Повышение износостойкости деталей торцовых пар трения битумных шестеренных насосов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.04, кандидат технических наук Шалыгин, Михаил Геннадьевич

• Шалыгин, Михаил Геннадьевич
• кандидат технических наук
• 2010

Заключение диссертации по теме «Трение и износ в машинах», Шалыгин, Михаил Геннадьевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основе проведения теоретических и экспериментальных исследований в диссертации решена актуальная задача повышения износостойкости деталей торцовых пар трения шестеренных насосов перекачивающих битумы, содержащих абразивные частицы. Эта задача имеет существенное значение для трибологии, а также для повышения производительности и долговечности битумных насосов, что подтверждается следующими результатами и выводами:

1. Предложена модель абразивного изнашивания, базирующаяся на физической природе процесса и учитывающая образование дефектной структуры приповерхностного слоя канавки, пропахиваемой абразивными частицами.

2. Получено уравнение интенсивности изнашивания трущихся поверхностей деталей шестеренного насоса, износ которых влияет на величину торцового зазора. Установлено, что интенсивность изнашивания нелинейно зависит от коэффициента трения, размера абразивных частиц и твердости изнашиваемого материала.

3. Как показывают результаты регрессионного и корреляционного анализа, интенсивность изнашивания торцовых поверхностей трения шестерен и вставок битумных шестеренных насосов зависит от их твердости, при этом данные торцовые поверхности изнашиваются независимо друг от друга, поскольку в начале эксплуатации и в процессе работы насоса они разделены слоем перекачиваемой жидкости, содержащей абразивные частицы, что позволяет с новых позиций подойти к выбору материала трущихся деталей.

4. На основе сравнения средних величин износа установлено, что в качестве материала вставок целесообразно использовать сталь 45 или чугун А-ВПЧ-ХНММ с последующей термической обработкой (HRC 40.45). При этом величина суммарного износа пар трения «шестерня из стали 45» (HRC 40.45) - вставка из стали 45 или чугуна А-ВПЧ-ХНММ в 1,78 раза меньше, чем у пар трения, у которых вставки изготовляются из чугуна СЧ20.

5. Разработан испытательный стенд, моделирующий работу битумных шестеренных насосов в условиях эксплуатации и позволяющий проводить испытания натурных образцов шестерен и вставок на изнашивание в жидкой среде, содержащей абразивные частицы.

6. Выявлены зависимости, позволяющие оценить влияние размеров торцового зазора на производительность шестеренного насоса, а также

119 определить величину максимально допустимого торцового зазора и времени работы шестеренного насоса до планового ремонта.

7. На основе проведенных исследований разработаны новые конструкции битумных шестеренных насосов, которые защищены патентами на полезные модели: патент №82792 (опубл. бюл. №13 от 10.05.2009г.), патент № 92919 опубл. бюл. №10 от 02.02.2009г.). Экономический эффект от внедрения разработанных конструкций битумных шестеренных насосов составит более 1,8 млн. руб. в год.

120

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая диссертационная работа состоит из трех частей.

Первая часть включает первую и вторую главы. В первой главе анализируется состояние вопроса повышения износостойкости деталей пар трения битумных шестеренных насосов. Проанализированы существующие подходы к определению параметров износостойкости, влияющих на процессы, происходящие в торцовом зазоре шестеренного насоса, определены цель и задачи исследований. Во второй главе описаны общая стратегия исследований, методика проведения теоретических и экспериментальных исследований, материалы и экспериментальные установки, используемые в исследованиях.

Вторая часть работы состоит из третьей и четвертой глав. Третья глава посвящена исследованию износостойкости деталей битумного шестеренного насоса, износ которых влияет на величину торцового зазора. В четвертой главе дано определение максимально допустимой величины торцового зазора, представлены результаты ресурсных испытаний битумного шестеренного насоса и рассмотрено влияние интенсивности изнашивания торцовых поверхностей шестеренного насоса на ресурс его работы.

Третья часть работы включает пятую главу, в которой описаны перспективы использования результатов исследований, прорезюмированы полученные результаты и приведен расчет экономического эффекта от применения результатов исследований в промышленности.

Рассматривая дальнейшую возможность повышения износостойкости деталей пар трения, можно выделить такие перспективные направления, как повышение износостойкости деталей узлов трения битумного шестерного насоса в условиях водородного изнашивания и изучение степени влияния каждого вида изнашивания на износостойкость и долговечность битумных шестеренных насосов в условиях повышенных температур.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шалыгин, Михаил Геннадьевич, 2010 год

1. Агроскин, И.И. Гидравлика / И.И. Агроскин, Ф.И. Пикалов, Г.Т. Дмитриев. М.: Энергия, 1964. - 352с.

