Методология обеспечения работ по подтверждению требуемого ресурса и гарантийного срока эксплуатации виброизоляторов систем виброзащиты оборудования Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

печивается введением в переплавляемый металл определенных составов порошков, расходуемых легирующих элементов (дополнительный привариваемый электрод) и подготовкой композиционного электрода по весу, габаритам, по форме.

Библиографический список

1. Гринюк B.C. Повышение стойкости крупных молотовых штампов, изготовленных излитого металла ЭШП/В С. Гринюк, Карпов В.Ф и др. // Рафинирующие переплавы.- Киев: Наукова Думка, 1975. - Вып.2. - С. 109-111.

2. Патон Б.Е. Фасонное электрошлаковое литье - новый метод получения эаготовокдеталей ответственного назначения / Б.Е Патон, Б.И, Медовар, Ю.В. Орловский - Киев: НауковаДумка,1980.-Вып. 13,- С. 9-12.

3. Патон Б.Е. Электрошлаковое кокильное литье / Б.Е. Патон, Б.И. Медовар, Ю.В. Орловский. - Киев: Общество Знание УССР, 1982.- С. 64.

4. Гринюк B.C. Производство крупных штамповых заготовок методом ЭШЛ/ B.C. Гринюк, В.Я. Саенко, Б.И. Медовар, Г. А. Бойко и др. // Проблемы специальной электрометаллургии. - Киев: НауковаДумка, 1978. - Вып. 8. - С. 31-37.

5. Власов А.Ф. Влияние электрошлакового переплава на свойства литой штамповой стали 5ХНМ / А.Ф. Власов, Г. А. Молодан, М.М.Дьяков, Т.С. Изотова//Проблемы специальной электрометаллургии. - Киев: НауковаДумка, 1989. - Вып. 2. С.. 23-28.

ЖЕРЕБЦОВ Сергей Николаевич, генеральный директор ЗАО «Омский завод специальных изделий». ГРЯЗНОВ Владимир Васильевич, доцент кафедры «Машины и технология обработки металлов давлением» Омского государственного технического университета.

УДК ¿29.7.018.4

М.Ю.СЕРГАЕВА В. Г. ЦЫСС

Омский государственный технический университет

МЕТОДОЛОГИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТ ПО ПОДТВЕРЖДЕНИЮ ТРЕБУЕМОГО РЕСУРСА И ГАРАНТИЙНОГО СРОКА ЭКСПЛУАТАЦИИ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ СИСТЕМ ВИБРОЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ_

Рассмотрена методология, обеспечивающая выполнение работ по подтверждению требуемого ресурса и гарантийного срока эксплуатации виброизоляторов систем виброзащиты оборудования. Методология апробирована как на серийных, так и на вновь разрабатываемых конструкциях различных типов виброизоляторов. По результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований произведено увеличение гарантийных значений срока эксплуатации и ресурса ряда виброизоляторов.

Виброизолирующие системы на основе рези- Подтвердить требуемый срок эксплуатации (Шлет) новых и пневматических упругих элементов находят и ресурс работы (50 тыс. часов) виброизолирующих широкое применение в амортизирующих крепле- систем без проведения теоретических и экспери-ниях оборудования, установленного на автомобиль- ментальных исследований в настоящее время прак-ном транспорте, судах, летательных аппаратах. В тически невозможно по следующим причинам: настоящее время виброизолирующие системы име- 1) отсутствуют данные по эксплуатации таких кон-ют, в основном, гарантийный срок эксплуатации не струхций в течение длительного времени в реальных более 5 лет и ресурс 25...30 тысяч часов. Растущие условиях эксплуатации;

требования к долговечности и надежности аморти- 2) прямые стендовые испытания виброизолирую-зируемого оборудования и конструкций (включая и щих конструкций являются достаточно длительными, виброизолирующие системы), обуславливают необ- В методическом плане работы по подтверждению ходимость выполнения работ по повышению срока требуемого ресурса и гарантийного срока эксплу-эксплуатации и ресурса виброизоляторов, входящих атации виброизоляторов различного оборудования в качестве основного элемента виброизолирующих предусматривают выполнение следующих основных систем. этапов (11:

1. Расчет режимов ускоренного старения виброизоляторов на требуемый срок эксплуатации.

2. Изготовление образцов виброизоляторов и проведение их ускоренного старения на срок, имитирующий требуемый срок эксплуатации.

3. Ресурсные испытания и определение кривой усталости виброизоляторов.

