Разработка материалов с повышенной ударно-абразивной износостойкостью на основе конструкционных сталей с упруго-диссипативной подложкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Исмаилов Маркиз Азизович

• Исмаилов Маркиз Азизович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Исмаилов Маркиз Азизович

Введение

Глава 1. Эксплуатационная надежность, материалы и технология получения деталей транспортно-технологических машин оборудования

1.1. Оценка эксплуатационной надежности деталей транспортно-технологических машин и оборудования, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания

1.1.1. Анализ условий эксплуатации и причин выхода из строя деталей клапана бурового насоса

1.1.2. Анализ условий эксплуатации и причины износа бил роторных дробилок

1.3. Материалы и технологии получения деталей транспортно-технологических машин, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания

1.4. Основные выводы, постановка цели и задач исследования

Глава 2. Материалы, методика получения образцов и проведения исследований

2.1. Исходные материалы для исследований, технология изготовления образцов

2.2. Оборудование и методики проведения испытаний на ударно-абразивное изнашивание

2.3. Оборудование для исследования статических и динамических свойств слоистых материалов

2.4. Методы исследования структуры и свойств полученных образцов

2.5. Планирование эксперимента и обработка полученных данных

2.6. Обработка результатов эксперимента

Глава 3. Зависимость ударно-абразивной износостойкости конструкционных сталей от характеристик упруго-диссипативной подложки

3.1 Влияние химического состава, структуры, свойств и способа получения образцов из конструкционных сталей на ударно-абразивную износостойкость

3.2. Зависимость ударно-абразивного износостойкости стали 40Х от конструкции упруго-диссипативной подложки

3.3. Оценка демпфирующих свойств упруго-диссипативной подложки

3.4. Механическая и реологическая модели резинометаллических материалов с упруго-диссипативной подложкой, испытуемых на ударно-абразивный износ

3.5. Выводы по главе

Глава 4. Зависимость адгезионной прочности межслойных границах «сталь - резина» от химического состава и структуры сталей и технологических параметров УДП

4.1 Исследование влияния химического состава спеченных сталей на адгезию в межслойных границах «сталь - резина»

4.2. Влияние пористости спеченной стали на адгезионную прочность межслойных границ "сталь - резина"

4.3. Влияние удельной поверхности и режимов вулканизации на адгезионную прочность спеченной стали с резиной

4.4. Выводы по главе

Глава 5. Технологические рекомендации по конструированию и изготовлению узлов из разработанных резинометаллических материалов с высокой ударно-абразивной износостойкостью

5.1. Технологическая схема производства деталей клапана буровых насосов

5.2. Технологическая схема производства бил роторной дробилки

5.3. Разработка имитационной модели ударного воздействия по детали из конструкционной стали с упруго-диссипативной подложкой и проведение численного эксперимента

5.4. Оценка экономической эффективности производства деталей клапанов бурового насоса из слоистых материалов с повышенной ударно -абразивной износостойкостью на основе конструкционных сталей с упруго -диссипативной подложкой

5.5. Оценка экономической эффективности внедрения бил роторной дробилки из слоистых материалов с повышенной ударно-абразивной износостойкостью на основе конструкционных сталей с упруго-

диссипативной подложкой

Основные выводы

Список литературы

Приложение А. Патент на изобретение №2725530 «Стенд для статических

испытаний композиционных многослойных материалов (Варианты)

Приложение Б. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2023614703 «Расчет параметров упруго-диссипативных подложек

износостойких композиционных материалов»

Приложение В. Листинг имитационной модели в Simulink

Приложение Г. Расчет стоимости используемых материалов, зарплат рабочим

и затрат на электроэнергию

Приложение Д. Акт внедрения ООО «ТИЗАР»

Приложение Е. Акт внедрения ООО «Дон Групп»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка материалов с повышенной ударно-абразивной износостойкостью на основе конструкционных сталей с упруго-диссипативной подложкой»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Одной из важнейших задач машиностроения является повышение надежности деталей машин и механизмов, снижения материальных и энергетических затрат при их производстве и эксплуатации. Статистический анализ показывает, что основной причиной отказа машин и оборудования или их узлов является абразивный износ подвижных сопряжений в зонах трения [1-7]. Поэтому повышение абразивной износостойкости конструкционных материалов, используемых для производства транспортно-технологических машин и оборудования, является актуальной проблемой. Для решения прикладных задач в этой области необходимо разработать новые материалы, технологию получения из них изделий и совершенствовать конструкции основных узлов.

В частности, на эксплуатационную надежность бурового насоса влияют материалы и технология изготовления деталей гидравлического блока: поршни, втулки, клапаны, уплотнения и др. Детали клапана бурового насоса, которые больше всего подвержены ударно-абразивному изнашиванию имеют низкий ресурс по сравнению с другими деталями гидравлического блока [6, 810]. Это требует наличия запасного (резервного) насоса, больших трудовых и материальных затрат с использованием ручного труда зачастую в экстремальных и экологически неблагоприятных условиях.

В роторных дробилках при дроблении породы большего всего абразивному и ударно-абразивному изнашиванию подвержены билы установленные на роторе. [11, 12].

Особенностью ударно-абразивного изнашивания является ударное взаимодействие деталей, с наличием в зоне контакта абразивных частиц, при котором происходит деформация микрообъемов или их скалывания, что приводит к интенсивному разрушению поверхностного слоя контактирующих поверхностей. Известно, что интенсивность ударно-абразивного изнашивания также связана с энергетическими и кинематическими параметрами ударного

воздействия [2-4]. В современном понимании влияние энергии удара на ударно-абразивную износостойкость следует рассматривать на трех этапах: на первом износ материала увеличивается пропорционально энергии удара, на втором происходит замедление интенсивности износа, а на третьем -дальнейшее увеличение энергии удара приводит к стабилизации процесса износа. Этот общепринятый механизм ударно-абразивного износа указывает на взаимосвязь энергии удара с действующими процессами формирования лунок при динамическом внедрении твердых абразивных частиц в поверхность контактирующих деталей.

Анализ публикаций показал, что материалы, разрабатываемые для работы в условиях ударно-абразивного изнашивания, должны обладать не только требуемой прочностью, вязкостью, износостойкостью, но и достаточным уровнем демпфирующих свойств. Однако, достичь в одном материале традиционными методами легирования и упрочнения одновременно высоких прочностных и демпфирующих характеристик невозможно. Поэтому, актуальной задачей является разработка технологии получения слоистых материалов, в которых один из слоев выполнен из конструкционных сталей, а другой из упруго-диссипативной подложки, например, на основе резиновых смесей, позволяющая поглощать часть воздействующей на деталь энергии удара.

Степень разработанности проблемы. Накоплен достаточно большой

теоретический и экспериментальный материал по структурообразованию и

свойствам износостойких компактных и спеченных сталей, работающих в

условиях абразивного и ударно-абразивного изнашивания. Значительный

вклад в развитие науки и изучению процессов абразивного и ударно-

абразивного изнашивания конструкционных материалов внесли М.А. Бабичев,

В.И. Виноградов, Ю.Г. Дорофеев, Х.С. Измайлов, А.Ю. Ишлинский, В.И.

Колесников, Б.И. Костецкий, А.Г. Косторонов, И.В. Крагельский, Д.С.

Мантуров, А.А. Ребиндер, А.В. Семенов, П.В. Сиротин, Г.М. Сорокин, М.М.

Тененбаум и др. Исследованиям в области теории и технологии получения

6

биметаллических и слоистых материалов посвящены работы Ж.М. Бледновой, М.А. Ваниева, Д.М. Карпиноса, С.В. Кузьмина, Кляйн М. Дж., В.И. Лысака, Меткалф. А. Дж., А.Е. Розена, О.В. Романа, П.О. Русинова, Ю.П. Трыкова и других ученых.

Несмотря на то, что много работ отечественных и зарубежных исследователей посвящены методам повышения механических и эксплуатационных свойств компактных, спеченных, горячедеформированных порошковых и композиционных материалов и деталей из них, подверженных ударному воздействию, недостаточно изучено влияние эластичных и полимерных слоев на кинетику износа слоистых конструкционных материалов, работающих в условиях ударно-абразивного воздействия. Особый интерес представляет создание слоистых материалов на основе конструкционных сталей с упруго-диссипативными подложками (УДП).

