CC BY
29
УДК 621.9.048.6
Б01: 10.15587/2312-8372.2018.123838
ВПЛИВ В1БРАЦ1ЙНО-В1ДЦЕНТРОВОГО ЗМ1ЦНЕН Я НА ПАРАМЕТРИ БЕЗВ1ДМОВНОСТ1 ВТУЛОК БУРОВИХ ПО^ТП
Кусий Я. М., Кук А. М., Тошльницький В. Г.
1. Вступ
У сучасному машинобудувант зростають вимоги до надшност виробiв, що обумовлено складнютю сучасно!' технiки, зростанням навантажень тд час роботи систем i елеменлв, умовами !х експлуатацii, пiдвищенням вимог до якост виробiв, частковою або повною автоматизащею процесiв виробництва [1-4]. Вщ надiйностi в значнiй мiрi залежать експлуатацiйнi характеристики: зносостiйкiсть, втомна мщнють, корозiйна стiйкiсть тощо, а також безпека, економiчнiсть, ресурс роботи та конкурентоздатнють продукцii [1, 5, 6].
На сучасному еташ розвитку машинобудування iз ускладненням конструкцiй, технологш виготовлення та складання машин, тдвищенням вiддовiдальностi виршуваних ними завдань проблема забез чення надiйностi стае актуальшшою. Успiшне розв'язання цiеi проблеми залежить вщ якост органiзацiйного, технiчного, шформацшного та методологiчного забезпечення (рис. 1) [6].
Оргатзацшне забезпечення охоплюе планування та реалiзацiю робiт щодо параметрiв надiйностi, органiзацiю вiдповiдних служб, економiчно-правовi та адмшютративт вiдношення м1ж замовником, розробником i виробником продукцп.
Рис. 1. Принципи забезпечення надшност складних технiчних систем
Технiчне забезпечення характеризуеться оснащенням галузi ПЕОМ (персональними електронно-обчислювальними машинами), прикладним програмним забезпеченням, експериментальною та виробничою базою, р1внем технологи та метрологи
1нформацшне забезпечення - це засоби та способи збирання, накопичення, опрацювання та використання даних про процеси розроблення й експлуатацп систем, результапв аналiзу вщмов i дефект1в. Окрiм цього аналiзуються дат про змши документацii, порушення стабтьносп виробництва, недотримання термiнiв й шших факторiв вiдхилення вiд запланованого ходу розробки та застосування технiки.
Методолопчне забезпечення мютить в собi теоретичну базу та шженерт методи аналiзу надiйностi систем на рiзноманiтних стащях життевого циклу машини, а також методи та алгоритми, що використовують пiд час реалiзацii та аналiзi результатiв впровадження програм забезпечення надшност!
Забезпечення надiйностi, як одна з основних задач розроблення та застосування складних техшчних систем, реалiзуеться в рамках оргашзацшнох' структури машинобудування. Тому одним з напрямюв щодо забезпечення надшност!, зокрема вiдповiдальних деталей бурового шструменту та його технологiчного оснащення, полягае в удосконаленнi самоi оргашзацшнох' структури, а також в розробленш та реалiзацii додаткових заходiв. Ц заходи будуть стимулювати забезпечення надшност та пiдвищення рiвня параметрiв органiзацiйноi структури.
2. Об'ект досл1дження та його технолопчний аудит
Об'ект дослгдження - викшчувально-змщнювальна технологiчна операцiя та реаизуюче 11' устаткування й оснащення для забезпечення показниюв надiйностi втулок бурових помп.
Технiко-економiчнi показники бурових робгт залежать вiд ефективностi бурових шструменлв. Однак довговiчнiсть бурового шструменту, зокрема шарошкового типу, в значнш мiрi залежить вiд своечасного нагштання промивно!' рiдини (води, глинястого розчину) в свердловину при геологорозвщувальному та структурно-пошуковому бурiннi на нафту i газ. Це забезпечуеться буровими помпами (НБ32, НБ50 тощо) [7]. До найнавантажешших частин помпи, зокрема НБ32, вiдносять деталi гiдравлiчноi частини: поршш, цилiндровi втулки, штоки поршнiв i повзунiв, клапани i сiдла клапашв. Забезпечення над]4' ост! т тдвищення ресурсу вiдповiдальних деталей помп, зокрема цилшдрових втулок, технологiчними методами тдвищить конкурентоздатнiсть та ефективнiсть бурового обладнання.
Сучасна технологтя виготовлення будь-яких деталей ставить висок вимоги як до продуктивност! використовуваного обладнання, так i до точност! та якосп оброблюваних поверхонь [1]. У той же час, досвщ експлуатаци машин, приладв, апараттв переконливо свщчить, що надшшстъ та довговiчнiстъ залежать в!д характеру контактування спряжених деталей одна з одною або з рщким, газовим та шшим середовищем. Це визначае стан поверхневого шару контактних деталей [1, 2, 5]. Крж того, багаточисельними дослщженнями встановлено, що яюсть поверхнi деталей машин суттево визначае зносостшюсть, мiцнiсть, корозшна стiйкiсть та iншi експлуатацiйнi властивосп деталей машин.