2. Академия наук СССР. Исследование смазочных материалов при трении. - М.:Наука, 1960

3. Аксенов, В.А. Трение и изнашивание металлов в углеводородных жидкостях / В.А. Аксенов. М.: Машиностроение, 1997. - 172с.

4. Андрейкив, А.Е. Пространственные задачи теории трещин / А.Е. Андрейкив. Киев: Наук думка, 1982. - 354с.

5. Андрианов, А.И. Прогрессивные методы технологии машиностроения / А.И. Андрианов. М.: Машиностроение, 1975. - 240с.

6. Андросов, A.A. Асфальтобетонные заводы / A.A. Андросов. М.: Транпорт, 1968. - 254с.

7. Башта, Т.М. Гидравлические приводы и агрегаты металлорежущих станков / Т.М. Башта. М.: Машиностроение, 1982. - 423с.

8. Башта, Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем / Т.М. Башта. М.: Машиностроение, 1974. - 606с.

9. Башта, Т.М. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы / Т.М. Башта. М.: Машиностроение, 1970. - 504с.

10. Беленков, Ю.А. Надежность объемных гидроприводов и их элементов / Ю.А. Беленков. М.: Энергия, 1977. - 327с.

11. И. Белецкий, Д.Т. Прогрессивная технология насосостроения / Д.Т. Белецкий. М.: Машиностроение, 1984. - 260с.

12. Белушко, И.М. Дорожно-строительные материалы / И.М. Белушко.- М.: Машиностроение, 1991. 345с.

13. Берлин, М. А. Ремонт и эксплуатация насосов нефтеперерабатывающих заводов / М.А. Берлин. JL: Химия, 1980. - 270с.

14. Богданович, Л.Б. Объемные гидроприводы / Л.Б. Богданович. М.: Транспорт, 1968. - 352с.

15. Боуден, Ф.П. Трение и смазка твердых тел / Ф.П. Боуден, Д. Тейбор- М.: Машиностроение, 1968. 544с.

16. Браун, Э.Д. Моделирования трения изнашивания в машинах /Э.Д. Браун, Ю.А. Евдокимов, A.B. Чичинадзе М.: Машиностроение, 1981. - 191с.

17. Буше, H.A. Совместимость трущихся поверхностей / H.A. Буше. -М.: Наука, 1981.-287с.

18. Виноградов, В.Н. Абразивное изнашивание / В.Н. Виноградов, Г.М. Сорокин, М.Г. Колокольников, Г.М. Сорокин. М.: Машиностроение, 1990. -224с.

19. Виноградов, В.В. Изнашивание при ударе / В.В. Виноградов. М.: Машиностроение, 1982. - 196с.

20. Волков, Ю.В. Долговечность машин, работающих в абразивной среде / Ю.В. Волков. М.: Машиностроение, 1964. - 348 с.

21. Гаркунов, Д.Н Триботехника (износ и безызносность) / Д.Н. Гаркунов. М.: МСХА, 2001. - 616с.

22. Гольцер, Г. Основы трения и изнашивания / Г. Гольцер. М.: Машиностроение, 1984. 323с.

23. Горленко, O.A. Повышение долговечности битумных шестеренных насосов / O.A. Горленко, М.Г. Шалыгин // Справочник. Инженерный журнал. Приложение. 2009. - № 10. - С. 6-8.

24. Горшков, В. С. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ / B.C. Горшков, В.В. Тимашев, В.Г. Савельев. -М.: Высш. шк., 1981. -335с.

25. Глушко, И.М. Дорожно-строительные материалы / И.М. Глушко. -М.: Транспорт, 1991.-456с.

26. Гриб, В.В. Решение триботехнических задач численными методами / В.В. Гриб. Наука, 1982. - 226с.

27. Гришко, В.Н. Зубчатые передачи и их износостойкость / В.Н. Гришко. Киев: Наук, думка, 1982. - 265с.

28. Гришко, В.Н. Повышение износостойкости зубчатых передач / В.Н. Гришко. Киев: Наук, думка, 1984. - 215с.

29. Гурьев, П.П. Гидравлические объемные передачи / П.П. Гурьев. -М.: Транспорт, 1988. 178с.

30. Демкин, К.Б. Качество поверхности и контакт деталей машин / К.Б. Демкин, Э.В. Рыжов. М.: Машиностроение, 1981. - 244с.