Цель работы - повышение ударно-абразивной износостойкости конструкционных сталей за счет применения упруго-диссипативных подложек различной конструкции.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработана методика проведения испытаний на ударно-абразивную износостойкость слоистого материла на основе «сталь - резина», проектировать и изготовить испытательное оборудование для исследования их статических и динамических свойств в лабораторных условиях.

2. Исследовано влияние демпфирующих и геометрических характеристик УДП на ударно-абразивную износостойкость конструкционных сталей, полученных различными методами.

3. Изучено влияние структуры и состава конструкционных сталей и технологических факторов на адгезионную прочность в межслойных границах резинометаллических материалов.

4. Составлены рекомендации по освоению технологии производства изделий из материалов на основе «сталь - резина» с заданными свойствами, работающих в условиях ударно-абразивного воздействия.

Научная новизна диссертационной работы. Научная новизна основных результатов и выводов:

1. Выявлено, что на ударно-абразивную износостойкость конструкционных сталей влияет не только их состав, структура и свойства, но и напряженно-деформированное состояние упруго-диссипативной подложки, что позволяет разработать новый принцип конструирования узлов машин и оборудования, эксплуатируемых в условиях ударно-абразивного воздействия.

2. Разработана реологическая модель слоистых резинометаллических материалов на основе конструкционных сталей, позволившая оценить влияние интенсивности напряжений и деформаций эластичного слоя на их демпфирующие свойства, оптимизировать конструктивные параметры и повысить ударно-абразивную износостойкость изделий из них.

3. Установлено, что на адгезионную прочность межслойных границ слоистых резинометаллических материалов влияет химический состав и структура поверхности изделий из стали и выявлено, что у спеченной стали с содержанием частиц свободной меди не менее 8-10 % она повышается в 1,5 -2 раза в результате формирования сульфидов меди CuxS в переходной зоне и пропитывания открытых пор сырой резиной при горячей вулканизации под давлением.

Теоретическая и практическая значимость работы.

1 . Установлено, что применение УДП позволяет увеличить стойкость конструкционных сталей к ударно-абразивному износу за счет поглощения и рассеивания действующей на них энергии удара.

2. Разработана установка и составлена методика исследования демпфирующих свойств резинометаллических материалов, которые могут быть использованы при испытании на ударно-абразивный износ компактных, спеченных и слоистых материалов.

3. Разработан метод определения напряженно-деформированного состояния резиновой УДП и показано влияние интенсивности напряжений и деформаций на работу диссипации при испытании слоистых материалов на ударно-абразивную износостойкость.

4. Показано влияние химического состава абразивных частиц на механизм разрушения поверхности конструкционных сталей на начальной стадии ударно-абразивного испытания и в режиме установившегося износа.

5. Теоретически и экспериментально обосновано влияние конструктивных, геометрических параметров и демпфирующих свойств УДП на ударно-абразивную износостойкость резинометаллических материалов и изделий из них.

6. Разработана имитационная модель, позволяющая синтезировать структуру и конструкцию УДП, оптимизировать ее параметры в зависимости от условий эксплуатации и действующей на деталь энергии удара.

7. Составлены рекомендации по технологии изготовления деталей и узлов транспортно-технологических машин и оборудования из резинометаллических материалов, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Метод испытаний для исследования статических и динамических свойств и ударно-абразивной износостойкости конструкционных сталей с УДП.

2. Результаты экспериментальных исследований влияния жесткости и геометрических параметров УДП на ударно-абразивную износостойкость резинометаллических материалов.

3. Расчетная и реологическая модель для определения полей деформации и напряжений, позволяющая оценить влияние интенсивности напряжений и деформаций на работу диссипации энергии удара при испытании слоистых материалов с резиновой подложкой различной конфигурации.

4. Результаты исследования влияния структуры, химического состава и режимов вулканизации на адгезионную прочность межслойных границ изделий из конструкционных сталей и резины.

5. Технологические рекомендации по выбору химического состава и режимов вулканизации для формирования адгезионных связей в межслойных границах системы «спеченная железомедная сталь - упруго-диссипативная подложка».

Степень достоверности результатов: аргументированность основных научных положений, выбор традиционных в сочетании с специфическими методик исследований, описания физико-химических процессов с использованием широко применяемых методов исследования структуры и свойств материалов, согласованность предпосылок с общеизвестными теориями по абразивной износостойкости конструкционных сталей, показывает достоверность научных положений и выводов. Достоверным является научное положение о влиянии упруго-диссипативной подложки и способов оценки адгезионной прочности межслойных границ.

Апробация результатов диссертационной работы. Основные положения диссертационной работы и результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на:

- международных конференциях: инженерия поверхности, новые порошковые композиционные материалы, сварка», Государственное научное учреждение «Институт порошковой металлургии имени академика О.В. Романа», 7-9 апреля 2021 года, Минск, Беларусь; «Актуальные проблемы порошкового материаловедения», посвященная 85-летию со дня рождения академика В.Н. Анциферова, 26-28 ноября 2018 г., г. Пермь, Россия;

- на всероссийских конференциях: «Будущее машиностроения России»

26 - 29 сентября 2018 г., г. Москва, Московский государственный технический

университет имени Н.Э. Баумана; «Инновационные технологии в

материаловедении и машиностроении», 10-14 октября 2022 г., г. Пермь,

Россия; «Исследования и инновации в машиностроительном производстве»,

10

21-22 октября 2022 г., г. Махачкала: ДГТУ, Россия; «Проблемы технического и технологического обеспечения инновационного развития машиностроения». 12-13 октября 2023 г., г. Махачкала: ДГТУ, Россия.

Часть результатов отражены в отчетах НИР, в состав рабочих групп, по которым входил соискатель, выполненных для ПАО «Северсталь» и ООО «НТО «ИРЭ-Полюс».

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертация соответствует паспорту научной специальности 2.6.17 -«Материаловедение» (технические науки): - направлениям исследования по паспорту специальности:

- пункт 3. Разработка научных основ выбора металлических, неметаллических и композиционных материалов с заданными свойствами применительно к конкретным условиям изготовления и эксплуатации деталей, изделий, машин и конструкций.

- пункт 6. Разработка и совершенствование методов исследования и контроля структуры, испытание и определение физико-механических и эксплуатационных свойств металлических, неметаллических и композиционных материалов и функциональных покрытий.

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации автором опубликовано 18 работ, в том числе: 7 статей, из них 3 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК по научной специальности 2.6.17, 1 - в изданиях баз Scopus, 1 патент на полезную модель, 1 свидетельство о регистрации ПЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы (140 наименований), 6 приложений. Общий объем диссертации составляет 162 страницы машинописного текста и содержит 72 рисунка, 14 таблиц.

ГЛАВА 1. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ, МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ

1.1. Оценка эксплуатационной надежности деталей транспортно-технологических машин и оборудования, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания

Эксплуатационный ресурс транспортно-технологических машин и оборудования, большей частью работающему в тяжелых условиях, многие исследователи связывают с надежностью, зависящая не только от конструктивных параметров, характера и величины действующих нагрузок, материала и конструкции сопряженных деталей, качества изготовления, но и от различных факторов его эксплуатации [6, 13].

В работах [5, 14-17] рассмотрены способы сбора и анализа информации для определения надежности, а также предложены методы поиска инновационных решений в области повышения износостойкости компонентов узлов и агрегатов. Однако, эти способы предоставляют количественные данные о надежности установок, не исследуются причины возникновения отказов и не учитывается влияние эксплуатационных факторов на надежность машин и оборудования.

Многочисленные факторы, которые влияют на прочность и возможные варианты этих факторов в условиях эксплуатации приводят к разбросу данных о выходе из строя деталей и узлов [5]. В связи с большим количеством задач, требующих проведения теоретических и экспериментальных исследований, решение некоторых вопросов по повышению прочности оборудования является сложным.