Формування параметр!в якост!, експлуатацшних характеристик ! показниюв надшност вщбуваеться на фшшних ! викшчувально-змщнювальних операщях технолопчних процешв виготовлення вироб!в. Методи мехашчного оброблення, що реаизують фшшш технолопчн! операцii, дозволяють керувати яюстю поверхневого шару лише у вузьких межах, при цьому резерви мщност матер!ал!в залишаються невикористаними [1]. Для реаизацп викшчувально-змщнювальних операцш технолопчних процешв застосовують х!мшо-терм!чт методи оброблення та нанесення покрить !
мeгоди обpобки тиском (повepxнeвого плaсгичного дeфоpмyвaння). Пpи викоpисгaннi xiмiко-тepмiчниx мeтодiв обpоблeння тa нaнeсeння покpить нeобxiднe зaлyчeння пpaцiвникiв високоï квaлiфiкaцiï для обслyговyвaння спeцифiчного yстaткyвaння. Ta й ш^ога пpомисловe викоpистaння xiмiко-тepмiчниx мeтодiв гaльмyeться нaдзвичaйно високою eнepгомiсткiстю ^о^су.
Ефeктивним тexнологiчним мeтодом peaлiзaцiï викiнчyвaльно-змiцнювaльниx опepaцiй тexнологiчниx пpоцeсiв з мeтою зaбeзпeчeння покaзникiв нaдiйностi виpобiв мaшинобyдyвaння e повepxнeвe змiцнeння зa допомогою piзномaнiтниx способiв повepxнeвого плaстичного дeфоpмyвaння, зокpeмa з викоpистaнням вiбpaцiй.
Для тexнологiчного зaбeзпeчeння покaзникiв якост повepxнi дeтaлeй мaшин i мexaнiзмiв pозpоблeний мeтод вiбpaцiйно-вiдцeнтpового змiцнeння [1, 2]. Haйпошиpeнiшe y мaшинобyдiвнiй ^arn^i тexнологiчнe yстaткyвaння й оснaщeння для вiбpaцiйно-вiдцeнтpовиx пpистpоïв з дeбaлaнсним i eлeктpомaгнiтним пpиводом мae своï пepeвaги й нeдолiки, що обмeжye облaсть ïx викоpистaння. He зaвжди eфeктивними були спpоби aдaптyвaти вiбpомaшини об'емного обpоблeння для вiбpaцiйно-вiдцeнтpового змiцнeння виpобiв.
Тому пpоблeмa нaдiйностi виpобiв сУчaсного мaшинобyдyвaння, зокpeмa цилiндpовиx втулок бypовиx помп, якa пpоникae y сфepи виpобництвa тa eксплyaтaцiï мaшин, вимaгae систeмностi y пpийнягтi тexнологiчниx prnern. А тaкож вимaгae pозpоблeння новиx i вдосконaлeння iснyючиx тexнологiчниx ^о^шв виготовлeння виpобiв [1, 2, 6, 8].
3. Мета та задачi дослщже^ня
Мета до^дження - aнaлiз впливу мeтодy вiбpaцiйно-вiдцeнтpового змiцнeння тa peaлiзyючого його тexнологiчного оснaщeння та покaзники бeзвiдмовностi цилiндpовиx втулок бypовиx помп нa викiнчyвaльно-змiцнювaльнiй опepaцiï тexнологiчного пpоцeсy виготовлeння.
Для досягтання постaвлeноï мeти нeобxiдно виpiшити таступш зaдaчi:
1. Адaптyвaти мeтод об'емного вiбpaцiйного обpоблeння для вiбpaцiйно-вiдцeнтpового змiцнeння внyтpiшнix повepxонь цилiндpовиx втулок бypовоï помпи НБ32 тa спpоeктyвaти тexнологiчнe оснaщeння для його peaлiзaцiï.
2. Експepимeнтaльно дослiдити тa пpовeсти нaтypнi випpобyвaння стосовно впливу вiбpaцiйно-вiдцeнтpового змiцнeння нa пapaмeтpи бeзвiдмовностi цилiндpовиx втулок.
4. Дослщження iснуючих р1шень проблеми
Особливiстю пpоблeми нaдiйностi e ïï зв'язок зi всiмa eтaпaми життевого циклу мaшини (pис. 2), починaючи з eтaпy фоpмyвaння й об^уп^ення iдeï ïï ствоpeння, i звкшчуючи пpийнягтям piшeння пpо списвння (yтилiзaцiю) виpобy чи мexaнiзмy. ^и pозpaxyнкy тa пpоeктyвaннi пapaмeгpи нвдшносп зaклaдaються y пpоeкт, пpи виготовлeннi - зaбeзпeчyються, пpи eксплyaтaцiï - peaлiзyються [8-12].
