Введение к работе
Актуальность темы. Износ посадочных мест подшипников качения (ПК) — довольно распространенное явление в конструкциях машин.
Одной из основных причин нарушения посадки внутреннего кольца ПК является фреттинг-коррозия, борьбе с которой не уделяется достаточного внимания, что объясняется отсутствием научно обоснованных методов оценки влияния динамических процессов, протекающих в трибоконтакте узла трения, на развитие процесса износа. Другая не менее важная причина заключается в том, что фреттинг протекает в труднодоступных узлах: в соединениях с натягом, в резьбовых соединениях и т.д. Методов контроля технического состояния этих узлов в условиях фреттинг-коррозии не существует.
Наиболее остро эта проблема стоит при проведении дорожно^ строительных и геологоразведочных работ. В частности, в буровых установках, ПК которых работают в условиях высоких динамических нагрузок, нарушение посадки сопровождается ростом вибраций, что может привести к потере его работоспособности.
Учитывая, что затраты на ремонт подобного оборудования не ограничиваются стоимостью ПК и работ по его замене, а сопровождаются простоем дорогостоящего оборудования и нарушением точности бурения скважин (допускаемое отклонение от вертикали 30 см/100 м), вопрос повышения долговечности узлов трения, подверженных фреттинг-коррозии, является актуальным.
Цель работы — повышение долговечности динамически нагруженных ПК, работающих в условиях фреттинг-коррозии путем демпфирования вибраций полимерными покрытиями.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать методики расчета прочности клеевого демпфирующего
шва и расчета температуры в клеевом шве с учетом особенностей эксплуатации
ПК.
2. Разработать метод диагностирования процесса изнашивания
контактных поверхностей трибосистем при фреттинг-коррозии на основе
анализа амплитудно-фазо-частотных характеристик узла трения.
-
Методами моделирования и планирования эксперимента исследовать раздельное и совместное влияние давления, скорости и толщины клеевого слоя на интенсивность изнашивания и определить область значений толщины демпфирующего подслоя адгезива, в пределах которого обеспечивается.^ работоспособность данного узла трения. ' *"'
-
Установить основные закономерности развития процесса фреттинг-коррозии в функционально неподвижных соединениях рассматриваемого класса и предложить методы прогнозирования их остаточного ресурса.
4.
5. Провести промышленную оценку эффективности разработанного метода демпфирования вибрации в узлах трения буровой установки.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Установлены основные этапы развития процесса фреттинг-коррозии с учетом взаимосвязи динамических процессов, протекающих на фрикционном контакте и в механической системе, позволяющие сформулировать базу его текущего диагностирования.
-
Реализованы конструктивные мероприятия по снижению и устранению фретингообразования за . счет усиления диссипативной составляющей фрикционных связей (комплексного коэффициента трения) введением внешнего высокодемпфирующего слоя, образованного полимерными связями и структурой адгезива.
-
Разработана методика расчета на прочность клеевого шва между валом и кольцом ПК с учетом особенностей конструкции, нагружения и ' эксплуатационных режимов, определяющих температуру узла трения.
. 4- Обосновано использование амплитудно-фазово-частотных характеристик
(АФЧХ) в качестве идентификационных параметров для исследования
закономерностей энергетических преобразований, протекающих на
.фрикционном контакте в режиме фреттинг-коррозии, и влияние на эти
процессы внешних диссипативных связей.
5. Разработана физико-математическая модель процессов трения в режиме
фреттинг-коррозии, обеспечивающая адекватные динамические свойства
фрикционных контактов механических систем натуры и модели для
диагностики натурных систем в процессе эксплуатации.
6. Разработана методика оценки эксплуатационных характеристик
демпфирующего клеевого слоя для узлов трения, подверженных износу
фреттинг-коррозией.
Практическая ценность:
— Разработана методика прогнозирования и диагностики триботехнических
характеристик фрикционно-механических систем, эксплуатирующихся в
условиях фреттинга в закрытых узлах трения на основе анализа его АФЧХ.
- Определена область рациональной эксплуатации узлов трения с
демпфирующим слоем, подверженных фреттинг-коррозии, обеспечено
повышение износостойкости данного класса сопряжения на 25-30 %.
— Сформирован банк триботехнических, трибоспектральных и амплитудно-
фазо-частотных характеристик, давший возможность диагностировать
развитие фреттинг-коррозии в реальном узле трения.
- Для снижения влияния фреттинг-коррозии на износостойкость соединения
предложены технологии восстановления посадочных мест ПК при
различных стадиях фреттинг-коррозии (Положительное решение о выдаче
патента РФ № 2004117513).
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Физико-математическая модель процессов трения в режиме фреттинг-коррозии с учетом диссипативных связей, обеспечивающая адекватные динамические свойства фрикционных контактов трибосистем натуры и модели, применительно к буровой установке.
-
Выявленные закономерности механизма фрикционного взаимодействия в режиме фреттинг-коррозии с использованием в качестве идентификационных характеристик АФЧХ.
-
Методика диагностирования развития процесса фреттинг-коррозии в реальном узле трения при помощи анализа его АФЧХ и прогнозирование критического состояния поверхности узла трения по величине их износа.
Реализация работы. В целях проверки разработанных мероприятий по повышению долговечности работы ПК были проведены эксплуатационные испытания на буровой установке СКВ 4100. Данный ПК был установлен и испытывался в течение одного года на буровой установке, показав запланированное увеличение ресурса работы, что подтверждено актами эксплуатационных испытаний.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на международном конгрессе «Механика и трибология транспортных систем -2003» (Ростов-на-Дону, 2003), на Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт - 2006» (Ростов-на-Дону, 2006), научных семинарах кафедр «Детали механизмов и машин», «Транспортные машины и триботехника», «Теоретическая механика» РГУПСа.
Публикации. По результатам исследований, проведенных в диссертационной работе, опубликовано 10 научных работ, получено положительное решение о выдаче патента по заявке № 2004117513.
Структура и объем работы. Диссертации состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 162 страницах, списка литературы и приложения.