В монографии А.С. Проникова [18] уделено особое внимание оценке

надежности машин, которая является ключевым показателем на стадиях

проектирования, изготовления и эксплуатации. В работе рассматриваются

общие закономерности потери работоспособности машин, а также

12

представлены методы расчета и прогнозирования надежности, модели отказов, испытания на надежность, расчеты на износ и диагностика технических устройств.

В работе Ю.А. Васильева [15] описаны некоторые вопросы, связанные с природой отказов бурового оборудования, особенно в отношении роторов и вертлюгов, которые в основном возникают вследствие отказов вследствие износа; буровых насосов и лебедок происходит из-за непредвиденных отказов деталей.

С.Г. Бабаев [5] проведя анализ причин отказов и неисправностей оборудования, представил результаты исследования различных видов износа, а также описал результаты экспериментальных и теоретических разработок, направленных на повышение надежности и долговечности деталей и узлов буровых установок.

В работе [14] проведено исследование на долговечность и функциональность, виды и характер изнашивания машин, используемых в нефтегазовой и буровой промышленности, приведены методы увеличения износостойкости деталей узлов и агрегатов бурового оборудования.

Практический опыт эксплуатации бурового оборудования указывает на то, что в большинстве случаев срок службы отдельных деталей зависит от их интенсивности изнашивания [5]. Повреждение деталей бурового оборудования чаще всего происходит из-за постепенного износа элементов при их контактировании друг с другом [7, 19-21] но в этих работах не установлены зависимости видов изнашивания от условий трения и не рассматривалось влияние бурового раствора на износ бурового оборудования.

Исследование процесса износа металлов в результате трения усложняется тем обстоятельством, что множество факторов одновременно влияют на степень износа, и иногда сложно определить, какие из них имеют основное значение, а какие - второстепенное [22]. Исследования, посвященные изнашиванию, часто ограничены определенными условиями

трения на рабочих поверхностях деталей. Поэтому результаты этих исследований нельзя применять напрямую при изучении износа деталей бурового оборудования.

Наиболее подробным образом изучены классификации видов износа, предложенные Б. И. Костецким [19] и И.В. Крагельским [20]. В частности, одна группа деталей характеризуется тем, что абразивное изнашивание происходит под воздействием промывочной жидкости. Другая группа деталей подвергается интенсивному разрушению поверхностей трения при высоких давлениях и одновременной коррозии. А третья группа деталей изнашивается из-за усталости рабочих поверхностей.

В работе [7], приведенная классификация изнашивания связана с различными явлениями: механическим, молекулярно-механическим и коррозионно-механическим. Эти явления являются основными причинами изнашивания.

Самым частым типом износа оборудования и инструмента является абразивный износ, который приводит к изменению формы деталей узлов и агрегатов машин и оборудования [23].

В работе Я.С. Мкртычан [21] изучает процессы изнашивания пары «поршень-втулка» Процесс изнашивания этой пары в большинстве случаев начинается с втулки. Это обусловлено различными факторами, такими как неправильное смазывание, неравномерное распределение нагрузки и несоответствие материалов пары трения, а также с повторной деформацией рабочей поверхности под воздействием абразивных частиц и абразивной жидкости, а также частично процессом микрорезания.

Абразивному и ударно-абразивному изнашиванию подвержены в основном технологические машины строительной горнодобывающей, нефтегазовой и др. отраслей.

Рассмотрим проблемы повышения надежности и долговечности технологического оборудования работающего в условиях ударно-абразивного воздействия, на примере буровых насосов и роторных дробилок.

1.1.1. Анализ условий эксплуатации и причин выхода из строя деталей

клапана бурового насоса

Буровые насосы входящие в состав буровых установок имеют важное значение в процессе бурения и освоения новых нефтегазовых скважин и при проведении капитального ремонта. Они должны обладать высокой эксплуатационной надежностью, сохранять работоспособность и обеспечить бесперебойную работу буровой установки в процессе бурения.

Проблемам повышения надежности и долговечности бурового оборудования посвящены множество работ. Так в работах [5, 24, 25] изучены методологические основы ресурсного подхода к техническому обслуживанию и ремонту оборудования. В [14, 26] рассчитаны коэффициенты использования оборудования при бурении скважин. В работах [27-29] изучены и даны прогнозы по ресурсу техники и оборудования, используемого при бурении. В [7, 14, 30-32] описаны и охарактеризованы показатели надежности и приведены параметры выбора перспективного оборудования по показателям надежности и качества. Работы [5, 33, 34] посвящены изучению законов распределения наработки до отказа и приведены методики определения характеристик безотказности.

Много работ иностранных ученых посвящены исследованию по изучению процесса износа деталей гидравлической части буровых насосов [35,36]. Отмечено, что при осуществлении гидроабразивного изнашивания при воздействии жидкой фазы не возникает третьего слоя между наплавкой и телом, образующимся из продуктов разрушения материала и абразива. В частности, в работе [37] А. Везржин и Г. Змиградский установили, что уменьшение концентрации абразивных частиц в буровом или промывочном растворе на 1 -2 % повышает износостойкость деталей гидравлического блока буровых насосов на 30-50%.

Множество исследователей посвятили свои исследования изучению абразивных свойств глинистых растворов. В частности, исследование, проведенное В.И. Рощупкиным и О.И. Верзилиным [17] показало, что

15

абразивные частицы в основном проникают по длине раструбной части манжеты поршня во время трения. При этом ресурс деталей гидравлического оборудования зависит от плотности буровой и промывочной жидкости. Исследования авторов подтвердили, что буровая и промывочная жидкость оказывает двойственное воздействие на процесс изнашивания. Она может активно участвовать в разрушении трещиноватых поверхностей, но также может обеспечивать смазочный эффект.

В работе [38] отмечается содержание песка в промывочной жидкости отражает степень загрязнения твердыми частицами. Избыточное количество этих частиц приводит к износу бурового оборудования, а также снижению скорости проходки.

Исследователи И.Ю. Быков и Н.Д. Цхадая в работе [14], делают вывод о том, что абразивному износу больше всего подвержены пары трения поршень - втулка, седло и тарель клапана.

В работе [39] показано, что при увеличении плотности бурового раствора с 1,3 г/см3 до 1,8 г/см3 срок службы деталей гидравлического блока бурового насоса резко уменьшается.

Я.М. Кершенбаум и Н.А. Прохоров [40] установили, что размер зерна абразива оказывает существенное влияние на скорость изнашивания. В частности, Прохоров отмечает, что повреждение контактирующих поверхностей тарелок и седел клапанов происходит из-за пластического деформирования и хрупкого разрушения вследствие внедрения и закрепления абразивных частиц в момент посадки тарелки на седло. Авторами установлено, что при бурении скважин с промывкой водой сроки службы поршней буровых насосов составляют 180-200 ч, при бурении с использованием тяжелых растворов ресурс их снижается до 18-20 ч, то есть в 10 раз [41].

В работах [17, 40], авторы приводят различные способы повышения

гидроабразивной износостойкости и срока службы узлов и деталей. А именно

применением высоколегированных сталей и различных видов упрочнения

16

поверхности контакта, что приводит, как мы считаем к необоснованным расходам при изготовлении узлов и деталей из этих материалов.

Анализ собранных статистических данных указал на то, что примерно 80% отказов деталей гидравлического блока бурового насоса связано с загрязнением бурового раствора абразивными частицами [6, 13]. В частности, при строительстве ГТС, колонну промывают буровыми насосами с применением глинистых растворов без специальных средств очистки и фильтрации. Этот процесс усиливает изнашивание деталей гидравлического блока насосов.

Рис. 1.1. Абразивный и гидроабразивный износ тарелки (а) и седла (б) клапана бурового насоса.

Изучение поверхности вышедших из строя деталей клапанов буровых насосов, а также по данными работ [6, 17, 43, 44, 45] показало, что в большинстве случаев ресурс деталей клапана определяется временем эксплуатации до достижения критических параметров под воздействием абразивного и гидроабразивного изнашивания (рисунок 1.1). На этом этапе разрушение деталей клапана из-за гидроабразивного воздействия происходит очень активно, также и при большем содержания абразивных частиц в буровых и промывочных жидкостях.