Рис. 2. Життевий цикл машини
На даний час в теори надшносп отриманi фундаментальнi результати в двох основних напрямках дослщжень: ймовiрнiсно-статистичному (для техшчних систем 3i складною структурою i складними зв'язками мiж елементами) i детермшованому, пов'язаному з дослщженням фiзики вiдмов. В межах першого напрямку розробленi математичнi методи оцшки надiйностi, статистичного оброблення результатiв випробувань i експлуатаци, розроблення високонадшних структур техшчних систем, планування випробувань, контролю та прогнозування надшносп. В межах другого напряму вивчеш механiзми процешв, якi здiйснюють основний вплив на надшшсть, розробленi методи розрахунку на мщнють i зношування, розробляються новi технологiчнi методи пiдвищення надiйностi матерiалiв, елементiв та об'ектiв загалом. В даний час спостер^аеться процес злиття цих двох напрямюв, при цьому методи та результат iз одше!' областi використовуються в iншiй, i на цш основi виникае едина загальна наука про надiйнiсть техшчних об'екпв [8-12].
Сучасна теорiя надшносп базуеться на фундаментальних законах математики i природничих наук [8, 9, 13-16]. Експлуатацшна надiйнiсть i працездатнють машин i обладнання бурових комплекшв вiдносять до базових критерiïв, що забезпечують рентабельнiсть сучасного бурового виробництва [7].
Технолопчний процес бурiння здшснюеться у тiсному взаемозв'язку всiх комплекшв обладнання рiзноманiтного функцiонального призначення, при якому вiдмова або несправнiсть одного вузла або елемента приводить до виходу з ладу об'екта системи або усього комплексу загалом. При цьому перебоï в процеш буршня часто супроводжуються виникненням аварiй, що ускладнюють технологiчний простiй органiзацiею аваршно-лжвщацшних робiт [7].
Технологiчний процес виготовлення, складання та контролю виробу повинен з мтмальними витратами часу та засобiв забезпечити необхiдний рiвень якосп продукцп та показники надiйностi [1, 2, 17-23]. Однак щ двi сторони нерiдко вступають в протирiччя: пiдвищення продуктивностi супроводжуеться зниженням якосп, i, навпаки, вища якiсть досягаеться при нижчш продуктивностi. Однак нерщко iгноруються характеристики надiйностi, якi проявляються шд час експлуатацiï виробiв (рис. 2, 3), хоча саме безвщмовнють i довговiчнiсть забезпечують бажаний ресурс роботи деталей машин, зокрема нафто- i газовидобувного обладнання [1, 2, 7].
Безпосередньо встановити зв'язок мiж вщправними, поточними i вихiдними параметрами технологiчного процесу та показниками надшноси надскладно (рис. 3) [8, 9]. Показники надшносл пов'язан з експлуатацiйними властивостями виробiв - зносостiйкiстю, корозiйною стiйкiстю, втомною мщшстю, теплостiйкiстю тощо, а параметри технолопчного процесу з точнiстю оброблення та характеристиками мшрорельефу поверхневого шару. Тому на практищ, як правило, аналiзують та дослiджують основнi параметри якосп поверхнi у взаемозв'язку з експлуатацшними властивостями машин i приладiв, якi вони визначають [1-3, 5, 8, 14].
Технолопчний Параметри якосп Параметри якосп токазники
процес вироб1в (точшсть вироб1в (точшсть надшносп
(послщовшсть —► обробки, якють —► обробки, яюсть —► чкоефщ1ент
операщй, режими поверхн тощо) поверхн тощо) надшносп,
обробки тощо) ресурс тощо)
Рис. 3. Схема залежносп показникш надiйностi вiд рiвня технологiчного процесу [8]
Стосовно виробiв машинобудування, ' чкрема деталей бурового шструменту, розрiзняють потенцiйну надiйнiсть, що досягаеться в процес його розроблення та конструювання, i фактичну надшшсть, яка забезпечуеться в процесi виготовлення залежно вiд конструкторсько-технологiчноi пiдготовки виробництва [7].
Потенцшна надшшсть об'екту П0 внзначае його максимально досяжне значення надшносп [7]:
П0 ^^консти. ~^-еле.м. ; (1)
О констр. еле.м. вир.
де ПКоНстр., Пелем.„ Пвир. - потенцшш, вщповщно, надшшсть конструкцн, комплектуючих елеменлв i виробничих процесiв.
Потенцiйна надшшсть конструкцн ПКоНстр. визначаеться як ймовiрнiсть того, що обумовлен в нормативнш документацii технiчнi вимоги бурового обладнання залишатимуться в межах заданих параметрiв, якщо не вiдбудеться раптова вщмова.
Потенцiйна надiйнiсть комплектуючих елементiв Пелем. визначаеться як ймовiрнiсть того, що елементи будуть працювати нормально протягом визначеного часу при заданих силових режимах i експлуатацшних умовах:
= -К-К (2)
де kj - коефщент, що враховуе штенснвшсть вщмов елеменпв даного типу за визначений пром1жок часу; - коефпцент, що враховуе експлуатацшш умови (температура, волопсть тощо); ко - коефпцент, що характеризуе тип
обладнання (силове, пщймальне тощо).
