Delist.ru

Разработка и исследование аналитических моделей динамики механизмов с зазороми в сопряжениях деталей (15.02.2010)

Автор: Корольков Михаил Владимирович

Объектами исследования являются компрессоры поршневого типа и программный комплекс виртуального исследования их технического состояния.

Методы теоретического исследования и разработка программ расчета основаны на применении метода Лагранжа исследования динамики механических систем (уравнения второго рода с неопределенными множителями), виртуальных экспериментах с помощью программного комплекса.

Экспериментальные исследования включали в себя вибродиагностику поршневых компрессоров и дефектацию деталей кинематических пар.

Практическая ценность работы заключается:

в совершенствовании оценки технического состояния поршневых машин по вибродиагностическим показателям;

в возможности с помощью разработанного метода выявить потерю работоспособности отдельных деталей и узлов механизма движения поршневых машин во время эксплуатации;

в возможности прогнозирования технического состояния механизма в будущем времени эксплуатации.

Реализация работы. Результаты работы нашли применение в диагностике технического состояния компрессоров химической промышленности на предприятиях ОАО НАК «Азот» (г. Новомосковск Тульской обл.), ОАО «Айс-Фили» (г. Москва), ОАО «МЖК» (г. Москва), ОАО «Московский хладокомбинат №14», ОАО «Минудобрения» (г. Россошь Воронежской обл.) и др.

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 1 в центральных рецензируемых изданиях ВАК Российской Федерации. Основные положения работы докладывались и обсуждались:

на научно-исследовательских конференциях в МАДИ (ГТУ) 2006-2009 гг.;

на III Международной конференции «Проблемы механики современных машин» в г. Улан-Удэ в 2006 г.;

на Международной конференции по теории механизмов и машин в г. Краснодаре в 2006 г.;

на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии» в г. Самаре в 2007 г.;

на III научной конференции «Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин» в г. Астрахани в 2007 г.;

в рамках 8-й специализированной выставки «Изделия и технологии двойного назначения. Диверсификация ОПК» на научно-практическом семинаре «Испытания и диагностика машин» на ВВЦ в 2007 г.;

на научно-практической конференции с участием иностранных специалистов «Трибология – машиностроению» в ИМАШ РАН в г. Москве в 2008 г.;

на XVIII Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» в г. Нижний Новгород в 2008 г.;

на Всероссийской научно-технической конференции «Машиноведение и детали машин» в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2008 г.;

на 9-й Международной Научной школе «Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов» в ИМАШ РАН в г. Санкт-Петербург в 2009 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка из 126 наименований и приложений. Работа содержит 152 страницы основного текста, 37 рисунков и 9 таблиц. В приложениях помещены результаты обследований технического состояния узлов поршневых компрессоров и акт о внедрении результатов работы.

Краткое Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы исследования, сформулированы цели и задачи, научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту, кратко изложено основное содержание диссертации.

В первой главе проведен аналитический обзор научно-технической литературы, в котором дан анализ потерь работоспособности и причин отказов поршневых кривошипно-ползунных механизмов (на примере компрессорных машин), показана взаимосвязь динамических процессов и изнашивания, рассмотрены методы исследования динамики рычажных механизмов, вибродиагностики как основного метода оценки технического состояния без останова и разборки конструкции.

В области исследования изнашивания узлов кривошипно-ползунного механизма можно отметить работы Авдонькина Ф.Н., Гриба В.В., Григорьева М.А., Гурвича И.Б., Кошкина К.Т., Мишина И.А., Новикова В.И., Пономарева А.Н., Путинцева С.В., Фурухамы С., Эвайса М. и др.

Из ряда работ, посвященных вопросам динамического анализа механизмов с зазорами, следует выделить работы Бруевича Н.Г., Кобринского А.Е., Курнатова В.Д., Луканина В.Н., Милованова В.И., Никитина А.Г., Сергеева В.И., Середы В.Т., Супонева В.В., Юдина К.М.

Динамика любого механизма является источником вибрации всей машины в целом. Поэтому ее изменение вследствие деградации технического состояния узлов отражается, в первую очередь, на параметрах колебательных процессов. Значительный вклад в создание систем вибродиагностики внесли отечественные научные школы ОАО «Газпром», ОАО «ВНИИГАЗ», ИМАШ РАН, ОАО «ЛенНИИхиммаш», ЛСХИ, МАДИ (ГТУ), МГТУ им. Н.Э. Баумана, НАМИ, НИЦИАМТ, СибИМЭ, ХАДИ и другие. Среди зарубежных фирм следует отметить "Bently-Nevada Corporation", «Bruel & Kajer», «SKF» и другие. В середине XX века в СССР одними из первых этот метод для диагностики поршневых машин разработали и применили Бухтияров И.Д., Егоров А.С., Змановский В.А., Павлов Б.В. и другие ученые бывшего СибВИМа (в настоящее время СибИМЭ). В дальнейшем метод вибродиагностики получил развитие в работах Береснева В.Н., Доценко Ю.Г., Костюкова В.Н., Лопатинской Э.З., Милованова В.И., Павлова Б.В., Соколовой А.Г. и др.

В настоящее время наблюдается недостаток работ по совместному моделированию динамики поршневых машин, износа и вибрационных параметров с учетом их технического состояния, поскольку каждая из них представляет отдельную задачу. Вследствие сложности их протекания в реально действующих механизмах, в настоящее время отсутствует соответствующая математическая модель, позволяющая исследовать эволюционные процессы в течение определенной наработки. Недостаточно изучены динамические процессы механизма с учетом влияния зазоров и технического состояния узлов. При этом задачу динамики и изнашивания всех деталей кривошипно-ползунного механизма и цилиндро-поршневой группы необходимо решать в комплексе.

Вторая глава посвящена моделированию изменения зазоров в кинематических парах поршневых кривошипно-ползунных механизмов (цилиндрических шарнирах и цилиндро-поршневой группе) с учетом динамических характеристик механизма и наличия граничной смазки в трибосопряжениях.

Для описания трибологических процессов в цилиндро-поршневой группе была выбрана расчетная схема, показанная на рис. 1.

Рис. 1. Расчетная схема триботехнической системы «кольцо-цилиндр».

Согласно принятой схеме упруго связанных сечений в модели рассматриваются два случая равновесия кольца относительно стенок цилиндра: 1) зазор в замке кольца не выбран ((K(0); 2) зазор в замке кольца выбран ((K=0).

В первом случае справедлива система уравнений равновесия кольца

PI + PII = P

PI ( PII = T. (1)

Для определения гидродинамических реакций PI и PII, входящих в систему уравнений равновесия кольца было необходимо получить распределение гидродинамического давления вдоль осевой высоты кольца p(x)I, II. Для этого использовалось уравнение Рейнольдса для одномерного потока в стационарной форме:

Граничными условиями являлись (см. рис. 1):

p(0) = p1; p(0) = p2;

при V ( 0; при V ( 0. (3)

p(1) = p2; p(1) = p1;

После двойного интегрирования уравнения (2) с учетом граничных условий (3) имеем:

загрузка...