Один из часто встречающихся видов износа клапана возникает в результате прогиба под воздействием рабочего давления и динамических нагрузок при закрытии плоскости тарелки это приводит к повышенным

шансам образования трещин по краям тарелки, если металл хрупкий [33, 43, 44].

Критический износ направляющих тарели клапана, могут привести к нестабильной работе поршневого бурового насоса. Обычно при работе бурового насоса направление смещения осей сопрягаемых конических поверхностей меняется случайным образом, но иногда это смещение может способствовать одностороннему изнашиванию тарели и седла клапана. При этом небольшое смещение осей сопрягаемых поверхностей в сочетании с динамическими нагрузками, которые действуют на клапан бурового насоса, может вызвать увеличение контактных напряжений и, в результате, привести к разрушению посадочных поверхностей тарели и седла клапана. Внешними признаки такого разрушения могут быть трещины, сколы и пластическая деформация контактирующих поверхностей тарели и седла клапана [42, 44].

а б в

Рис. 1.2. Варианты исполнения клапана бурового насоса и расположения уплотнительного элемента: а - на тарели; б - на седле; 3 - на тарели и седле

Для обеспечения герметичности и безударной посадки, повышения долговечности в конструкции клапана широко используют уплотнительные элементы различной формы, которые могут быть установлены на тарели и/или седле клапана (рис. 1.2). При проектировании конструкции уплотнительного элемента и сопряженных поверхностей тарели и седла необходимо учесть твердость уплотняющего кольца и давления, действующего на них.

1_ 2 3

А_ 5

Рис. 1.3. Клапан бурового насоса: 1 - тарель; 2 - уплотнительный элемент тарели; 3 - зона контакта «резина-металл»; 4 - зона контакта «металл-

металл» ; 5 - седло клапана Анализ работ посвященных изучению условий эксплуатации и проблеме повышения ресурса клапанов буровых насосов [5-7, 10, 14, 17, 22, 42, и др.] позволяет сделать вывод, о том, что под воздействием абразивных частиц, попадающих в зазор «уплотнительный элемент - металл» (рисунок 1.3, поз. 4) и «металл - металл» (рис. 1.3, поз. 3) практически с первых часов работы клапана начинается разрушение этих сопряженных поверхностей. Однако, процесс их изнашивания различный. В частности, в зоне контакта уплотняющего элемента с металлической поверхностью (рис. 1.3, поз. 3) в первую очередь наблюдается механический износ уплотняющего элемента в зонах с наибольшей концентрацией напряжений. При этом износ металлической поверхности меньше за счет внедрения абразивной частицы в тело уплотняющего элемента, однако закрепляясь на его поверхности частицы абразива царапают сопряженную металлическую поверхность. Вместе с механическим изнашиванием уплотняющего элемента происходит его усталостное разрушение, которое в последствии приводит к большей просадке тарели и к его большей деформации. Это способствует образованию трещин и разрушению уплотняющего элемента в местах концентрации напряжений. Разрушение уплотняющего элемента способствует образованию промывов и

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Исмаилов Маркиз Азизович, 2025 год

Список литературы

1. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Албагачиев А.Ю. Изнашивание при ударе.-М.: Машиностроение, 1982.-192 с.

2. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М. Износостойкость сталей и сплавов: Учебное пособие для вузов. М.: Нефть и газ, 1994.-417 с.: ил.246.

3. Сорокин Г.М., Коротков В.А. О природе ударно-абразивного изнашивания. Машиноведение. №3, 1970. стр. 109-113.

4. Гасанов Б.Г., Сиротин П.В. Порошковые материалы для деталей, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания // Металлург. 2011. № 3. С. 61-64.

5. Бабаев С.Г. Надежность и долговечность бурового оборудования. М.: Недра, 1974, 184 с.

6. Бабаев С.Г., Степанян В.Г. Причины низкой долговечности тарелок и седел буровых насосов. «Машины и нефтяное оборудование», 1965, №8, с. 8-12.

7. Хрущёв М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. М.: «Наука», 1970.

8. Абдюкова, Р.Я. Анализ причин отказов клапанов буровых насосов / Р.Я. Абдюкова // Современные технологии в нефтегазовом деле - 2014 : Сборник трудов международной научно-технической конференции , Октябрьский, 14 марта 2014 года / Уфимский государственный нефтяной технический университет. - Октябрьский: Аркаим, 2014. - С. 51-57. - БЭК ТКССЕХ

9. Махкамов К.Х., Алибоев Б.А. Ударно-гидроабразивное изнашивание. Монография. - Ташкент: Фан ва технология, 2012. - 112 с.

10. Абакумов А.В., Гадалов В.Н., Афанасьев А.А., Тураева О.А. Анализ изнашивания и повреждаемости деталей буровых геологоразведочных насосов. // Междисциплинарные подходы в материаловедении и технологии. Теория и практика: сб. трудов Всероссийского совещания заведующих кафедрами материаловедения и технологии материалов. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2015. - С. 7-15.

11. Б.В. Клушанцев, А.И. Косарев, Ю.А. Муйземнек. Дробилки. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации.-М.: Машиностроение, 1990. - 320с.: ил.

12. В.А. Бауман, В.А., Стрельцов, А.И. Косарев, А.С, Слуцкер. Роторные дробилки.-М.: Машиностроение, 1973, 272 с.

13. Носиков Н.Е. Влияние условий эксплуатации на долговечность буровых насосов. «Разведка и охрана недр», 1973, №11, с. 51-52.

14. Быков И.Ю., Цхадая Н.Д. Эксплуатационная надежность и работоспособность нефтегазопромысловых и буровых машин. Учебное пособие. М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2010.

15. Васильев Ю.А. Некоторые вопросы исследования надежности оборудования, применяемого для бурения скважин: Дне. ... канд. техн . наук. М. 1971.

16. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. //-М.: Мир. 1989.

17. Рощупкин В.И., Верзилин О.И. Влияние абразивных частиц на износ деталей буровых насосов. М.: ВНИИОЭНГ. НТС «Машины и нефтяное оборудование», 1965, №8.

18. Проников А.С. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978.

19. Костецкий Б.И. Трение, смазка и износ в машинах. Киев: Техника, 1979, 482 с.

20. Крагельский И.В. и др. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977.

21. Мкртычан Я.С. Буровые и нефтепромысловые насосы и агрегаты. Исследования и разработки. М.: Газойл пресс, 1988.

22. Бабаев С.Г. Надежность нефтепромыслового оборудования. М.: Недра, 1997.

23. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. - М.: Наука, 1970.251 с.

24. Басинский В.Г., Лев А.М., Чайкин С.В. Эксплуатация и ремонт геологоразведочного оборудования. М.: РУДН. 2007.

25. Волокитенков А.А., Волков А.С. и др. Технология отбора шлама при бурении. М.: Недра, 1973.

26. Ганджумян Р.А., Калинин А.Г., Сердюк Н.П. Расчеты в бурении. Справочник, М.: РГГРУ, 2007.

27. Абубакиров В.Ф., Буримов Ю.Г., Гноевых А.Н., Межлумов А.О., Близнюков В.Ю. Буровое оборудование. Справочник. Том 2 М.: Недра, 2003.

28. Бабаян Г.Б., Ганджумян Р.А., Финкельштейн Б.И., Акунов В.И. и Литвинов Г.П. Авторское свидетельство № 1058609А, 1983.

29. Гусев А.С. Прогнозирование ресурса и надежности механических систем и конструкций при случайных нагрузках. Учебное пособие. М.: Издательство МГТУ, 1991.

30. Дмитриченко С.С. Современные методы оценки надежности машин. Справочник. М.: Машиностроение, 1984.

31. Гареев. Р.Р. Совершенствование методов оценки технического состояния насосного и вентиляционного оборудования на установках комплексной подготовки газа: Дис. ... канд. техн. наук. Уфа, 2014.

32. Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. М.: Машиностроение, 1973.

33. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. Справочник. М.: Машиностроение, 1993.

34. Кононов В.М., Захаров Ю.Н., Куликова И.С. Расчет прочности и надежности оборудования нефтегазовых промыслов. М.: Изд. МГОУ, 2012.

35. Leslie C. Rogers. Contractor geras in on pump service costs. «The Oil and gas journal» v. 63, No 16, 1965.

36. Lipson Charles. Wear consideration in design. «Mach Design», 35, No 26, 1963.

37. Wezrjm A., Zmigradsky R. «Tarcie, smarowanie I zuzycie czesci maszin» WNT, Warszawa 1975, IV.

38. Ивачев Л.М. Промывочные жидкости и тампонажные смеси. М.: Недра, 1987.

39. Измайлов Х.С. Исследование поршней буровых насосов: Дис. ... канд. техн. наук. М, 1973.

40. Кершенбаум Я.М., Прохоров Н.А. Износ тарелок и седел клапанов

146

бурового насоса. М.: ЦНИИТЭ нефтегаз. НТС «Машины и нефтяное оборудование», 1964, №8, с.8-12.

41. Кольченко А.В. Изучение абразивного износа трубопроводов потоком утяжеленного глинистого раствора. М.: Изв. АН СССР, 1962.

42. Басинский В.Г., Лев А.М., Чайкин С.В. Эксплуатация и ремонт геологоразведочного оборудования. М.: РУДН. 2007.

50. Аренс В.Ж. Физико-химическая геотехнология. М.: МГГУ, 2001, 656 с.

51. Волков А.С. Буровые геологоразведочные насосы. М.: Недра, 1982.

52. Александров М.М. О силе прижатия вращающихся труб к стенкам вертикальной скважины. Изв. вузов. Нефть и газ. 1967, №9.

53. M.B. Iancu, P. Alexandru, A. Hadar. Flow velocity as a factor of erosive wear of mud pump valves. // UPB Scientific Bulletin, Series D: Mechanical Engineering 78(3), 2016:119-130

54. Мкртчан Я.С. Повышение эффективности эксплуатации буровых насосных установок. -М.: Недра, 1984. -207 с.

55. Ганджумян Р.А., Кахаров С.К. Применение глинопорошков свободных от твердых примесей. XII международная научно-практическая конференция «Новые идеи в науках о земле» Доклады М.: 2015, т.2, с.136-137.

56. Ганджумян Р.А., Кахаров С.К. Предотвращение гидроабразивного износа элементов циркуляционной системы при бурении геотехнологических скважин. «Инженер - нефтяник» 2015, №3, с. 42-44.

57. Ганджумян Р.А. Математическая статистика в бурении. М.: Недра, 1990.

58. Ганджумян Р.А., Кахаров С.К. Преимущества гладкоствольных бурильных колонн для условий бурения геотехнологических скважин. «Вестник ассоциации буровых подрядчиков» 2015, №3, с.11-13.

59. Лившиц Л. С, Гринберг Н. А., Куркумелли Н. Г. Основы легирования наплавленного металла. -М.: Машиностроение, 1969.- 187 с.

60. Ганджумян Р.А., Калинин А.Г., Никитин Б.А. Инженерные расчеты при глубоком бурении. М.: Недра, 2000.

61. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Прикладные задачи теории вероятностей. М.:

147

Радиосвязь, 1983.

62. Гетопанов В.Н. Надежность горных машин и оборудования: Учеб, пособие, М.: Типография МГН, 1990, 42 с.

63. Виноградов В.Н., Антонов А.А. Износ деталей бурового оборудования нефтяных и газовых скважин. М.: ВНИИОЭНГ, 1965.

64. Супрун В.К. Абразивный износ грунтовых насосов и борьба с ним. - М.: Машиностроение, 1972.- 104 с.

65. Гарбер М.Е. Отливки из белых износостойких чугунов. - М.: Маши-построение, 1972.- 112 с.

66. Цыпин И.И. Белые износостойкие чугуны. Структура и свойства. М.: Металлургия, 1983.- 176 с.

67. Терек А. Байка Л. Легированный чугун - конструкционный материал. - Пер. с польского. - М.: Металлургия, 1978.- 208 с.

68. Сильман Г.И. Чугуны. Рекомендации по выбору вида и марки чугуна для литых деталей машин и оборудования. - Брянск. БГИТА, 1999. -55 с.

69. Износостойкость и структура твердых наплавок/ М.М. Хрущев, М.А. Бабичев, Е.С. Беркович и др. - М.: Машиностроение, 1971.- 95 с.

70. Лейначук Е.И. Электродуговая наплавка деталей при абразивном и гидроабразивном износе. - Киев: Наукова думка, 1985. - 160 с.

71. Фрумин И.И. Современные типы наплавленного металла и их классификация // Сб. «Теоретические и технологические основы наплавки. Наплав- ленный металл». - Киев: Наукова думка, 1977. - С. 3-17.

72. Попов В.А., Брыков H.H., Дмитриченко Н.С. Износостойкость пресс- форм огнеупорного производства. - М.: Металлургия, 1971. -157 с.

73 Шехтер С.Я., Резницкий A.M. Наплавка металлов. - М.: Машиностроение, 1982.-71 с.

74. Стойкость легированных сплавов при изнашивании абразивными частицами /Л.Г. Смолякова, В.И. Тихонович, П.Е. Порядченко и др.// Сб. «Литые износостойкие материалы». - Киев: ИПЛ АН УССР, 1972. - С. 11-20.

75. Хомусько Ф.А. Исследование гидроабразивной и кавитационной износостойкости наплавленного металла-Автоматическая сварка. - 1968. - № 6. - С. 60-64.

76. Абразивное разрушение твердых тел - М.: Наука, 1970. -247 с.

77. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Шрейбер Г.К. Ударно-абразивный износ буровых долот. -М.: Недра, 1975.- 167 с.

78. Геллер Ю.А., Евтушенко А.Т., Моисеев В.Ф. Износостойкость штамповых сталей в зависимости от их состава и структуры //Сб. «Износ и долговечность оборудования и инструмента». -М.: Недра, 1972. - С. 14-20

79. Георгиева И.Я. Трип-стали - новый класс высокопрочных сталей с повышенной пластичностью // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1976. - № 3. - С. 18-26.

80. Филиппов М.А., Литвинов B.C., Немировский Ю.Р. Стали с метастабильным аустенитом, - М.: Металлургия, 1988, - 256 с.

81. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Колокольцев М.Г. Абразивное изнашивание. —M Машиностроение, 1990-224с.: ил.

82. Пародин A.M. Разработка безвольфрамового наплавочного материала для упрочнения поверхностей изделий, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания. Диссер. .к.т.н. -М.; 1984.-228 с.

83. Попов С.Н. Попов С.Н. Физические и материаловедческие основы изнашивания деталей машин. http://www.studmed.ru/popov-sn-fizicheskie-i-materialovedcheskie-osnovy-iznashivaniya-detaley-mashin_3497c282da5.html (Дата обращения: 5.10.2018).

84. Мищенко А.Н. Повышение долговечности объемноармированных изделий, работающих в условиях абразивного и ударно-абразивного изнашивания за счет использования в качестве основы нестабильно-аустенитных сталей. Дисс...канд. техн. наук.-Новочеркасск.: 1984.-186 с.

85. Куцова В.З., Ковзель М.А., Кравченко A.B., Ковзель A.C. Закономерности формирования структуры и свойств высокохромистых чугуна в процессе ударно-абразивного износа. Сборник научных трудов Международной

149

конференции «Строительство, материаловедение, машиностроение», Митом, серия: Стародубовские чтения. Днепропетровск, 2008. С. 260.

86. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызностность): Учебник—4-е изд., перераб. и доп.—М.: «Издательство МСХА», 2001.—616 е., ил. 280 ISBN 594327-004-3.

87. Гринберг H.A., Петров И.В., Никаноров М.И. Методика исследования стойкости наплавленного металла против ударно-абразивного изнашивания // Сварочное производство. -1977. - № 7. - С. 24-27.

88. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. - М.: Наука, 1970.251 с.