4. Расчет режимов ускоренных ресурсных испытаний виброизоляторов в соответствии с амплитудно-частотной моделью эксплуатации.

5. Исследование длительной вибрационной прочности виброизоляторов в режиме ускоренных ресурсных испытаний.

6. Экспериментальная проверка основных функциональных и рабочих характеристик виброизоляторов (нагрузочная характеристика, статические, вибрационные и ударные жесткости, прочность и запас прочности).

7. Разработка рекомендаций и заключения о возможности подтверждения и установления требуемого ресурса и гарантийного срока эксплуатации виброизоляторов.

Для выполнения этих этапов требуется разработка двух основных методологических методик:

1) методики ускоренного старения виброизоляторов для имитации срока эксплуатации;

2) методики ускоренных ресурсных испытаний виброизоляторов для подтверждения требуемого ресурса.

Остановимся коротко на основных теоретических положениях этих методик.

1. В основу методики ускоренного старения виброизоляторов положен тот факт, что в процессе эксплуатации виброизоляторы испытывают воздействие нагрузок как статического, так и динамического характера, которые в. совокупности с температурными воздействиями могут привести к их разрушению. Определение срока эксплуатации виброизоляторов при этом можно осуществить как в естественных условиях, так и в условиях, адекватных условиям работы изделия. Однако определение кинетики изменения характерных показателей на протяжении всего периода эксплуатации виброизоляторов в виброизолирующих системах является достаточно длительным процессом. В связи с этим целесообразно подобрать такой ускоренный метод, при котором изменение свойств резин виброизолятора было бы эквивалентно изменениям, происходящим в условиях его эксплуатации. В основу этого метода положены закономерности изменения скорости старения резин в зависимости от температуры [2, 3]. Путем соответствующей экстраполяции можно произвести пересчет скорости процесса старения при высокой температуре к скорости такого же процесса, происходящего при температуре эксплуатации. Конечной целью ускоренного старения виброизоляторов является приведение резин изделия к состоянию, соответствующему требуемому ресурсу.

Изменение характерного показателя резин виброизоляторов во времени можно описать уравнением [4]

= До'е

-иЛ1(гг)-Р(т)

(1)

Зависимость скорости процесса старения от температуры Г можно представить в виде [4]

1пиА.(Т) = С-О В(Т) ,

(2)

где В(Т) — функция изменяющейся в процессе эксплуатации виброизоляторов температуры; С, й - коэффициенты.

Из уравнений (1) и (2) следует, что

1п А,- = 1п Д0 - Р(т)- ес~о щт>

(3)

Экспериментально установлено, что для многих резин величины

Р(т) = та; В(Т) = — ; « = сопя( .

Т

В этом случае после соответствующих преобразований зависимость (3) принимает вид

1пА1=1пА1о-ехр(С + а1пт-у)- (4)

В качестве характерного показателя, отражающего структурные изменения в резине в процессе старения, принимается величина относительного удлинения при разрыве, значение которого резко уменьшается в начальный период старения и монотонно изменяется в течение времени [4].

В целях сокращения сроков подтверждения работоспособности виброизоляторов подбирается режим теплового воздействия, эквивалентный воздействию внешней среды в условиях их эксплуатации. Эквивалентность понимается как равенство значений характерного показателя по окончании срока эксплуатации А13 и по окончании ускоренного старения Д.г1:

/л А,-, = 1п А,-,

(5)

Учитывая, что

1п Д = /л А10 - ид (Т) ■ та;

1пА1з=1пАю-иА(Ти)тиа,

(6)

тогда величина времени ускоренного старения будет равна

1п (1п А,0 - 1г\ А,,,) -1пиАи(Ти)

(7)

где А, — характерный показатель резины;

А.0 — начальное значение характерного показателя

резины;

оА. — константа скорости процесса старения; Р(т) — функция времени; Т — температура;

т — время эксплуатации виброизоляторов.

где Д.и, Аь, Аш — значения характерного показателя резины в начале срока эксплуатации, по окончании срока эксплуатации и по окончании ускоренного старения соответственно; та — время ускоренного старения; Ти — температура старения; а — эмпирический коэффициент.