31. Джонсон, К. Механика контактного взаимодействия / К. Джонсон. -М.: Мир, 1989.-206с.

32. Допуски и посадки. Справочник: В 2 ч. 7-е изд. перераб. и доп. -М.: Политехника, 1991. - 576с.

33. Дроздов, Ю.Н. Трение и износ в экстремальных условиях: Справочник // Ю.Н. Дроздов, В.Г. Павлов, В.Н. Пучков. Машиностроение, 1986.-224с.

34. Дубинин, A.A. Энергетика трения и износа деталей машин / A.A. Дубинин. М.: Транспорт, 1963. - 324с.

35. Емцев, Б. Т. Техническая гидромеханика / Б.Т. Емцев. М.: Машиностроение, 1978. - 463с.

36. Ермаков, В.В. Основы расчета гидропривода / В.В. Ермаков. М.: Машгиз, 1951.-345с.

37. Ермаков, В.И. Ремонт и монтаж химического оборудования / В.И. Ермаков. Л.: Химия, 1981. - 368с.

38. Защита от водородного износа в узлах трения / под. ред. Полякова. М.: Машиностроение, 1980. - 245с.

39. Идельчик, И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик. -М.: Машиностроение, 1992. 672с.

40. Икрамов, У.А. Расчетные методы оценки абразивного износа / У.А. Икрамов. М.: Машиностроение, 1987. - 268с.

41. Йоффе, Н.М. Шестеренные насосы (краткий обзор) / Н.М. Йоффе. -М.: Министерство сельскохозяйственного машиностроения, 1956. 438с.

42. Кащеев, В.Н. Абразивное разрушение твердых тел / В.Н. Кащеев. -М.: Наука, 1970. -248с.

43. Ким, Като, Хоккирагава, Абэ. Механизм изнашивания керамических материалов при сухом трении качения // Проблемы трения и смазки 1986. - №4. - С. 26-31

44. Коган, В.Б. Гидравлика, гидромеханика и насосы / В.Б. Коган. JL: Химия, 1976. - 592с.

45. Коднир, Д.С. Эластогидродинамический расчет дорожных машин / Д.С. Коднир. М.: Транспорт, 1977. - 303с.

46. Комбалов, B.C. Оценка триботехнических свойств контактирующих поверхностей / B.C. Комбалов. М.: Наука, 1983. - 136с.

47. Колбановская, A.C. Дорожные битумы / A.C. Колбановская, В.В. Михайлов. М.: Транспорт, 1973. - 264с.

48. Кордянский, Х.Б. Вероятностный анализ процесса изнашивания / Х.Б. Кордянский. -М.: Наука, 1981. 412с.

49. Костецкий, Б.И. Трение, смазка и износ в машинах / Б.И. Костецкий. Киев.: Техшка, 1970. - 396с.

50. Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов. М.: Машиностроение, 1977. -528с.

51. Крагельский, И.В. Трение и износ / И.В. Крагельский. М.: Машиностроение, 1968.-480с.

52. Курагин, A.B. Основы теории и конструирования объемных гидропередач / A.B. Курагин. М.: 1986. - 256с.

53. Лаптев, Г.Ф. Динамика гидравлических передач / Г.Ф. Лаптев. М.: Машиностроение, 1983.-556с.

54. Леонович, И.И. Строительные, дорожные материалы / И.И. Леонович. Л.: Химия, 1978. - 337с.

55. Лим, X. Статический анализ данных о скорости износа / X. Лим // Проблемы трения и смазки. 1988. - №3. - С. 32-34

56. Лозовский, В.И. Надежность гидравлических агрегатов / В.И. Лозовский. -М. Машиностроение, 1974. 327с.

57. Лунин, И. А. Гидродинамическая теория смазки упорных подшипников / И.А. Лунин. М.: Машиностроение, 1960. - 140с.

58. Майер, Э. Торцовые уплотнения / Э. Майер. М.: Машиностроение, 1978.-288с.

59. Макаров, Г.В. Уплотнительные устройства / Г.В. Макаров. Л.: Машиностроение, 1973.-232с.

60. Малюшенко, В.В. Насосное оборудование ТЭС / В.В. Малюшенко, А.К. Михайлов. М.: Энергия, 1977. - 422с.

61. Маталин, A.A. Технологические методы повышения долговечности деталей машин / A.A. Маталин. Киев.: Техника, 1971. - 142с.

62. Маталин, A.A. Технология машиностроения / A.A. Маталин. J1. Машиностроение, 1985. - 508с.

63. Маталин, A.A. Технология механической обработки / A.A. Маталин. JL: Машиностроение, 1977. - 464с.