89. Юзвенко Ю.А., Гавриш В.А., Марьенко В.Ю. Лабораторные установки для оценки износостойкости наплавленного металла// Сб. «Теоретические и технологические основы наплавки. Свойства и испытания наплавленного металла. - К.: ИЭС им. Е.О. Патона, 1979. - С 23-27.

90. Петров И.В., Домбровская И.К. Повышение долговечности рабочих органов дорожных машин наплавкой. - М.: Транспорт, 1970. - 104 с.

91. Эстрин Б.М. Производство и применение контролируемых атмосфер.-М.; 1963, 344 с. (Государственное научно-техническое издательство по черной и цветной металлургии).

92. Минигалиев Т.Б., Дорожкин В.П. Технология резиновых изделий: учебное пособие. - Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2009. - 236 с.

93. Касперович А. В., Шашок Ж. С., Вишневский К. В. Технология производства резинотехнических изделий. - Минск: БГТУ, 2014. - 108 с.

94. Дж. С. Дик. Технология резины: Рецептуростроение и испытания: перевод с английского Шершнева В. А. — Санкт-Петербург: НОТ, 2010. — 620 с.

95. Берлин А. А., Басин В. Е. Основы адгезии полимеров, М., Химия, 1974.

96. ГОСТ 23.207-79 Обеспечение износостойкости изделиий. Метод испытаний машиностроительных материалов на ударно-абразивное изнашивание. [Текст]. - Введ. 1981-0101.-М: Госстандарт России: Изд-во стандартов,2001.- IV, 27.: ил.; 29 см.

97. Гасанов Б.Г., Сиротин П.В. Испытательная установка для исследования ударно-абразивного и ударно-гидроабразивного износа конструкционных и специальных материалов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. -2010. - № 11. - Т.76. - С. 60-63.

98. Патент РФ № 93981 от 17.05.2010 г. Испытательная установка для ударно-абразивного и ударно-гидроабразивного изнашивания.

99. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В Зт. Т1- 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой.-М.: Машиностроение, 2001.-864с.:ил.

100. Бахметьев В.В., Колокольцев В.М., Савинов А.С., Лимарев П.С. Расчет энергосиловых параметров установки для испытания металлов и сплавов на ударно-абразивный износ. /- Вестник МГТУ им Г.И. Носова.2007. №2.-стр 5559.

101. Пат. 2725530 Российская Федерация, МПК G01N 3/08. Стенд для статических испытаний композиционных многослойных материалов (Варианты) / П.В. Сиротин, М.А. Исмаилов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. № 2019132563; заявл. 14.10.2019; опубл. 02.07.2020.

102. Головин С.А., Пушкар А., Левин Д.М. Упругие и демпфирующие свойства конструкционных металлических материалов. М.: Металлургия, 1987. 190 с.

103. ГОСТ 27890-88. Покрытие лакокрасочные защитные дезактивируемые. Метод определения адгезионной прочности нормальным отрывом.

104. Гоулдстейн Дж. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ / Дж. Гоулдстейн, Д. Ньюбери и др. // В 2-х книгах. - М.: Мир, 1984. Кн. 1. - 303 с.; Кн. 2. - 348 с.

105. Рид С. Электронно-зондовый микроанализ / С. Рид. - М.: Мир, 1979. -423 с.

106. Батыров В.А. Рентгеноспектральный электронно-зондовый микроанализ

151

/ В.А. Батыров. - М.: Металлургия, 1982. -151 с.

107. Кальпер В. Д., Зильберман А. Г. Практика микрозондовых методов исследования металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1981. - 214 с.

108. С. Грег, К.Синг //Адсорбция, удельная поверхность, пористость: 2-е изд.-М.:Мир, 1984

109. Вячеславов А.С., Ефремова М. Определение площади поверхности и пористости материалов методом сорбции газов. // Методическая разработка. М., изд. МГУ. 2011. - 65 с.

110. Бронштейн, И. Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - М.: Наука, 1986. - 461 с.

111. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - М.: Наука, 1976. -279 с.

112. Спиридонов А. А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов / А. А. Спиридонов. - М.: Машиностроение,1981. - с. 184.

113. Сиротин П.В. Структурообразование, свойства и технологии получения легированных порошковых сталей и деталей из них для буровых и цементировочных насосов: Дис. ... канд. техн. наук. - Новочеркасск, 2011. -177 с.

114. Анциферов В. Н., Акименко В. Б., Гревнов Л. М. Порошковые легированные стали. —изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1991. — 317 с.

115. Цыркин А.Т. Исследование особенностей получения, структуры и свойств металлокерамических материалов для тяжелонагруженных узлов тепловоза. Дисс. ...к.т.н. Новочеркасск 1970.

116. Головин С.А., Пушкар А., Левин Д.М. Упругие и демпфирующие свойства конструкционных металлических материалов. М.: Металлургия, 1987. 190 с.

117. Сиротин П.В., Гасанов Б.Г., Исмаилов М.А. Оценка возможности повышения ударно-абразивной износостойкости композиционных материалов за счет оптимизации их упруго-диссипативных свойств. Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. - 2018. - Т. 20, № 4. - С. 43-50.

118. Шалламах А., Химия и технология полимеров, №4, 1959 г.

119. A. Shallamach, Proc. Phys. Soc., 65B, 657, 1952; 66B, 386, 1953

120. D. Bulgin, G.B. Hubbard, M.H. Wolters, Proceed. Rubb. Tecnol. Confer., London, 1962.

121. Ратнер С.Б., Сокольская В.Д., Хим. пром., №1, 27. 1955.

122. Резниковский М.М. Каучук и резина, №9, 33. 1960 г.

123. Резниковский М.М., Бродский Г.И., Каучук и резина, №7, 18. 1961 г.

124. Рудаков А.П., Кувшинский Е.В., Тезисы докладов и сообщений. Совещания по фрикционному износу резин, 11-14 февраля 1961 г. (ВХО им. Менделеева), 1961. «Фрикционный износ резин», Изд. «Химия», 1964, стр. 46

125. Бродский Г.И., Сахновский Н.Л., Резниковский М.М., Евстратов В.Ф., Каучук и резина, №8, 22, 1960г.

126. ГОСТ 426-57. Резина. метод испытания на истирание на машине типа Грассели.

127. Пат. 2725530 Российская Федерация, МПК G01N 3/08. Стенд для статических испытаний композиционных многослойных материалов (Варианты) / П.В. Сиротин, М.А. Исмаилов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. № 2019132563; заявл. 14.10.2019; опубл. 02.07.2020.

128. Гун Г.Я. Теоретические основы обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1980. - 456 с.

129. Аркулис Г.Э., Дорогобид В.Г. Теория пластичности. М.: Металлургия, 1987. - 352 с.

130. Громов Н.П. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургия. -1978. - 360 с.

131. Инженерный анализ в ANSYS Workbench: учеб. пособ. / В.А. Бруяка, В.Г. Фокин, Я.В. Кураева. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2013.-149 с.: ил.

132. Белов С.В. Пористые материалы в машиностроении. М., «Машиностроение», 1976. 184 с., ил.

133. Гасанов Б.Г., Исмаилов М.А., Харченко Е.В. Повышение адгезионной прочности в межслойных границах порошковых железомедных сплавов с резиной // Вестник ПНИПУ. Машиностроение. Материаловедение. - 2022. -Т. 24, № 4 - С. 26-34. DOI: 10.15593/2224-9877/2022.4.03

135. В.П. Дьяконов. Matlab 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6 в математике и моделировании. М.: СОЛОН-Пресс, 2005. -576с.

136. Е.Р. Алексеев, О.В. Чеснокова. MATLAB 7. Самоучитель. М.: НТ Пресс, 2006. ISBN: 5-477-00283-2.

137. Пановко Я. Г. Введение в теорию механического удара. М.: Наука, 1977, 224 стр.

138. Дьяченко И. М. Экономика порошковой металлургии. Челябинск: Металлургия, 1990. - 153 с.

139. Седых А. М., Юзов О. В. Анализ производственно-хозяйственной деятельности металлургических предприятий.-М.: Металлургия, 2005.-125 с.