Потенцшна надшшсть виробничих процешв Пвир. визначаеться як ймовiрнiсть того, що окремi технологiчнi операцiï завершаються без допустимих дефекпв.
В реальних експлуатацiйних умовах розрив мiж потенцiйною та практичною надшшстю е вiдчутним з огляду на приховаш та явнi дефекти (4085 % вiд загальноï кiлькостi). Цi дефекти закладенi на стади створення машини (рис. 3), що спричинюють вщмови на стадп експлуатаци [7, 8, 14].
Технологовi зазвичай важко подати вагоме обгрунтування того або iншого заходу, пов'язаного з шдвищенням надiйностi виробу, оскшьки його результати проявляються лише через тривалий промiжок часу i не у сферi дiяльностi даного шдприемства. В той же час вся оргашзашя виробництва даного виробу, використовуваш технологiчнi процеси та методи контролю мають виршальний вплив на показники надшносп. Встановлено [1, 2, 9, 17-23], що фшшш та викшчувально-змщнювальш операцiï технологiчного процесу мають безпосереднш i iстотний вплив на показники надшносп, хоча цi зв'язки складш та багатоетапнi, i не е очевидними.
Одним з основних складових надiйностi е безвiдмовнiсть - здатнють виробу безперервно зберiгати роботоздатнiсть протягом деякого перiоду або напрацювання, основними параметрами яко!' стосовно втулок бурових помп е [6, 7]:
- ймовiрнiсть безвщмовно1' роботи (коефiцiент надшносп) P(t);
- середне напрацювання до вщмови Тсер;
- середне напрацювання на вщмову Т0;
- параметр потоку вщмов c(t);
- штенсивнють вiдмов À(t);
- iмовiрнiсть вщмови визначеного виду q0.
Проблема надшносп у сучасному машинобудуванш - комплексна. Вона проникае у сфери виробництва та експлуатаци машин, для ïï виршення притягуються рiзнi галузi знань, вона вимагае ухвалення нових оргашзацшно-технiчних рiшень [8].
Тому використання теоретичних та практичних основ теори надшносп для шдвищення ресурсу деталей типу «гшьза», «цилiндр» нафтогазовидобувного обладнання та реаизашя ефективних фiнiшних i викшчувально-змщнювальних операцiй технологiчних процесiв 1'х виготовлення сприятиме розробленню ефективних конструкцш бурового обладнання.
5. Методи дослщжень
5.1. Матерiали та експериментальнi зразки
З огляду на те, що бшьшють деталей типу «цилiндр», «втулка» нафтогазовидобувного обладнання виготовляють з конструкцшних сталей, для проведення експериментальних до^джень використали дослiднi зразки втулок з двох матерiалiв:
- сталi 70 ГОСТ 1050-88 (зпдно ТУ);
- стаи 20 (як альтернативний варiант).
Креслення дослiдного зразка наведено на рис. 4.
Рис. 4. Креслення д обидного зразка
5.2. Технолопчне обладнання та оснащення для реалiзащl вiбрацiйно-в1дцентрового змщнення деталей типу «втулка»
Технологiчнi можливосп, область використання та класифiкацiйнi ознаки методу Bi6pau,iMHO-Bigu,eHipoBoro змщнення деталей машин типу «втулка» описано в [2].
Ушверсальнють вiбpацiйнo-вiдцентpoвoгo змiцнення дозволяе використовувати для свое!' pеалiзацii спорядження шших метoдiв вiбpацiйнo-вiдцентpoвoгo змiцнення. У Нащональному унiвеpситетi «Львiвська пoлiтехнiка» (Украша) було здiйсненo пеpшi спроби адаптацп обладнання об'емного вiбpацiйнoгo оброблення для вiбpацiйнo-вiдцентpoвoгo змiцнення внутpiшнiх поверхонь цилшдричних виpoбiв, зокрема цилiндpoвих втулок бурово! помпи НБ32. Окpiм цього, спроектовано технoлoгiчне оснащення для його реаизацп. Технoлoгiчне оснащення (рис. 5) складаеться з обкатника, зoвнiшня поверхня якого армована пoлiуpетанoм, кришок та шпилькових з'еднань, з допомогою яких обкатник встановлюють в oтвopi деталi та закривають об'ем мiж ними, заповнений дефopмiвними тiлами (кульками).
На рис. 6 зображено принципову схему вiбpацiйнo-вiддентpoвoгo змщнювального пристрою iз дебалансним приводом для оброблення внутршньо! пoвеpхнi деталей типу «втулка». Обертовий рух передаеться корпусам вiбpoзбудникiв 6 вiд електродвигушв 3 через муфти 5. Вали обох електродвигушв 3 обертаються синхронно та синфазно в одному напрямку. Вщ механiчних пошкоджень i зовшшнього впливу вiбpoзбудники захищенi кожухами 8.