2. С целью подтверждения возможности назначения необходимых гарантийных сроков эксплуатации и ресурса исследуемые виброизоляторы, прошедшие ускоренное старение, имитирующее требуемый срок эксплуатации, экспериментально подвергаются проверке их длительной вибрационной прочности (ресурса) и основных рабочих и функциональных характеристик (нагрузочная характеристика, жесткость, прочность, запас прочности). Требуемый ресурс виброизоляторов подтверждается ускоренными ресурсными испытаниями, которые выполня-

| ются в режимах, определяемых по методике ускоренных ресурсных испытаний виброизоляторов. Основные положения этой методики изложены в работе [5]. Порядок проведения ускоренных испытаний виброизоляторов согласно этой методике сводится к следующему. Для виброизоляторов, кривая усталости которых неизвестна, предварительно выполняются ускоренные ресурсные испытания, по результатам которых производятся расчеты, позволяющие определить кривую усталости вида:

N -Рк = С, (8)

где Р — параметр нагружения виброизолятора; N - ресурс конструкции; С, к - константы.

Для того чтобы связать продолжительность испытаний конструкции с интенсивностью разрушающих воздействий вводится понятие о мере повреждения £>,, которая определяется по формуле

0,.=-^, (9)

N..

где п. - число циклов нагружения конструкции на ;'-м режиме. Мера повреждения от суммарного воздействия последовательности режимов с параметрами Р,, Рр ..., Рк с числом циклов, наработанных в каждом из режимов, соответственно, п(/ п2,..., пк определяется в соответствии с принципом линейного суммирования повреждений:

1=1 '

Если величина В£< 1, то исследуемая конструкция должна выдержать предусмотренные режимы эксплуатации, в противном случае разрушение конструкции должно наступить раньше, чем будут наработаны все циклы в предусмотренных режимах. В приведенном режиме-: той же меры повреждения конструкция достигнет по наработке:

= , (11)

где пг1р - число циклов приведенного (ускоренного) режима испытаний;

N — разрушающее число циклов (ресурс) в приведенном режиме испытаний с параметром Р .

Сохранение работоспособности виброизоляторов после наработки величины лпри является подтверждением требуемого ресурса.

На заключительной стадии проведения работ по подтверждению требуемого ресурса и гарантийного срока эксплуатации выполняется экспериментальная проверка основных функциональных и рабочих характеристик виброизолятора: нагрузочной характеристики, статической, вибрационной и ударной жесткостей, прочности и запаса прочности. Если эти характеристики удовлетворяют критериям отказа, то выполненная по методикам ускоренного старения и ускоренных ресурсных испытаний оценка показателей работоспособности виброизоляторов принимается,

Для иллюстрации применимости предложенной методики рассмотрим пример подтверждения требуемого ресурса и срока эксплуатации виброизоляторов с пневматическими упругими элементами. В настоящее время такие виброизоляторы имеют гарантийный срок эксплуатации 5 лет и в течение данного срока должны выдержать знакопеременные деформации в количестве:

а) п, = 2,8» 103 циклов при амплитуде Б, = 15 мм;

б) п2 = 2,4 • 105 циклов при амплитуде = 10 мм;

в) п3 = 2,1 • 10° циклов при амплитуде Р3 = 5 мм;

г) п4 = 5,4 • 109 циклов при амплитуде = 1 мм, или 30 тысяч часов.

Требуется обосновать и подтвердить сохранение работоспособности этих виброизоляторов при 10-летнем сроке эксплуатации, в течение которого они должны будут выдержать следующие деформации в количестве:

а) п, = 3,8 • 103 циклов при амплитуде Р, = 15 мм;

б) п2 = 3,4 • 105 циклов при амплитуде ¥2 = 10 мм;

в) п3 = 3,1 ■ 106 циклов при амплитуде Р3 = 5 мм;

г) п4 = 9 • 109 циклов при амплитуде Р4 = 1 мм, или 50 тысяч часов.

1. Учитывая требуемый срок эксплуатации виброизоляторов, ускоренное старение вновь изготовленных образцов данных виброизоляторов, имитирующее 10-летний срок эксплуатации, выполнялось в следующих режимах:

— виброизоляторы помещались в термобароклав, в камере которого стабилизировалась температура 90°С;

Таблица 1

Результаты ресурсных испытаний виброизоляторов

Амплитуда Температура, °С Число циклов до

деформирования разрушения, N-103

Р, мм

12 20 548,0

12 35 453,0

12 50 346,0

14 20 312,0

14 35 274,0

14 50 187,0

15 20 214,0

16 35 182,0

16 50 136,0

— при температуре 90°С виброизоляторы выдерживались в течение рассчитанного по методике ускоренного старения времени (16,8 суток), которое имитирует требуемый 10-летний срок их эксплуатации в реальных условиях;

— по истечении срока ускоренного старения виброизоляторы извлекались из термобароклава и осматривались с целью подтверждения отсутствия дефектов, которые могли возникнуть во время старения (трещины, отслоения, вздутия и т.п.).