140. Львовский М. М. Исследование и разработка износостойких порошковых материалов для нагруженных деталей тепловозов: Дис. ... канд. техн. наук. -Новочеркасск, 1986. - 156 с.

Приложение А

Патент на изобретение №2725530 «Стенд для статических испытаний композиционных многослойных материалов (Варианты)

Приложение Б

Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2023614703 «Расчет параметров упруго-диссипативных подложек износостойких композиционных материалов»

Приложение В

Листинг имитационной модель в Simulink имитирующая удар тарели по

седлу клапана бурового насоса } /* end MajorTimeStep

*/

/* Update absolute time of base rate at minor time step */ if (rtmIsMinorTimeStep(rtM)) {

rtM->Timing.t[0] = rtsiGetT(&rtM->solverInfo);

}

/* Gain: '<Root>/Gain' incorporates:

* Integrator: '<Root>/Integrator1'

* Integrator: '<Root>/Integrator3'

* Sum: '<Root>/Add1'

*/

rtb_Gain4 = (rtX.Integrator1_CSTATE -rtX.Integrator3_CSTATE) *

1.0457142857142856E+9;

/* Integrator: '<Root>/Integrator' */

rtDW.Integrator = rtX.Integrator_CSTATE;

/* Integrator: '<Root>/Integrator2' */

rtDW.Integrator2 = rtX.Integrator2_CSTATE;

/* Gain: '<Root>/Gain1' incorporates:

* Sum: '<Root>/Add2'

*/

rtb_Integrator7 = (rtDW.Integrator - rtDW.Integrator2) * 0.0;

/* Step: '<Root>/Step' */ if (rtM->Timing.t[0] < 1.0) {

tmp = 200; } else { tmp = 1;

}

/* End of Step: '<Root>/Step' */ /* Gain: '<Root>/Gain6' incorporates:

* Sum: '<Root>/Add'

*/

rtDW.Gain6 = (((real_T)tmp - rtb_Gain4) - rtb_Integrator7) * 0.2;

/* Gain: '<Root>/Gain2' incorporates:

* Integrator: '<Root>/Integrator3'

* Integrator: '<Root>/Integrator5'

* Sum: '<Root>/Add4'

*/

rtb_Gain2 = (rtX.Integrator3_CSTATE -rtX.Integrator5_CSTATE) * 2.44E+9;

/* Integrator: '<Root>/Integrator4' */

rtDW.Integrator4 = rtX.Integrator4_CSTATE;

/* Gain: '<Root>/Gain5' incorporates:

* Sum: '<Root>/Add8'

*/

rtb_Gain5 = (rtDW.Integrator2 - rtDW.Integrator4) * 0.0; /* Gain: '<Root>/Gain7' incorporates:

* Sum: '<Root>/Add3'

*/

rtDW.Gain7 = (((rtb_Gain4 - rtb_Gain2) - rtb_Gain5) + rtb_Integrator7) *

0.19680189055768144;

/* Gain: '<Root>/Gain3' incorporates:

* Integrator: '<Root>/Integrator5'

* Integrator: '<Root>/Integrator7'

* Sum: '<Root>/Add6'

*/

rtb_Integrator7 = (rtX.Integrator5_CSTATE -rtX.Integrator7_CSTATE) * 45341.6;

/* Integrator: '<Root>/Integrator6' */

rtDW.Integrator6 = rtX.Integrator6_CSTATE;

/* Gain: '<Root>/Gain4' incorporates:

* Sum: '<Root>/Add7'

*/

rtb_Gain4 = (rtDW.Integrator4 - rtDW.Integrator6) * 120.0; /* Gain: '<Root>/Gain8' incorporates:

* Sum: '<Root>/Add5'

*/

rtDW.Gain8 = (((rtb_Gain5 - rtb_Integrator7) - rtb_Gain4) + rtb_Gain2) *

12.209447877106973;

/* Gain: '<Root>/Gain11' incorporates:

* Gain: '<Root>/Gain10'

* Gain: '<Root>/Gain9'

* Integrator: '<Root>/Integrator7'

* Sum: '<Root>/Add9'

*/

rtDW.Gain11 = (((rtb_Integrator7 - 2.44E+9 * rtX.Integrator7_CSTATE) - 0.0 *

rtDW.Integrator6) + rtb_Gain4) * 12.209447877106973;

if (rtmIsMajorTimeStep(rtM)) {

rt_ertODEUpdateContinuousStates(&rtM->solverInfo);

/* Update absolute time for base rate */

/* The "clockTick0" counts the number of times the code of this task has

* been executed. The absolute time is the multiplication of "clockTick0"

* and "Timing.stepSize0". Size of "clockTick0" ensures timer will not

* overflow during the application lifespan selected.

*/

++rtM->Timing.clockTick0;

rtM->Timing.t[0] = rtsiGetSolverStopTime(&rtM-

>solverInfo); {

/* Update absolute timer for sample time: [0.2s, 0.0s]

*/

/* The "clockTick1" counts the number of times the code of this task has

* been executed. The resolution of this integer timer is 0.2, which is the step size

* of the task. Size of "clockTick1" ensures timer will not overflow during the

* application lifespan selected.

*/

rtM->Timing.clockTick1++;

}

} /* end MajorTimeStep

*/

}

/* Derivatives for root system: '<Root>' */

void model_udara_po_obrazcy_c_UDP_derivatives(void)

{

XDot *_rtXdot;

_rtXdot = ((XDot *) rtM->derivs);

/* Derivatives for Integrator: '<Root>/Integrator3' */ _rtXdot->Integrator3_CSTATE = rtDW.Integrator2;

/* Derivatives for Integrator: '<Root>/Integrator1' */ _rtXdot->Integrator1_CSTATE = rtDW.Integrator; /* Derivatives for Integrator: '<Root>/Integrator' */ _rtXdot->Integrator_CSTATE = rtDW.Gain6; /* Derivatives for Integrator: '<Root>/Integrator2' */ _rtXdot->Integrator2_CSTATE = rtDW.Gain7; /* Derivatives for Integrator: '<Root>/Integrator5' */ _rtXdot->Integrator5_CSTATE = rtDW.Integrator4; /* Derivatives for Integrator: '<Root>/Integrator4' */ _rtXdot->Integrator4_CSTATE = rtDW.Gain8; /* Derivatives for Integrator: '<Root>/Integrator7' */ _rtXdot->Integrator7_CSTATE = rtDW.Integrator6; /* Derivatives for Integrator: '<Root>/Integrator6' */ _rtXdot->Integrator6_CSTATE = rtDW.Gain11;

}

/* Model initialize function */

void model_udara_po_obrazcy_c_UDP_initialize(void) {

/* Registration code */ {

/* Setup solver object */

rtsiSetSimTimeStepPtr(&rtM->solverInfo, &rtM->Timing.simTimeStep);

rtsiSetTPtr(&rtM->solverInfo, &rtmGetTPtr(rtM));

rtsiSetStepSizePtr(&rtM->solverInfo, &rtM->Timing.stepSize0);

rtsiSetdXPtr(&rtM->solverInfo, &rtM->derivs);

rtsiSetContStatesPtr(&rtM->solverInfo, (real_T **) &rtM->contStates);

rtsiSetNumContStatesPtr(&rtM->solverInfo, &rtM->Sizes.numContStates);

rtsiSetNumPeriodicContStatesPtr(&rtM->solverInfo,

&rtM->Sizes.numPeriodicContStates);

rtsiSetPeriodicContStateIndicesPtr(&rtM->solverInfo,

&rtM->periodicContStateIndices);

rtsiSetPeriodicContStateRangesPtr(&rtM->solverInfo,

&rtM->periodicContStateRanges);

rtsiSetErrorStatusPtr(&rtM->solverInfo, (&rtmGetErrorStatus(rtM)));

rtsiSetRTModelPtr(&rtM->solverInfo, rtM);