а б
Рис. 5. Технолопчне оснащення для в!брацшно-в!дцентрового змщнення внутр!шшх поверхонь цилшдричних вироб!в на в!бромашит об'емного оброблення: а - технолопчне оснащення !з втулкою у зборц б - технолопчне оснащення у в!бромашиш !з втулкою у збор!
3 8 2 9 12 16 % 7 6 5 3
Рис. 6. Принципова схема дебалансного змщнювального пристрою
Викшчувально-змщнювальне оброблення внутрштх поверхонь втулки здшснюють у такш послщовност! При подач! напруги на обмотки двигушв 3 надають обертового руху дебалансам в!брозбудниюв 7. Обертання дебаланшв спричиняе збудження плоскопаралельних коливань оброблюванох' деташ 9 !з заданою амплпудою у площиш, перпендикулярнш до И геометричноi ос!. За рахунок коливань заготовки встановлений у нш обкатник 12 самовтягуеться у режим в!брацшного шдтримання обертання, який супроводжуеться обкочуванням по внутршнш оброблюванш поверхн довгом!рно1 цилшдрично! деташ 9.
Викшчувально-змщнювальне оброблення внутр!шн!х поверхонь втулки здшснюють у такш послщовност! При подач! напруги на обмотки двигушв 3 надають обертового руху дебалансам 7 в!брозбудникш 6. Обертання дебаланшв 7 спричиняе збудження плоскопаралельних коливань оброблюваноi деташ 9 !з заданою амплпудою у площиш, перпендикулярнш до й геометричноi ос!. За рахунок коливань заготовки встановлений у н!й обкатник 12 самовтягуеться у режим в!брацшного шдтримання обертання, який супроводжуеться обкочуванням по внутршнш оброблюванш поверхн цнлшдрово! втулки 6урово1 помпи 9.
Обкочування обкатника 12 вщбуваеться п, розхч щених м!ж ним та оброблюваною деталлю деформ!вних т!лах 13. У дискретний пром!жок часу контактування внутршньо! поверхн заготовки 9 !з обкатником 12 вщбуваеться через незначну ктьюсть кульок 13, розташованих вздовж тв!рних оброблюваноi поверхн детал! Контактування деташ з черговою групою кульок вщбуваеться з ударом, причому тшами, що сшвударяються, е масивш обкатник 12 ! деталь 9. Наявнють сшвударянь заготовки !з обкатником при контактуванш 1х через незначну к!льк!сть деформ!вних елемент!в приводить до розвитку великих контактних напружень у матер!аш оброблюваноi деташ в мюцях контакту, в результат! чого оброблюваний матер!ал пластично деформуеться, зм!цнюеться.
Товщину змщненого шару, стушнь та р!вном!ршсть змщнення регулюють за допомогою змши часу оброблення, типорозм!р!в деформ!вних тш, маси обкатника, амплгтуди коливань.
Армування обкатника пол!уретаном замють гуми суттево шдвищуе стшюсть шструменту. Для оброблення цилшдрово! втулки шшого типорозм!ру (100+0,14 мм, 110+0,14 мм, 120+0,14 мм тощо) виготовляють шший обкатник ! армують його пол!уретаном.
5.3. Методика реал1заци експериментальних досл1джень
Експериментальн досл!дження проведено на машин! об'емного в!брацшного оброблення. До проведення дослщв визначено вихщну шорстюсть поверхш дослщного зразка, отриману шсля токарно]' обробки.
Перед обробленням деформ!вн! т!ла було змочено водою для зменшення тертя ! покращення умов обкочування. За установкою збирали вузол !з оброблюваноi деташ, деформ!вних тш ! обкатника, шсля чого закршлювали на установц! Час вiбрацiйно-вiдцентровоi обробки дослщного зразка - 15 хв. П!сля оброблення втулки скеровувалися на натурн! випробування.
6. Результати досл1джень
6.1. Результати натурних випробувань втулок бурових помп
Оброблеш вiбрацiйно-вiдцентровим змщненням втулки бурових помп iз сталi 20 i орипнальш втулки iз сталi 70 у парi було встановлено на буровi помпи. Пiд час натурних випробувань фжсувалося напрацювання втулки до вщмови, результати приведено у табл. 1. Акт про проведення випробувань приведено на рис. 7.
Таблиця 1
Результати натурних випробувань втулок бурових помп_
Напрацювання базово! втулки Ti 420 405 417 410 - 415 -82 389 408 417
Напрацювання вiброзмщненоi втулки T 752 643 683 708 6З0 638 609 651 674 706
МТВЕРДЖЕНО"
и? Nt
iY"Техноресурс" .-',., ',-"/, _Шсрйш I.M.
жовтня 2012 р.
