушению деталей составляющих параметров качества поверхностного слоя (ПКПС) соединения, установлены Одновременно проводилось исследование трансформации структуры и микровозможности использования рельефа исследуемых поверхностей в процессе их совместной приработки с внесенипредлагаемых способов повышения ем в контактную зону среды, состоящей на 90% из глицерина и на 10% из уксусной герметичности как при сборке вновь ледяной кислоты. Приработка проводилась при реверсивном относительном вращаизготовляемых деталей, так и тельном движении контактирующих деталей и прилагаемой осевой нагрузке на восстановленных после отказа.

соединение, равной 30Н в течении 10-15 мин. При этом для увеличения ширины Результаты исследований спософормируемого контактного пояска дополнительно задавалось осцилирующие угловое бов повышения работоспособности перемещение ниппеля на величину 2-5 градусов.

соединений показали, что наибольшее После завершения приработки на сформированной поверхности методом поРасстояние от сопла до обрабатываемой поверхновлияние на физико-химическое верхностной пластической деформации создавалась регулярная шероховатость, сти: а - 100 мм, б - 150 мм свойства слоя, наносимого газотермиРисунок 4- Зависимости средних размеров зерен позволяющая обеспечить получение в контактной зоне в процессе сборки тупиковых ческим способом, его толщину и газотермического покрытия от температуры струи капилляров, способствующих повышению герметичности стыков.

структуру оказывают режимы обработки: расстояние от сопла распыляющей технологической установки до обрабаты




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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.