64. Машков, Ю.К. Трение и модифицирование трибосистем / Ю.К. Машков. М.: Машиностроение, 2001. - 280с.

65. Машков, Ю.К. Трение и модифицирование материалов трибосистем / Ю.К. Машков. М.: Машиностроение, 2003. - 280с.

66. Методы и средства испытаний на трение и износ конструкционных и смазочных материалов: Справочник / B.C. Комбалов; под ред. К.В. Фролова. М.: Машиностроение, 2007. - 384с.

67. Минин, В.А. К расчету всасывающих качеств шестеренных насосов / В.А. Минин. М.: Машгиз, 1953. - 327с.

68. Мышкин, Н.К. Трение, смазка, износ: Физические основы и технические приложения трибологии / Н.К. Мышкин, М.И. Петроковец. М.: Машиностроение, 2007. - 367с.

69. Некрасов, Б.Б. Насосы, гидроприводы, гидропередачи / Б.Б. Некрасов, Ю.А. Беленков. М.: МАМИ, 1976. - 287с.

70. Никитин, В.М. Гидродинамическая теория смазки и расчет подшипников скольжения / В.М. Никитин. М.: Наука, 1981. - 356с.

71. Осипов, А.Ф. Объемные гидравлические машины / А.Ф. Осипов. -М.: Машиностроение, 1971. 161с.

72. Плевако, H.A. Основы гидравлики и гидравлических машин / H.A. Плевако. М.: Транспорт, 1974. - 320с.

73. Поляков, A.A. Защита от водородного износа в узлах трения / A.A. Поляков. -М.: Машиностроение, 1980. 196с.

74. Похмурский, В.И. Влияние водорода на процессы деформирования и разрушения железа и стали / В.И. Пахмурский, М.М. Швед. Н.Я. Яремченко. Киев: Наукова думка, 1977. - 207с.

75. Прокофьев, В.Н. Роторные насосы // Энциклопедический справочник машиностроителя / В.Н. Прокофьев. М.: Машгиз, 1948. - Т.1. -496с.;

76. Прокофьев, В.Н. Истечение несжимаемых жидкостей // Справочник машиностроителя / В.Н. Прокофьев. М.: Машгиз, 1956. - Т.2. - 384с.

77. Проников, A.C. Надежность машин / A.C. Проников. М. Машиностроение, 1978.-592с.

78. Пружанский, Л.Ю. Исследование методов испытаний на изнашивание / Л.Ю. Пружанский. М.: Наука, 1978. - 112с.

79. Радин, Ю.А. Безызносность деталей машин при трении / Ю.А. Радин, П.Г. Суслов. Л.: Машиностроение, 1989. - 229с.

80. Решетов, Д.Н. Детали и механизмы металлорежущих станков / Д.Н. Решетов. М.: Машиностроение, 1972. - 664с.

81. Розенберг, Ю.А. Влияние смазочных масле на надежность и долговечность машин / Ю.А. Розенберг. М.: Транспорт, 1968. - 345с.

82. Руденская, И.М. Органические вяжущие для дорожного строительства / И.М. Руденская. М.: Транспорт, 1984. - 229с.

83. Рыбкин, Е.А. Шестеренные насосы для металлорежущих станков / Е.А. Рыбкин, A.A. Усов. М.: Машгиз, 1960. - 188с.

84. Рыбкин, Е.А. Исследование и разработка конструкций шестеренных насосов / Е.А. Рыбкин, A.A. Усов. М.: Машгиз, 1956г. - 212с.

85. Трение и изнашивание при высоких температурах: сб. — М.: Наука, 1973.- 156с.

86. Долговечность трущихся деталей машин: сб. ст. М.: Наука, 1989.

87. Суслов, А.Г. Технологическое обеспечение параметров качества состояния поверхностного слоя деталей / А.Г. Суслов. М.: Машиностроение, 1987.-208с.

88. Суслов, А.Г. Качество поверхности деталей машин / А.Г. Суслов. -М.: Машиностроение, 2000. 320с.

89. Инженерия поверхности деталей / колл. авт.; под. ред. А.Г. Суслова. М.: Машиностроение, 2008. - 320с.

90. Суслов, А.Г. Экспериментально-статистический метод обеспечения качества поверхности деталей машин: Монография / А.Г. Суслов, O.A. Горленко. М.: Машиностроение-1, 2003. - 303с.

91. Тарко, JI.M. Переходные процессы в гидравлических механизмах / J1.M. Тарко. М.: Машиностроение, 1973. - 358с.