АКТ
про результати випробувань втулок цилшдрових бурових Hacocie НБ-32
Ми, шо нижче шдпнсалися. представник ПП "Техноресурс" - головний технолог Федишин В.М. та представник КалуськоТ НГРС ДП «Укрзахщгеолопя» головний мехашк Гоц В.П., склали цей акт про результати випробувань цшпндрових втулок бурових Hacocie НБ-32:
було проведено досл1дно-промислов1 випробування цилшдрових втулок бурових Hacocie НБ-32, виготовлених ¡з стал1 20 ГОСТ 1050-74. На оздоблювально-викшчувальшй технолопчшй onepauiT при виготовленш цилшдрових втулок бурових Hacocie НБ-32 здШснено в1брацшно-вщцентрове змщнення у Нацюнальному ушверситетт «Льв1вська пол1техшка» на кафедр1 «Технолопя маишнобудування».
Застосування в1брашйно-вйцентрового змщнення у ТП виготовлення цилшдрових втулок бурових Hacocie НБ-32 дозволило при збереженш вимог нормативно! документацп забезпечити експлуаташйний ресурс не менший, нгж у базових втулок, виготовлених ¡з стал1 70 ГОСТ 1050-74, зокрема, пш час проведених випробувань ресурс базових втулок ¡з стал! 70 - 420 год, в1брозмщнених втулок 13 cnuii 20 - 752 год. KpiM цього, використання в1брошйно-вшцентрового змщнення сприяло зменшенню загальноТ працем1сткост1 мехашчного оброблення та co6ieapTOCTi виготовлення виробу. Акт складений у трьох примфниках.
Головний технолог ПП "Техноресурс"
Головний мехашк КалуськоТ НГРС ДП "Укрзахшгеолопя'
Федишин В.М.
Гоц В.П.
Рис. 7. Акт про результати випробувань цилшдрових втулок
6.2. Визначення основних параметр1в безв1дмовност1 вироб1в
Для визначення основних показниюв надшносп вироб1в иобудуемо графж (рис. 8), розбивши час напрацювання на штервали з границями = 100 год, = 200 год, £3 = 300 год, /м = 400 год, = 500 год. /:() = 600 год, I- = 700 год. /:8 = 800 год.
Рис. 8. Результати натурних випробувань втулок
6.2.1. Ймов1ршсть безвщмовноУ роботи (коефпцент надшносп) Р(^) Ймов1ршсть безвщмовно! роботи Р(/1) визначають за формулою:
к
N
(3)
де - кшыасть вироб1в, що допрацювали до закшчения заданого штервалу;
- загальна к!льк!сть вироб!в. Для базовоi втулки:
Н* 1
Н* 3
Н*4 Н*5
К. 10
Р(0А2)
Н°>*5)
ДГ
_10_
N ~10~
10
А/" ~10~
1 _ ч 7
N ~10~
0
N 10
Н*е) = Н0>*б) Н*в)=Н °л)
Для вiброзмщненоi втулки:
ч ч К Ю
РМ = Р(0, О = ^ = - = 1,0;
Ч ч К Ю
ч ч К 10
ч ч К 10
ч ч К 10
ч ч К 10
Р(фР( 0,«6) = ^ = - = 1,0; Р(фр( = ^ =
Гiстограма функцii надшносп для базовоi та змiцненоi втулок приведена на рис. 9. Умовну ймовiрнiсть визначають за формулою:
К _ '6 0
N ~10~
К- 0
N ~10~
К _ <8 _ 0 _
N ~10~
О 100 200 300 WO 500 600 100 800 t, год t¡ t2 ts t4 í5 t6 tj t8
Pиc. 9. Гiстогpaмa функцп нaдiйностi Для базово!' втулки:
Р((Ц) =
P(tvt2) = P(t2,t3) =
Р(*5>*е) =
P(tiA) =
P(0A) N(t,) 10
P( 0) N( 0) 10
p(o,t2 N(t2 _10_
P( (Ц N(t, 10
p(o,t3 N(t3 10
P(0,t2 N(t2 10
P(0,t4 N(tÁ 7
p(o,t3 N(t3 10
p(0,t5 Щ _0_
P(0,tA 7
p(0,t6 N(t6 0
p(0,t5 N(t5 0
p(0,t7 N(t7 0
p(0,t6 N(t6 0
p(0,t8 N(ts _0_
P(0,t7 N(t7 0
Для вiбpозмiцненоï втулки: v u P( 0) N( 0) 10
_Р( 0,*2) 10 = 1,0;
Р( 0,^) 10
Р(0^з) Щ) _10 = 1,0;
МО 10
МО 10 = 1,0;
Р( Щ) МО 10
Р(0,*5) МО 10 = 1,0;
МО 10
Р(0,£6) МО _10 = 1,0;
Р(0,^) МО 10
Р(0,*7) 3 = 0,3;
МО 10
МО 0 0.
р(°>*7) МО 3
6.2.2.1нтенсившсть вщмов
Оцiнку iнтенсивностi вiдмов виконують за формулою:
щ
А П;
7+1
М N. -АГ
(5)
де Апм - кшыасть вщмов на заданому штерваш; Мг - кшьюсть вироб1в, що
допрацювали до закшчення попереднього штервалу, М - часовий штервал, год. Для базовоi втулки:
= 0;
(Ю-О)-(ЮО-О) (10-0)-(200-100)
= 0; = 0;
Ц*2>*з)*Ч*з) (ю-о).(300-200)
о/ч„ч= 0,003 Угод;
(10-0)-(400-300) 7
(10-3)-(500-400)
Для вiброзмiцненоi втулки:
0,01 Угод.