2. Виброизоляторы, прошедшие ускоренное старение, подвергались ресурсным испытаниям с целью определения кривой усталости. Испытания проводились на специальных стендах для ресурсных испытаний при температуре окружающего воздуха 20°С, 35°С, 50°С. Всего испытаниям было подвергнуто 18 виброизоляторов. При этом на каждой из амплитуд деформирования — 12 мм, 14 мм, 16 мм — испытывалось по 6 виброизоляторов. Критерием оценки сохранения работоспособности виброизоляторов была их нагрузочная характеристика. В случае ее несоответствия нагрузочной характеристике, указанной в технических условиях, виброизолятор считался вышедшим из строя. Результаты ресурсных испытаний виброизоляторов приведены в табл. 1.

Полученные результаты испытаний позволяют определить кривую усталости испытанных виброизоляторов в виде зависимости (8).

3. Для подтверждения возможности назначения требуемого срока эксплуатации виброизоляторов (10 лет) и ресурса 50 тыс. часов проводились исследования длительной вибрационной прочности в режиме ускоренных ресурсных испытаний, который определяется по методике ускоренных ресурсных испытаний в соответствии с амплитудно-частотной моделью их эксплуатации. Режим ускоренных испытаний был следующим:

— амплитуда деформирования — 15 мм;

— температура окружающей среды — 35°С;

— количество циклов приведенного режима, необходимое для подтверждения работоспособности виброизоляторов в течение 10-летнего срока эксплуатации — пи = 115 • 103 циклов.

После наработки виброизоляторами 115» 103 циклов проверяются их нагрузочные характеристики, результаты которых показали их соответствие требованиям технических условий, а именно: нагрузочные характеристики находились в допустимом ±20% поле отклонений, и при этом отклонение от исходной характеристики не превышало 10 %.

4. Определение статической, вибрационной и ударной жесткостей виброизоляторов осуществля-

лось расчетным путем. Полученные значения жест-костей виброизоляторов отличаются от значений, указанных в технических условиях, не более чем на 7,5%, 5,4% и 8,6% соответственно. Результаты испытаний на прочность и запас прочности также показали, что испытанные виброизоляторы имеют запас прочности не менее двух и удовлетворяют требованиям технических условий.

Таким образом, выполненные теоретические и экспериментальные исследования подтвердили возможность установления для испытанных виброизоляторов требуемого срока эксплуатации 10 лет и ресурса 50 тыс. часов. Рассмотренная методология обеспечивает выполнение работ по подтверждению требуемого ресурса и гарантийного срока эксплуатации виброизоляторов систем виброзащиты оборудования. Методология апробирована как на серийных, так и на вновь разрабатываемых конструкциях различных типов виброизоляторов. По результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований произведено увеличение гарантийных значений срока эксплуатации и ресурса ряда виброизоляторов.

Библиографический список

1. ЦыссВ.Г., СергаеваМ.Ю. Методика продления показателей ресурса находящихся в эксплуатации корабельных амортизирующих конструкций// Материалы научно-тех. конф. «Развитие оборонно-промышленного комплекса на современном этапе».-Омск: ОмГУ, 2003. - С. 66-67.

2. Кузьминский A.C., Кавун С.М., Кирпичев В, И. Физико-химические основы получения, переработки и применения эластомеров. - М.: Химия, 1976. — 247 с.

3. ДегтеваТ.Г. и др. Старениеи защита резин. - М.: Госхимиздат, 1960. -89 с.

4. Пиновский М.Л., Цысс В.Г, Об оценке работоспособности пневматических упругих элементов с резинокордными оболочками. - М.: Каучук и резина, 1983, №6. - С.31-34.

5. Пиновский М.Л., Полисадов С.Д., Цысс В.Г, К вопросу ускоренных испытаний пневматических резинокордныхупругих элементов. - Владивосток, 1982.-С.51-55.

СЕРГАЕВА Марина Юрьевна, старший преподаватель кафедры стандартизации и сертификации, аспирант.

ЦЫСС Валерий Георгиевич, доктор технических наук, профессор кафедры стандартизации и сертификации.

В мире мудрых мыслей

Мы не знаем материи, лишенной сил, и, наоборот, не знаем сил, кото рые не были бы связаны с материей.

Г. Гегель