92. Тененбаум, М.М. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин при абразивном изнашивании / М.М. Тененбаум. М. Машиностроение, 1966.-330с.

93. Тетюхин, В.И. Эксплуатация и ремонт шестеренных, аксиально-поршневых и пластинчатых насосов / В.И. Тетюхин. М.: Машгиз, 1974. -196с.

94. Тимофеев, В.А. Технологическое оборудование асфальтобетонных заводов / В.А. Тимофеев. М.: Машиностроение, 1989. - 253с.

95. Тихомиров, В.П. Прогнозирование ресурса зубчатых передач / В.П. Тихомирова, O.A. Горленко, П.В. Тихомиров. М.: Машиностроение-1, 2007. -148с.

96. Тихомиров, В.П. Технологическое оборудование асфальтобетонных заводов / В.П. Тихомиров. М.: Машиностроение, 1981. - 247с.

97. Трубин, П.К. Контактная усталость материалов для зубчатых колес / П.К. Трубин. JL: Машиностроение, 1968. - 478с.

98. Исследование свойств битумов, применяемых в дорожном строительстве // Труды Союздорнии. 1970. - №46. - С. 18-21.

99. Усов, A.A. Исследование шестеренных насосов с целью улучшения их эксплуатационных параметров / A.A. Усов. М.: Машиностроение, 1953. -267с.

100. Финкин, Е.Е. Уравнение износа твердых смазочных пленок для оценки износной долговечности / Е.Е. Финкин // Проблемы трения и смазки. -1970. №2.-С. 104-110.

101. Хойберг, А.Д. Битумные материалы / А.Д. Хойберг. JL: Химия, 1974.-249с.

102. Хебды, М. Справочник по триботехнике / М. Хебды. М.: Машиностроение, 1992.-487с.

103. Черкасский, В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры / В.М. Черкасский. М.: Энергия, 1977. - 422с.

104. Чикида, И.Т. Оборудование кровельных заводов / И.Т. Чикида. -М.: Машиностроение, 1969. 124с.

105. Чиняев, И.А. Роторные насосы: Справ, пособие / И.А. Чиняев. JL: Машиностроение, 1969. - 216с.

106. Чередниченко, Ю.И. Физико-химические и теплофизические свойства смазочных материалов / Ю.И. Чередниченко. JL: Химия, 1969. -218с.

107. Чихос, X. Системный анализ в трибонике / X. Чихос. М.: Мир, 1982.-352с.

108. Чичинадзе, A.B. Полимеры в узлах трения машин и приборов / A.B. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 1988. - 328с.

109. Шалыгин, М.Г. Исследование износостойкости деталей, работающих в условиях абразивной среды / М.Г. Шалыгин // Строительные и дорожные машины. 2007. - № 3. - С. 36-37.

110. Шалыгин, М.Г. Объемные потери в шестеренных насосах с учетом влияния температуры / М.Г. Шалыгин // Строительные и дорожные машины. -2008.-№3.-С. 27-28.

111. Шалыгин, М.Г. Определение интенсивности изнашивания торцовых поверхностей битумного шестеренного насоса / М.Г. Шалыгин // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2009. - № 9. - С. 34-39.

112. Шерстюк, А.Н. Насосы, вентиляторы, компрессоры / А.Н. Шерстюк. М.: Высшая школа, 1972. - 342с.

113. Шестоперов, С.В. Дорожно-строительные материалы / С.В. Шестоперов. М.: Высшая школа, 1976. - 295с.

114. Штеренлихт, Д.В. Гидравлика / Д.В. Штеренлихт. М.: Энергоатомиздат, 1991.-351с.

115. Экономика предприятия / под. ред. E.JI. Кантора. СПБ.: Питер, 2003.-352с.

116. Юдин, Е.М. Шестеренные насосы / Е.М. Юдин. М.: Машиностроение, 1964.-236с.

117. Яременко, О.В. Испытания насосов / О.В. Яременко. М.: Машиностроения, 1976. - 223с.

118. DESIGN METHODS seeds of human futures J. Christopher Jones WILEY-INTERSCIENCE division of John Wiley A Sons Ltd. London, 1972.

119. Krai, E. Hardess jf Thing-film mediaA Scratch experiments and finite element simulation // Krai, K. Komuopoulos, D.B. Bogy // Journal of Terminology. -1996.-V.188.-№1.-P.1-11.

120. Wellinger K., Uetz H. Verschleiss durch Kornige mineralishe Stoffe, Aufberichtungs Technik. - 1963. - lg. 4. - № 8.