Л(£6,£7)~А(£7
(ю-о)-(юо-о) о
О;
10-0)-(200-100)
10-0)-(300-200)
10-0)-(400-300)
10-0)-(500-400)
10-0)-(600-500)
10-0)-(700-600)
10-7)-(800-700)
= 0; = 0; = 0; = 0; = 0;
= 0,007 Угод; = 0,01 Угод.
6.2.3. Середне напрацювання втулки до вщмови Тсер
Середне напрацювання втулки до вщмови Т визначають за формулою:
вкш.
X! + ^(¡езв/дм. ' Т,
випр.
(6)
де ЫвЙМ - число вироб!в, що вщмовили за час випробувань; /( - напрацювання кожного виробу, що вщмовив; Мбезвк1м - число вироб1в, що безвщмовно пропрацювали иротягом часу випробувань, Т - триваписть випробуваиня (або сумарне напрацювання в експлуатацп).
Для визначення Т час випробувань приймаемо р1вним - для базово!' втулки Твшр = 420 год, для змщнено! Твшр = 752 год. Для базово! втулки:
405 + 417 + 410 + 391 + 415 + 382 + 389 + 408 + 417 + 1-420 /л- , ТсеР. =-^-= 405,4 год.
Для змщнено! втулки:
643 + 683 + 708 + 630 + 638 + 609 + 651 + 674 + 706 + 1-752 ___ ,
Тсер =-—-= 669,4 год.
На пiдставi акту про результати натурних випробувань цилшдрових втулок бурових помп НБ32 (рис. 9) i визначення !х основних параметрiв безвщмовност можна зробити такi висновки. Шсля вiбрацiйно-вiдцентрового змiцнення цилiндрових втулок бурових помп динамша змiни коефщента надшносл, умовно! ймовiрностi та iнтенсивностi вщмов для вiброзмiцнених втулок е кращою, нiж для базових втулок, виготовлених за типовим технолопчним процесом. Середне напрацювання на вiдмову Тсер. вiброзмiцнених втулок пiдвищилося в 1,65 рази порiвняно з базовими втулками. О^м цього, змiна матерiалу зi стаи 70 на сталь 20 для вiброзмiцнених втулок також забезпечить складову економiчного ефекту.
7. SWOT-аналiз результат дослiдженl
Strengths. Переваги дослiджуваного методу полягають у забезпеченнi високого рiвня енергii деформування, високiй продуктивности просши, надiйностi, компактностi та унiверсальностi змщнювальних пристро!в, можливостi якiсного оброблення внутршшх поверхонь деталей форми тiл обертання. Процес вiбрацiйно-вiдцентрового змiцнення не змшюе геометрично! форми деталi, не вимагае спещального припуску пiд оброблення та може бути використаний для змщнення виробiв як iз кольорових метаив та сплавiв, так i з рiзних марок сталей. Особливо ефективним вiбрацiйно-вiдцентрове змiцнення е для оброблення деталей, як пiддаються в процес експлуатацii знакозмiнним циклiчним навантаженням i рiзним видам зношування, зокрема, вщповщальних деталей бурового iнструменту [1, 2].
Weaknesses. Незважаючи на переваги методу вiбрацiйно-вiдцентрового змiцнення, для розроблення практичних рекомендацш для впровадження методу у практику сучасного машинобудування необхiдно провести значну кшьюсть експериментальних i натурних випробувань для конкретного класу виробiв i !х визначених типорозмiрiв.
Opportunities. Подальшi дослiдження у цьому напрямку спрямоваш на вибiр рацiональних режимiв оброблення та розроблення практичних рекомендацш по використанню вiбрацiйно-вiдцентрових змiцнювачiв з дебалансним приводом для покращання експлуатацшних характеристик деталей типу «втулка» i прогнозування параметрiв !х надiйностi.
При впровадженш даного винаходу у виробництво можна при виготовленш цилшдрових втулок бурових помп перейти на дешевшi матерiали та з огляду на шдвищення ресурсу використовувати менше сировини для !х виготовлення.
Threats. При впровадженш даного продукту шдприемство повинно додатково витратити кошти на проектування та виготовлення вiбромашин, освоення технологи вiбрацiйно-вiддентрового змiцнення та навчання персоналу.
8. Висновки
1. Адаптовано метод об'емного вiбрацiйного оброблення для вiбрацшно-вщцентрового змiцнення внутрiшнiх поверхонь цилiндрових втулок бурово! помпи НБ32 Í3 використанням рашше виготовлено! вiбрацiйноi технiки. Розроблено та спроектовано технолопчне оснащення для його реалiзацii. Для експериментальних дослщжень змiнено матерiал втулок Í3 сталi 70 на сталь 20 i змщнено з використанням вiбрацiй !х внутрiшнi виконавчi поверхнi.