}

rtsiSetSimTimeStep(&rtM->solverInfo, MAJOR_TIME_STEP);

rtM->intgData.y = rtM->odeY;

rtM->intgData.f[0] = rtM->odeF[0];

rtM->intgData.f[1] = rtM->odeF[1];

rtM->intgData.f[2] = rtM->odeF[2];

rtM->contStates = ((X *) &rtX);

rtsiSetSolverData(&rtM->solverInfo, (void *)&rtM->intgData);

rtsiSetSolverName(&rtM->solverInfo,"ode3");

rtmSetTPtr(rtM, &rtM->Timing.tArray[0]);

rtM->Timing.stepSize0 = 0.2;

/* InitializeConditions for Integrator: '<Root>/Integrator3' */

rtX.Integrator3_CSTATE = 0.0;

/* InitializeConditions for Integrator: '<Root>/Integrator1' */

rtX.Integrator1_CSTATE = 0.0;

/* InitializeConditions for Integrator: '<Root>/Integrator' */

rtX.Integrator_CSTATE = 0.0;

/* InitializeConditions for Integrator: '<Root>/Integrator2' */

rtX.Integrator2_CSTATE = 0.0;

/* InitializeConditions for Integrator: '<Root>/Integrator5' */

rtX.Integrator5_CSTATE = 0.0;

/* InitializeConditions for Integrator: '<Root>/Integrator4' */

rtX.Integrator4_CSTATE = 0.0;

/* InitializeConditions for Integrator: '<Root>/Integrator7' */

rtX.Integrator7_CSTATE = 0.0;

/* InitializeConditions for Integrator: '<Root>/Integrator6' */

rtX.Integrator6_CSTATE = 0.0;

}

/*

* File trailer for generated code.

*

* [EOF]

*/

Таблица Г 1. Стоимость 1 кг шихты для основной и рабочей части и пористого слоя седла клапана бурового насоса

Наименование материала Массовая доля Оптовая цена. Стоимость, руб.

Основной часть

Сталь П40ХН 0.99 200 198

Итого 198

Транс портно- заготовительные расходы (3,65%) 7,13

Всего 205,13

Рабочая часть

Сталь П40ХН 0,734 200 146,8

СИ чинка 0,006 210 0,6

Итого 147,4

Транс портно- заготовительные расходы (3,65%) 5,38

Всего 152,78

Пористый слой

Порошок железный ПЖР 3.200.28 0,7 200 140

Порошок меди ПМС-1 0,3 288 86,4

бикарбонат аммония 0,3 150 45

Итого 271,4

Транс портно- заготовительные расходы (3,65%) 9,9

Всего 281,3

Таблица Г 2. Затраты на материал при изготовлении деталей по технологии ДГП

Техно Тип Основная часть Износостойкая часть Пористый слой Ким Затраты

лопш детали материала на

произв деталь.

одства Масса Стоим Стоим Масса Стоим Стонмо Масса Сгонмос Стонмо ВХ&дет.

слоя. ость ость слоя. ость сть слоя, ть сть

кг/ дет. шпхты слоя, кг/ дет. шихты слоя. кг/ шихты слоя.

слоя, РУ^е слоя, ВХ&Дет. дет. слоя, тж/дет.

РУ&кг т. РУ&кг РУР/кг

ДГП Седло 2Д 205,13 430,7 0,2 152,78 30,5 0,15 271,4 40,71 1,43 1,05 700

Таблица Г 3. Расчет заработной платы рабочим при изготовлении деталей клапана по технологии ДГП

.45 п/п Наименование операций 'Заработная плата на 1000 шт., руб.

1 Приготовление шихты. Производительность смесителя 12,5 кг/ч. Разряд работы 3. 2,45 X 1000 X 225 = 44100 -L ¿j f ч-f

2 Холодное прессование. Производительность пресса 200 пгг/ч. Разряд работы 4. чшвдш, X л. 1000 (х 2б2'5 = 1315'5

3 Спекание в камерной печи. Производительность печп 14 кг/ч, Разряд работы 4. 2,45 X 1000 X 225 = 38017 14р5

4 ДГП, Производительность штампа 120 щг/ч. Разряд работы 4. 1000 (^20 ) X 262,5 = 2187,5

Механическая обработка, Производительность: -при изготовлении седла 60 шг/ч; - при изготовлении мчтал 1 таре ли 50 щт/ ч, Разряд работы 6. 1000 ^ г г ( 60 ) X 337,5 = 5625

5 Термическая обработка. Производительность установки 30 кг/ч. Разряд работы 4. 2,45 X 1000 -——-X 225 = 18375 о и

6 Контроль дефектов и размеров 1340

7 Всего с учетом премии 25% 138700

Таблица Г 4. Расчет затрат электроэнергии при производстве седла клапана методом ДГП

№ ПУП Наименование операций Затраты электр оэнерпш на 1000 шт., руб.

Седло

1 Приготовление шихты. Производительность смесителя 12,5 кг/ч. Потребляемая мощность 3 кВт/ч 2,45 X 1000 12,5 Х 3 -508

2 Холодное прессование. Производительность пресса 200 игт/ч. Потребляемая мощность 8 кВт/ч VWMÍV ± 1000 (200)Х8 = 40

3 Спекание в камерной печи. Производительность печи 14 кг/ч. Потребляемая мощность 30 кВт/ч 2,45 X 1000 X 30 = 5069 14,5

4 ДТП. Производительность штампа 120 щт/ч. Разряд работы 4. Потребляемая мощность 6 кВт/ч 1000 Ca20)x6 = S0

5 Механическая обработка. Производительность: -при изготовлении седла 60 шт/ч; - при изготовлении VOTUVi - 1 таре ли 50 шт/ ч. Потребляемая мощность 3 кВт/ч 1. www I 1000 ( 60)ХЗ = 50

6 Термическая обработка. Производительность установки 30 кг/ч. Потребляемая мощность 10 кВт/ч 2,45 X 1000 -—-X 10 = 816,6

7 Всего 6613,6

Акт внедрения ООО «ТИЗАР»

УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ООО «ТПЗЛР>>

(должность)

Медведев С.А.

(ФИО) г.

« »

АКТ

внедрения результатов кандидатской диссертационной работы Исмаилова Маркиза Азизовича

Комиссия в составе генерального директора ООО «ТИ'ЗАР» Медведева С.А., коммерческого директора Левочкина И.А. составила настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы «Разработка материалов с повышенной ударно-абразивной износостойкостью на основе конструкционных сталей с упруго-диссипативной подложкой» использованы при разработке и внедрении технологии производства седла клапана бурового насоса высокого давления НБ - 32.

Предлагаемая технология изготовления седла клапана насоса НБ-32 из резинометаллнческого материала на основе конструкционных сталей с упруго-диссипативной подложкой позволит существенно повысить их износостойкость, долговечность, ремонтопригодность. Результаты исследований, также могут быть применены при производстве других деталей гидравлического блока бурового насоса, подверженных в процессе эксплуатации ударно-абразивному и ударно-гидроабразивному изнашиванию.

Коммерческий директор

Акт внедрения ООО «Дон Групп» г. Шахты

УТВЕРЖДАЮ

i )н Групп» г. Шахты

[ОЛЖНОСТЬ)

К.Т.Н., Поляков C.B.

0х (подпись) (ФИО)

«15» 07 2024г.

АКТ

внедрения результатов кандидатской диссертационной работы Исмаилова Маркиза Азизовича

Комиссия в составе директора Полякова C.B. и начальника производства Дмитриева В.В., составила настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы «Разработка материалов с повышенной ударно-абразивной износостойкостью на основе конструкционных сталей с упруго-диссипативной подложкой» использованы для внедрения в производство составных бил для роторных дробилок типа КМ ДР 1010.

Предлагаемая технология изготовления составных бил из резинометаллического материала на основе конструкционных сталей с упруго-диссипативной подложкой позволит существенно повысить их износостойкость, долговечность, ремонтопригодность. Результаты исследований диссертации Исмаилова М.А., также могут быть применены при производстве других деталей дробилок, подверженных в процессе эксплуатации абразивному и ударно-абразивному изнашиванию.

Директор (к.т.н)

(должность)

Начальник производства

(должность)