2. Експериментально дослiджено та проведено натурнi випробування стосовно впливу вiбрацiйно-вiдцентрового змiцнення на параметри безвщмовност цилiндрових втулок. Середне напрацювання на вiдмову Тсер. вiброзмiцнених втулок пiдвищилося в 1,65 рази порiвняно з базовими втулками. О^м цього, змiна матерiалу зi стаи 70 на сталь 20 для вiброзмiцнених втулок також забезпечить складову економiчного ефекту.
Лiтература
1. Кусий Я. М. Технолопчне забезпечення фiзико-механiчних параметрiв поверхневих шарiв металевих довгомiрних цилiндричних деталей вiбрацiйно-вiдцентровим змщненням: дис... канд. техн. наук. Львiв, 2002. 260 с.
2. Кусий Я. М., Кук А. М. Розробл' ння методу вiбрацiйно-вiдцентрового змщнення для технологiчного забезпечення безвiдмовностi деталей машин // Схщно-Свропейський журнал передових технологш. 2015. Т. 1, № 7 (73). С. 4151. doi: 10.15587/1729-4061.2015.3633
3. Кусий Я. М., Кузiн О. А., Кузш М. О. Вплив технологiчного маршруту оброблення на формування мiжзеренноi пошкоджуваност виливкiв // Схщно-Свропейський журнал передових технологш. 2016. Т. 1, № 5 (79). С. 39-47. doi: 10.15587/1729-4061.2016.59845
4. Кузш О. А., Кусий Я. М., Топшьницький В. Г. Вплив технолопчно! спадковост на параметри надшност виробiв // Технологический аудит и резервы производства. 2015. Т. 1, № 1 (21). С. 15-21. doi: 10.15587/23128372.2015.37678
5. Суслов А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000. 320 с.
6. Александровская Л. Н., Афанасьев А. П., Лисов А. А. Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем: учебник. Л-М.: Логос, 2001. 208 с.
7. Быков И. Ю., Цхадая Н.Д. Эксплуатационная надежность и работоспособность буровых машин: учебное пособие. Ухта: УГТУ, 2004. 196 с.
8. Проников А. С. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. 592 с.
9. Дальский А. М. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей машин. М.: Машиностроение, 1975. 319 с.
10. Skoogh A., Perera T., Johansson B. Input data management in simulation -Industrial practices and future trends // Simulation Modelling Practice and Theory. 2012. Vol. 29. P. 181-192. doi:10.1016/j.simpat.2012.07.009
11. Wang L. Data representation of machine models. Dynamic thermal analysis of machines in running state. London: Springer-Verlag, 2014. P. 11-29.
doi:10.1007/978-1-4471-5273-6 2
12. McDowell D. L. Simulation-assisted materials design for the concurrent design of materials and products // Journal of the Minerals. Metals and Materials Society. 2007. Vol. 59, No. 9. P. 21-25. doi: 10.1007/s11837-007-0111-7
13. Durham S. D., Padgett W. I. Cumulative damage models for system failure with application to carbon fibers and composites // Technometrics. 1997. Vol. 39, No. 1. P. 34-44. doi: 10.2307/1270770
14. McEvily A. J. Metal Failures: Mechanisms, Analysis, Prevention. John Wiley & Sons, 2013. 480 p. doi:10.1002/9781118671023
15. Zohdi T. I., Wriggers P. An introduction to computational micromechanics // Lecture Notes in Applied and Computational Mechanics. Springer, 2005. 198 p. doi: 10.1007/978-3-540-32360-0
16. Kundu T. Fundamentals of fracture mechanics. Boca Raton: CRC Press, 2008. 304 p.
17. Ящерицын П. И., Рыжов Э. В., Аверченко В. И. Технологическая наследственность в машиностроении. Минск: Наука и техника, 1977. 256 с.
18. Aftanaziv I., Kusyj J., Kuritnyk I.-P. Using vibrations for strengthening of long-sized cylindrical details // Acta Mechanica Slovaca. Kosice. 2000. Vol. 3. Р. 43-46.
19. Stotsko Z., Kusyj J., Topilnytskyj V. Research of vibratory-centrifugal strain hardening on surface quality of cylindric long-sized machine parts // Journal of Manufacturing and Industrial Engineering. 2012. Vol. 11, No. 1. P. 15-17.
20. Афтаназiв I. С. Технолопчне забезпечення надшност деталей машин. Львiв: ДУЛП, 1998. 132 с.
21. Ящерицын П. И., Минаков А. П. Упрочняющая обработка нежестких деталей в машиностроении. Минск: н ук. т техника, 1986. 215 с.
22. Шнейдер Ю. Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. Л.: Машиностроение. Ленинград. отд-ние, 1982. 248 с.
23. Технологические основы управления качеством машин / Васильев А. С., Дальский А. М., Клименко С. А. и др. М.: Машиностроение, 2003. 256 с.
